聚乙烯醇聚合工段和回收工段精馏工艺模拟与优化

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聚乙烯醇是一种重要的高分子化工原料,被广泛应用于多个领域。聚乙烯醇聚合工序中大量的醋酸乙烯单体未参与聚合。醇解过程中,聚醋酸乙烯醇解产生大量醇解废液,其中主要组成为醋酸甲酯和甲醇。这些都是重要的化工原料,一般通过精馏工艺分离回收再利用。因此,聚乙烯醇聚合工段和回收工段精馏工艺进行深入研究有助于优化工艺过程,提高经济效益。Aspen Plus流程模拟软件是辅助工艺研究的重要工具。本文在熟悉国内某公司10万吨/年聚乙烯醇聚合工段和回收工段精馏工艺的基础上,利用Aspen Plus对其进行流程模拟。根据物系特点分析,聚乙烯醇聚合工段精馏工艺中聚合一塔、聚合二塔和聚合三塔采用NRTL模型,聚合四塔和聚合五塔采用WILSON模型。聚乙烯醇回收工段精馏工艺中回收一塔、回收二塔、回收三塔、回收四塔、回收五塔和回收七塔采用NRTL模型,回收六塔采用NRTL-HOC模型。根据所选的热力学模型,对聚乙烯醇聚合工段和回收工段精馏工艺进行单塔以及全流程的模拟计算,对比实际值,验证模型的可靠性。在聚乙烯醇聚合工段和回收工段精馏工艺流程模拟的基础上,利用Aspen Plus灵敏度分析工具分析理论板数、回流比、塔顶馏出率和进料位置等工艺参数对各塔分离指标的影响,获得较优的工艺参数。通过优化后工艺参数,调整流程模拟,得到回收的醋酸乙烯产品质量分数达到99.86%,整个聚合工段精馏装置再沸器热负荷降低8.02%,工艺用水减少12.1%。回收的乙醛质量分数为98.34%,回收的甲醇质量分数为99.94%,回收二塔采出的甲醇蒸气质量分数为99.92%,用于分解的醋酸甲酯质量分数为92.58%,用于回收醋酸的水溶液中醋酸质量分数为56.13%,回收工段精馏装置再沸器热负荷降低4.8%。结果表明,通过优化工艺参数,达到了节能降耗的目的。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
第1章 前言第11-13页
    1.1 课题背景及意义第11页
    1.2 课题研究内容第11-13页
第2章 文献综述第13-23页
    2.1 聚乙烯醇性质和用途第13页
    2.2 国内外聚乙烯醇的生产相关情况第13-15页
    2.3 聚乙烯醇的生产工艺简述第15-21页
        2.3.1 醋酸乙烯的聚合第16-18页
        2.3.2 聚醋酸乙烯的醇解第18-19页
        2.3.3 醇解废液的回收第19-21页
    2.4 ASPEN PLUS模拟在精馏过程中的应用介绍第21页
    2.5 聚乙烯醇聚合及回收工段模拟研究第21-23页
第3章 热力学模型的选择第23-26页
    3.1 热力学模型简述第23页
    3.2 热力学方程第23-24页
        3.2.1 状态方程模型第23-24页
        3.2.2 活度系数模型第24页
    3.3 聚乙烯醇聚合及回收工段模拟的热力学模型第24-26页
第4章 聚乙烯醇聚合工段精馏工艺的模拟与优化第26-54页
    4.1 聚乙烯醇聚合工段精馏工艺流程简述第26-27页
    4.2 聚乙烯醇聚合工段精馏工艺流程模拟第27-41页
        4.2.1 聚合一塔的模拟第27-30页
            4.2.1.1 模拟流程的建立第27页
            4.4.1.2 聚合一塔的模拟条件第27-28页
            4.2.1.3 聚合一塔的热力学模型及模块选择第28页
            4.2.1.4 模拟计算结果与分析第28-30页
        4.2.2 聚合二塔的模拟第30-33页
            4.2.2.1 模拟流程的建立第30页
            4.2.2.2 聚合二塔的模拟条件第30-31页
            4.2.2.3 聚合二塔的热力学模型及模块第31页
            4.2.2.4 模拟计算结果与分析第31-33页
        4.2.3 聚合三塔的模拟第33-36页
            4.2.3.1 模拟流程的建立第33页
            4.2.3.2 聚合三塔的模拟条件第33-34页
            4.2.3.3 聚合三塔的热力学模型及模块第34页
            4.2.3.4 模拟计算结果与分析第34-36页
        4.2.4 聚合四塔的模拟第36-39页
            4.2.4.1 模拟流程的建立第36页
            4.2.4.2 聚合四塔的模拟条件第36-37页
            4.2.4.3 聚合四塔的热力学模型及模块第37页
            4.2.4.4 模拟计算结果与分析第37-39页
        4.2.5 聚合五塔的模拟第39-41页
            4.2.5.1 模拟流程的建立第39页
            4.2.5.2 聚合五塔的模拟条件第39页
            4.2.5.3 聚合五塔的热力学模型及模块第39-40页
            4.2.5.4 模拟计算结果与分析第40-41页
    4.3 聚乙烯醇聚合工段精馏工艺全流程模拟第41-44页
    4.4 聚乙烯醇聚合工段精馏工艺工艺参数优化第44-52页
        4.4.1 聚合一塔工艺参数优化第44-46页
