《乙氧基化催化精餾新工藝數學模型與模擬研究》是依託中國海洋大學，由安維中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：乙氧基化催化精餾新工藝數學模型與模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：安維中
- 依託單位：中國海洋大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
項目以環氧乙烷深加工行業的產品需求和技術創新為背景，針對現有乙氧基化工藝存在副產物多和能耗高等關鍵共性問題，提出將乙氧基化催化反應和產物分離兩個關鍵過程耦合於一體的過程強化新工藝- - 乙氧基化催化精餾工藝，並將其用於乙二醇單醚等環氧乙烷衍生精細化學品的製造。為了從理論上揭示和闡釋這一新工藝的基本規律，本項目重點開展過程模型化研究。首先，開發出考慮汽液固三相傳質傳熱的、基於非平衡級的催化精餾穩態和動態數學模型；其次，利用數學模擬，取得塔內溫度、組成和流量分布特徵，研究和分析這些分布產生的原因及影響因素，考察動力學和傳遞之間的耦合行為和過程非線性動態行為，取得最佳化的工藝參數；最後，總結和評價模擬結果，開發出這一新工藝的過程綜合策略、裝置設計原則和系統集成方法。本研究成果將為開發環境友好型乙氧基化催化精餾工藝提供理論和模型支持，同時發展催化精餾的理論和方法。
結題摘要
以合作單位遼寧奧克化學股份有限公司開展的“乙氧基化催化精餾新技術”為背景,系統開展乙氧基化催化精餾工藝的數學模型開發和模擬工作。通過研究，旨在建立可靠的數學模型，利用數學模擬技術，研究和分析各種工況下催化精餾塔內各相物料的溫度、流量及組成分布狀況以及影響因素，研究反應和分離之間的耦合行為和動態非線性行為，揭示出過程的基本規律和關鍵設計要點，開發出過程綜合策略、裝置設計原則和系統集成方法。 研究的主要內容、採用的方法和取得的主要成果結論包括以下幾個方面： (一)建立了基於平衡級和非平衡級的催化精餾穩態數學模型，開發了基於共同校正法的數值模擬算法，並用VC++語言在微機上實現程式代碼編寫和求解。利用數學模型，通過模擬考察了關鍵操作參數對反應物轉化率及目標產物選擇性的影響，得到催化精餾塔適宜的操作參數。 (二)研究了催化精餾裝置的安全性、風險分析與評價，制定了催化精餾塔的開車方案，並對效果進行了模擬，結果很好揭示了開車過程的動態規律。在此基礎上，提出了一種基於相對增益矩陣分析的塔控制方案，在添加進料發生20％的階躍擾動情況下，考察了反應精餾塔的動態回響情況及控制效果。結果表明，提出的控制方案能夠使系統在2h內恢復穩定，且產品質量與設計值之間的偏差不大於1％。 （三）對乙氧基化反應精餾系統“反應-分離-能量”綜合集成策略與創新工藝進行了研究。研究了乙氧基化反應精餾塔中反應熱的利用及系統能量最佳化問題，提出一種將反應段和提餾段分割、從反應段移出反應熱供提餾段加熱的內部熱集成乙氧基化反應精餾結構—IHIERD。模擬結果表明了新工藝具有顯著的節能效果顯著。提出以環氧乙烷和氨水為原料，利用管式反應器耦合反應精餾塔合成乙醇胺的過程強化新工藝，模擬結果顯示新工藝的二乙醇胺的選擇性可達75%以上，其技術和經濟優越性遠優於現有工藝。研究提出一種用於環氧乙烷水合制乙二醇的熱泵反應精餾的工藝，可實現高溫高壓反應和低溫低壓分離的同步進行，從而可有效降低系統的操作費用。提出一種以環氧乙烷和工業乙醇為原料，利用反應精餾法脫除工業乙醇中水分、同時副產乙二醇等有價值組分的無水乙醇製取新工藝。結果表明，新工藝中水的轉化率達到99.9%，同時熱量合理利用，節能效果明顯，具有很好的開發前景。
