反应精馏生产乙酸异丁酯的模拟与优化

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摘 要：应用AspenPlus11.1对乙酸异丁酯反应精馏生产过程进行模拟。得到了各过程参数的最佳理论值：最佳进料温度为20℃，最佳回流比为2，最佳进料位置为第四块塔板，同时，模拟获得了反应精馏塔的温度分布与浓度分布（液相）。

关键词：反应精馏 AspenPlus 优化

中图分类号：TQ225 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0073-02

乙酸异丁酯是一种重要的化工原料，工业上乙酸异丁酯是由乙酸和异丁醇酯化制得的[1]，目前国内有关乙酸异丁酯的文章多集中在乙酸异丁酯催化工艺改进[2-3]，而有关乙酸异丁酯生产工艺过程模拟的文章尚未见报道，而我们主要对乙酸异丁酯反应精馏工段优化提供理论参考。

1 反应精馏生产乙酸异丁酯过程分析与优化

1.1 模型的建立

流量均为5 kmol/h的异丁醇和乙酸（流股1）混合通入反应精馏塔（B1），如图1所示，流股温度和压力分别为60℃，2 bar。反应精馏塔共10块塔板，催化填料填充在2～9块板，进料位置暂定第4块板，反应精馏塔塔顶冷凝器设定为全凝，反应精馏塔为常压操作，忽略塔的压降。

1.2 结果分析与优化

模拟结果表明乙酸异丁酯主要集中在塔底流股3，其质量分率可达92.9%，未反应的乙酸与异丁醇与水主要在塔顶流股2。

1.2.1 进料温度

以流股1的进料温度为自变量，流股3中乙酸异丁酯的质量分率为因变量的函数进行作图，结果如图2，虽然进料温度与产品流股中乙酸异丁酯的质量分率呈单调减的趋势，但变化幅度不大。从图2可以看出，进料温度对乙酸异丁酯在产品流股中的浓度影响不明显，这是因为反应原料乙酸和异丁醇均为易挥发物质，而该反应的有效相是液相，过高的温度不利于乙酸异丁酯的生成，所以最佳进料温度是20 ℃。

1.2.2 回流比

以反应精馏塔回流比为自变量，流股3的乙酸异丁酯的质量分率为因变量的函数进行作图，结果如图3，虽然回流比与乙酸异丁酯占产品流股的质量分率呈单调增的趋势，但影响并不明显，考虑到节能，最佳回流比为2。

1.2.3 进料位置

对于反应精馏塔来说，进料板位置是一个重要因素，所以我们对以进料板位置为自变量，流股3中乙酸异丁酯的质量分率为因变量的函数进行作图，结果如图4所示，进料位置对乙酸异丁酯的影响不大，所以，最佳进料位置是第四块塔板。

1.2.4 反应精馏塔的温度分布和浓度分布

反应精馏塔的温度分布和浓度分布（液相）如图5和图6。

2 结语

经过模拟与优化，反应精馏生产乙酸异丁酯最佳过程参数列举如下：最佳进料温度为20℃，最佳回流比为2，最佳进料位置为第四块塔板。

参考文献

[1] 李晓莉，王晓菊，陈瑞战.三氧化二钕催化制备乙酸异丁酯[J].稀土，2001，22（5）：30-74.

[2] 余新武，杨水金，郑小宁. TiSiW_1O40/TiO2催化合成乙酸异丁酯[J].现代化工，1999，19（7）：27-28.

[3] 陈平.合成乙酸异丁酯的催化剂研究进展[J].应用化工，2004，33（2）：4-6.