            4.4.1.1 聚合一塔汽提甲醇量的选取第44-45页
            4.4.1.2 聚合一塔回流比的优化第45-46页
            4.4.1.3 聚合一塔进料位置的优化第46页
        4.4.2 聚合二塔工艺参数的优化第46-48页
            4.4.2.1 聚合二塔理论板数的优化第46-47页
            4.4.2.2 聚合二塔进料位置的优化第47-48页
            4.4.2.3 聚合二塔萃取水量的优化第48页
        4.4.3 聚合三塔工艺参数的优化第48-50页
            4.4.3.1 聚合三塔侧线采出的优化第48-49页
            4.4.3.2 聚合三塔回流比的优化第49-50页
        4.4.4 聚合四塔工艺参数的优化第50-51页
            4.4.4.1 聚合四塔回流比的优化第50-51页
            4.4.4.2 聚合四塔馏出率的优化第51页
        4.4.5 聚合五塔工艺参数的优化第51-52页
            4.4.5.1 聚合五塔洗涤水进料比的优化第51-52页
    4.5 聚乙烯醇聚合工段精馏装置优化结果第52-53页
    4.6 小结第53-54页
第5章 聚乙烯醇回收工段精馏工艺流程模拟与优化第54-82页
    5.1 聚乙烯醇回收工段精馏工艺流程简述第54页
    5.2 聚乙烯醇回收工段精馏工艺流程模拟第54-70页
        5.2.1 回收一塔的模拟第55-57页
            5.2.1.1 模拟流程的建立第55页
            5.2.1.2 回收一塔的模拟条件第55-56页
            5.2.1.3 回收一塔的热力学模型及模块第56页
            5.2.1.4 模拟计算结果与分析第56-57页
        5.2.2 回收二塔和回收三塔的模拟第57-61页
            5.2.2.1 模拟流程的建立第57-58页
            5.2.2.2 回收二塔和回收三塔的模拟条件第58页
            5.2.2.3 回收二塔和回收三塔的热力学模型及模块第58页
            5.2.2.4 模拟计算结果与分析第58-61页
        5.2.3 回收四塔和回收五塔的模拟第61-65页
            5.2.3.1 模拟流程的建立第61页
            5.2.3.2 回收四塔和回收五塔的模拟条件第61-62页
            5.2.3.3 回收四塔和回收五塔的热力学模型及模块第62页
            5.2.3.4 模拟计算结果与分析第62-65页
        5.2.4 回收六塔的模拟第65-67页
            5.2.4.1 模拟流程的建立第65页
            5.2.4.2 回收六塔的模拟条件第65-66页
            5.2.4.3 回收六塔的热力学模型及模块第66页
            5.2.4.4 模拟计算结果与分析第66-67页
        5.2.5 回收七塔的模拟第67-70页
            5.2.5.1 模拟流程的建立第67-68页
            5.2.5.2 回收七塔的模拟条件第68页
            5.2.5.3 回收七塔的热力学模型及模块第68页
            5.2.5.4 模拟计算结果与分析第68-70页
    5.3 聚乙烯醇回收工段精馏装置全流程模拟第70-72页
    5.4 聚乙烯醇回收工段精馏装置工艺参数优化第72-79页
        5.4.1 回收一塔工艺参数的优化第72-73页
            5.4.1.1 回收一塔回流比的优化第72页
            5.4.1.2 回收一塔进料位置的优化第72-73页
        5.4.2 回收二塔和回收三塔工艺参数的优化第73-75页
            5.4.2.1 回收二塔进料位置的优化第73-74页
            5.4.2.2 回收三塔回流比的优化第74页
            5.4.2.3 回收三塔采出量的优化第74-75页
        5.4.3 回收四塔和回收五塔工艺参数的优化第75-77页
            5.4.3.1 回收四塔理论板数的优化第75页
            5.4.3.2 回收四塔回流比的优化第75-76页
            5.4.3.3 回收五塔理论板数的优化第76-77页
            5.4.3.4 回收五塔回流比的优化第77页
        5.4.4 回收六塔工艺参数的优化第77-78页
            5.4.4.1 回收六塔采出量的优化第77-78页
            5.4.4.2 回收六塔进料位置的优化第78页
        5.4.5 回收七塔工艺参数的优化第78-79页
            5.4.5.1 回收七塔萃取剂比的优化第78-79页
    5.5 聚乙烯醇回收工段精馏装置优化结果第79-81页
    5.6 小结第81-82页
第6章 结论第82-84页
参考文献第84-88页
致谢第88-89页
攻读硕士学位期间取得的成果第89页
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