论文总字数：18881字

摘 要

以辽宁盘锦15000吨/年混合碳四综合利用工业化项目为背景，以混合碳四抽取丁二烯后的富丁烯馏分（即抽余碳四）为原料，对利用杂多酸催化碳四组分中异丁烯生成叔丁醇的水合反应以及叔丁醇与乙酸酐合成乙酸叔丁酯的酯化反应进行了工艺路线设计，共分为四个工段，分别为：异丁烯水合反应工段、叔丁醇初步分离工段、叔丁醇脱水精致工段和叔丁醇酯化工段。使用Aspen Plus V8.8软件进行全流程的仿真模拟，对乙酸叔丁酯提纯塔进行灵敏度分析，对换热网络进行了优化；使用AutoCAD软件进行工艺图纸的绘制，包括工艺物料流程图和工艺管道仪表流程图的绘制。

关键字：异丁烯；叔丁醇；乙酸叔丁酯；Aspen Plus; AutoCAD

Design of Process for Producing Tert-butyl Acetate from Isobutylene

Abstract

Taking the project of comprehensive utilization of mixing C-4 hydrocarbon with the capacity of 1.5 kt/a In Panjin of Liaoning province as the background of the presented design, C-4 hydrocarbon which was rich in butene after extracting butadiene (residual C-4) as raw material, design the process of reactions, including direct hydration and esterification reaction, with the use of heteropoly acid aqueous solution catalyzing the produce of tert-butanol from isobutylene and tert-butyl acetate from tert-butanol, which is divided into four stages, respectively: isobutylene hydration reaction section, tert-butanol preliminary separation section, tert-butanol dehydration delicate section and tert-butanol esterification section. Aspen Plus V8.8 was used to simulate the whole process. On the basis of the simulation, the sensitivity of tert-butyl acetate purification tower was analyzed while the heat exchange network was optimized. Meanwhile, use AutoCAD to finish process drawings, including Process Flow Diagram and Piping amp; Instrument Diagram.

Keywords: Isobutylene; Tert-butanol; Tert-butyl Acetate; Aspen Plus; AutoCAD

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前 言 1

1.1 课题背景 1

1.2 工艺路线的选择 1

1.2.1 合成叔丁醇的工艺路线 1

1.2.2 合成乙酸叔丁醇的工艺路线 2

1.2.3 总体上工艺路线的选择 2

1.3 原料与产物的性质 3

1.3.1 异丁烯 3

1.3.2 乙酸酐 3

1.3.3 叔丁醇 4

1.3.4 乙酸叔丁酯 4

1.3.5 乙酸 5

第二章 工艺设计与流程模拟 7

2.1 组分输入 7

2.2 反应工段的设计 8

2.2.1 异丁烯水合反应工段 8

2.2.2 叔丁醇初步分离工段 9

2.2.3 叔丁醇脱水精制工段 11

2.2.4 叔丁醇酯化工段 12

2.3 循环物料的设计 12

第三章 工艺过程优化 14

3.1 灵敏度分析 14

3.2 塔设备的优化 14

3.2.1 最佳理论板数 14

3.2.2 最佳进料位置 16

3.3 换热网络的优化 16

3.3.1 夹点技术 16

3.3.2 换热网络的设计 16

3.3.3 换热网络的优化 16

第四章 工艺图纸的绘制说明 18

4.1 工艺流程图 18

4.2 工艺物料流程图 18

4.3 工艺管道仪表流程图 18

4.3.1 控制方案 18

4.3.2 安全系统 19

第五章 总结 20

致 谢 21

参考文献 22

附 录 23

第一章 前 言

1.1 课题背景

长久以来，化石资源的消耗以及其不可再生的特性使得这种珍贵的资源正面临着枯竭。与此同时，化石资源的大规模开发利用以及近百年的累积使得随之而来的环境问题也愈发严峻。在化学工业中，如何能够最充分、最彻底的利用原料是未来的发展方向之一。原子经济性的概念是由美国化学家B.M.Trost在1991年首先提出的^[1]，其核心思想就是反应物的每一个原子都能够转换为目标产物。同样的，绿色化工以其无毒害的理念促使着化工从业者们寻找并探究更加高效、更加环保的生产工艺。

混合碳四作为轻质柴油和石脑油的裂解制备乙烯的重要副产物，具备极大的利用价值。近年来，国家各部委发布的一系列文件及标准，如《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》、GB 18351—2017和GB 22030—2017，均限制了乙醇汽油中甲基叔丁基醚等醚类添加剂的使用。这些新规定与文件的下发迫使一些传统工艺不得不做出改变，尤其是炼厂催化碳四和乙烯裂解工艺丁二烯抽提装置副产的抽余碳四下游生产甲基叔丁基醚的路线将面临转型 ^[2]。因此，重新选择碳四组分的利用路线成为当下值得探究的课题之一。

乙酸叔丁酯作为一种重要的化工原料，广泛地被应用在各个领域中，如涂料、清洁剂、电子、溶剂以及医药中间体等方面 [³]。由于其可以与乙醇与乙醚等有机溶剂互溶且毒性较低，同时又因为挥发性较小，因此十分适合作为许多挥发性有机溶剂的替代物，例如甲苯、二甲苯和酯类等。而在制药领域，乙酸叔丁酯可以作为中间体用于伐瑞拉迪、安普那韦、他汀类中间体（阿托伐他汀、瑞舒伐他汀、匹伐他汀）、醇美化合物（叔丁醇镁--替诺福韦）等药物的合成^[3]。我国生产乙酸叔丁酯的企业中较为知名的有广东德荣化工、岳阳富和科技和南京托普化工，总体上每年的产量一半以上都出口至海外。随着中国经济的发展以及居民对医药产品需求的提高，国内对于乙酸叔丁酯的需求将会稳步增长。

1.2 工艺路线的选择

1.2.1 合成叔丁醇的工艺路线

叔丁醇的生产路线主要有硫酸水合法和直接水合法，其中直接水合法又包含树脂水合法和杂多酸水合法。硫酸水合法的工艺已经非常成熟，但是由于需要大量循环硫酸使得生产设备腐蚀严重，并且该工艺由于产生大量废水而带来严重的环保问题使得硫酸水合法已在上世纪八十年代逐渐被放弃。直接水合法是利用酸作为催化剂使异丁烯和水直接反应，相较于硫酸法，该方法减少了生成硫酸酯再水解的步骤。因而直接水合法的反应方程式如式1.1所示：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18881字