基于Aspen Plus 15wta 醋酸乙烯工艺流程模拟与优化毕业论文

论文总字数：16357字

摘 要

本论文利用Aspen Plus模拟软件对醋酸乙烯的工艺流程进行模拟，研究了工艺设计及全流程中各模块参数的设置，探讨了R0101、T0201、T0202等设备的优化，利用Aspen Plus中自带的灵敏度分析模块进行对模拟流程中塔的回流比、塔板数、塔顶采出量等进行优化，优化参数，使产品纯度达到最高。结果表明经过模拟与优化R0101的反应温度在140℃合适，E0104冷凝温度在50℃，粗分塔进料比在0.34左右最好，精制塔回流比为0.25，进料位置12块板，质量分数达到99%。

关键词：醋酸乙烯; Aspen Plus；优化; 流程模拟

Process Simulation and Optimization of Vinyl Acetate with Annual Production of 15wt/a Based on Aspen Plus

Abstract

In this paper, Aspen Plus simulation software is used to simulate the process of vinyl acetate. The process design and the setting of parameters of each module in the whole process are studied. The optimization of R0101, T0201, T0202 and other equipment is discussed. The reflux ratio, number of trays and recovery of tower top in the simulation process are optimized by using the sensitivity analysis module of Aspen Plus. The purity of the product is the highest. The results show that the optimum reaction temperature of R0101 is 140 ℃, condensation temperature is 20 ℃, feed ratio of crude fractionator is about 0.34, reflux ratio of refining tower is 0.25, feed position is 12 plates, mass fraction is 99%.

Key words: Vinyl Acetate; Aspen Plus; Optimization; Process Simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前 言 1

1.1 本课题的研究背景和意义 1

1.2 课题研究内容 1

1.3 醋酸乙烯的性质 1

1.3.1 醋酸乙烯的生产技术介绍 2

1.4 Aspen Plus软件简介 4

1.5 对醋酸乙烯工艺流程精制的模拟研究 5

第二章 单元操作模型及动力学模型的选择 6

2.1 单元操作模型的选择 6

2.2 热力学方程 7

2.2.1 状态方程模型 7

2.2.2 活度系数模型 7

第三章 醋酸乙烯工艺流程模拟 8

3.1 醋酸乙烯生产工艺 8

3.1.1 反应条件 8

3.1.2 原料进料量的计算 8

3.2 醋酸乙烯流程模拟 8

3.2.1 合成工段模拟 8

3.3 醋酸乙烯工艺流程的优化 11

3.3.1 反应器的设计规定 11

3.3.2 两相分离器的优化 12

3.3.3 粗分塔的优化 12

3.3.4 精制塔的优化 13

3.4 醋酸乙烯工艺装置优化结果 14

3.5 小结 18

第四章 结论和展望 20

致 谢 21

参考文献 22

第一章 前 言

1.1 本课题的研究背景和意义

此次课题的研究背景是醋酸乙烯的年产量为15万吨。醋酸乙烯脂（VAc）目前是世界上在化工生产原料中产量的占比是很大的，所应用的领域也是非常的广，它在化工生产当中是非常重要化学生产原料。醋酸乙烯脂是一类非常重要的有机化学化工的中间体，对很多化工材料有着重要的影响，它的主要原料是电石与化工工业使用的冰醋酸。它还广泛应用在各个不同的行业的不同生产领域，如纤维的生产、液体涂料、纺织品材料上浆、造鞋、土壤的土质改良、玻璃等方面；还用于家具的生产与上涂料、建筑的建造、印刷厂的印刷技术、汽车外部、外壳包装、造纸技术等行业。随着科学技术不断地发展与进步进步，醋酸乙烯新的应用领域也在不断的扩大范围。

醋酸乙烯通过这几十年的不断发展与扩大研究，它的工艺流程设计在不断地进步，同时也得到了技术上的改进和工艺流程的完善。目前，醋酸乙烯的最大消耗区和生产区都是在亚洲，亚洲的生产量为46%左右，将近占世界总产量的一半，消耗量也在43%左右；第二大则是北美，北美的醋酸乙烯的生产量占世界比重大约在33%左右，占世界总产量的三分之一，消耗量则接近于三分之一；第三则是欧洲地区，它的生产量和消耗量都不达百分之二十。近年来，醋酸乙烯在我国的产量也在不断地增加，准备进军国际市场，但是醋酸乙烯的质量和纯度的提高、工艺的改进，在扩大生产的同时并且保证其质量成为了主要的问题。醋酸乙烯的优化是通过回流比，塔板数，塔顶采出量，进料位置，冷凝器温度等来进行灵敏度分析，通过这些提高产品纯度，减少耗能与回收利用。

1.2 课题研究内容

（1）通过查阅相关的文献来了解醋酸乙烯的工艺生产流程、工艺路线、生产条件，并归纳总结选定方案，为流程模拟和优化提供各个参数。

（2）根据物性选择合适的动力学方程，合理选择各个操作模块，进行模拟，通过优化来讲模拟值与优化后的值进行对比，确定选型的准确性。

（3）在选型的可靠基础上进行全流程模拟，模拟完成后利用Aspen Plus流程软件里自带的灵敏度分析工具来对醋酸乙烯装置中的参数进行优化，主要对回流比、塔板数、进料位置、塔顶流出量进行优化分析。

1.3 醋酸乙烯的性质

醋酸乙烯（vinyl acetate）是别名，全称又叫醋酸乙烯脂，简称VAc。结构式为CH₃COOCHCH₂，分子量为86.09，CAS的登录号是108-05-4，为CH₃COOCH=CH₂，醋酸乙烯是一种无色透明的液体，且微溶于水，溶于醇类、苯类、氯仿等有机化学溶剂。具有易挥发的性质，含有特殊的气味并带有少量的毒性，在长时间与之接触的情况下会使人麻醉，含有对人体有害的物体。醋酸乙烯酯还是易燃物质，它反应的蒸汽与空气接触能够产生爆炸的混合物，然而遇到火、或者是高温高热会产生爆炸。能与氧化剂发生剧烈化学的反应，又非常容易受到光、热以及少量的过氧化合物的影响而产生聚合作用。其蒸气比空气重，可以在比较低的地方扩散到很远的地方，遇到火将会引起燃烧。它可以产生很多种用途的粘合剂；还可以和丙烯晴、丙烯酸、乙烯单能共同反应、嵌段等制成不同性能的高分子合成材料。如表1.1所示。

1.3.1 醋酸乙烯的生产技术介绍

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