外循環(huán)乙氧基化反應(yīng)裝置換熱系統(tǒng)模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、乙氧基化是在催化劑的催化作用下,環(huán)氧乙烷(EO)與含有活潑氫的化合物發(fā)生的開(kāi)環(huán)加成反應(yīng),是工業(yè)中生產(chǎn)聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑的重要方法。外循環(huán)反應(yīng)裝置是目前工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的乙氧基化物生產(chǎn)裝置,該裝置采用半間歇操作,主要由反應(yīng)釜和外部換熱系統(tǒng)構(gòu)成,還包括處理起始物料的前處理釜和處理產(chǎn)品的后處理釜。外循環(huán)乙氧基化裝置的換熱系統(tǒng)由物料換熱器、換熱介質(zhì)冷卻器和換熱介質(zhì)加熱器組成,由于乙氧基化反應(yīng)需要在410～455K的高溫下進(jìn)行,并具有強(qiáng)

2、放熱的特征,在工藝中既有加熱問(wèn)題又有冷卻問(wèn)題,換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)控是影響裝置生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。針對(duì)現(xiàn)有乙氧基化裝置在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的調(diào)節(jié)效果差、增長(zhǎng)比低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題,本文以聚乙二醇(PEG)工業(yè)裝置為背景,通過(guò)建立相關(guān)模型,采用HYSYS軟件模擬等方法,從理論上開(kāi)展了外循環(huán)乙氧基化裝置換熱系統(tǒng)的研究工作。旨在為工業(yè)裝置換熱系統(tǒng)的模擬分析、操作控制、設(shè)計(jì)改進(jìn)、優(yōu)化用能等提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考。
　　 論文的主要研究?jī)?nèi)容、采用

3、的方法和取得的主要結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)分析了外循環(huán)乙氧基化裝置換熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵參數(shù)對(duì)裝置的影響,研究表明:外部換熱器的容積是影響裝置的增長(zhǎng)比的關(guān)鍵因素,但裝置中反應(yīng)釜的容積越大,其影響作用越小;對(duì)于雙循環(huán)換熱系統(tǒng),生產(chǎn)周期隨著小循環(huán)換熱器換熱面積的增加而縮短,對(duì)單循環(huán)換熱系統(tǒng),平均生產(chǎn)周期隨著生產(chǎn)中間體的增長(zhǎng)比的增加而延長(zhǎng);外循環(huán)物料流量影響到物料在反應(yīng)釜中的更新時(shí)間,其更新時(shí)間越長(zhǎng),越不利于生產(chǎn)窄分子量的

4、產(chǎn)品,更新時(shí)間越短越不利于EO在反應(yīng)釜中反應(yīng)完全,在保證EO在反應(yīng)釜中反應(yīng)完全的前提下,應(yīng)盡量提高外循環(huán)物料的流量;在未達(dá)到EO聚合速度瓶頸的情況下,換熱介質(zhì)的流量和溫位可間接影響到EO聚合速度,EO聚合速度隨換熱介質(zhì)的流量近似呈線性增大,而與換熱介質(zhì)進(jìn)物料換熱器溫度呈拋物線變化,在不同的換熱介質(zhì)循環(huán)流量下都存在一個(gè)可以使EO聚合速度最大的進(jìn)口溫度。此外,模擬結(jié)果還表明EO聚合速度對(duì)換熱介質(zhì)流量的敏感性高于對(duì)改變換熱介質(zhì)進(jìn)口溫度的敏感性

5、。
　　 (2)對(duì)外循環(huán)乙氧基化反應(yīng)熱的利用問(wèn)題進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,工藝放熱量約為所需加熱量60倍,有很大的節(jié)能潛力,但現(xiàn)有工藝沒(méi)有采用直接熱交換回收反應(yīng)熱的可行性。提出了以增加熱回收循環(huán)系統(tǒng)為主的可利用反應(yīng)熱的改進(jìn)工藝,研究表明,工藝改進(jìn)后熱量方面的投資只有原工藝的16.7％,動(dòng)力方面投資增加9.1％左右,總能量投資只有原工藝的30.2％,改進(jìn)工藝回收期為兩個(gè)月左右,有顯著的節(jié)能效果以及很好的可行性。
　　 (3)采