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(甲基)丙烯酸甲酯体系分离及系统集成研究

李杰  
【摘要】:(甲基)丙烯酸甲酯是重要化工原料及有机单体,其广泛应用到纺织、涂料、建筑及制造业等化工领域。高纯优等品的(甲基)丙烯酸甲酯(≥99.8wt%)是市场需求的重要趋势。目前,工业上获得高纯度(甲基)丙烯酸甲酯的关键核心是水分、中间产物甲基丙烯醛和甲基丙烯酸等微量杂质的脱除。本论文主要围绕着获得高纯(甲基)丙烯酸甲酯的难题展开,通过热力学、分离方法、系统集成等对(甲基)丙烯酸甲酯分离体系进行了系统研究。主要研究内容和结论如下:(1)通过实验系统研究了甲基丙烯醛-水、甲基丙烯醛-丙醛和甲基丙烯醛-甲基丙烯酸-水的液液和气液相平衡,检验了实验数据的热力学一致性。利用NRTL、UNIQUAC和WILSON模型进行数据关联获得相关的二元交互参数,通过模拟值与实验值的误差分析优选热力学模型并验证了模型选择的可靠性。进一步完善了(甲基)丙烯酸甲酯体系的相平衡数据,构建了完整的热力学体系。(2)通过实验和计算结合,设计并筛选了萃取分离过程中甲基丙烯酸萃取剂,建立了甲基丙烯酸的萃取工艺。系统研究了甲苯、环己烷和正己烷三种不同萃取剂对甲基丙烯酸的萃取效果,考察了温度、萃取剂用量对萃取效果的影响。在实验基础上,利用UNIQUAC模型对二元交互参数进行了修正。以最小年总化成本为目标函数,对甲基丙烯酸萃取工艺进行优化及经济分析,经济性对比结果为:甲苯正己烷环己烷。最终确定甲苯萃取的最优工艺条件。为工业中甲基丙烯酸萃取分离奠定了理论基础。(3)设计了一种针对丙烯酸(甲酯)多组分体系的系统分离方法。基于热力学分析,建立了包含若干分离可行性的超级结构,缩小了分离搜索范围。以能耗为目标函数,确定最优的分离流程。对八组分丙烯酸体系分离进行实例研究,结果表明系统分离方法简单易用且结果可靠。(4)验证了甲基丙烯酸甲酯千吨级中试分离工艺。基于甲基丙烯酸甲酯分离中试实验数据,通过流程模拟对中间产物甲基丙烯酸和产品甲基丙烯酸甲酯的分离进行了验证。甲基丙烯酸甲酯分离的设计与中试基本吻合(误差为5%),甲基丙烯酸分离的设计与中试误差较大,约为10~15%。


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