醋酸异丁酯是化学工业上广泛使用的一种有机溶剂,也是香料、涂料、油墨、粘合剂、清洁剂和脱脂剂的原料。而醋酸甲酯作为聚乙烯醇工业生产过程中的副产物,往往通过水解的方式进行处理,耗费了大量能源。因此,使用醋酸甲酯和异丁醇酯交换生产醋酸异丁酯是一条值得尝试的途径。本文以醋酸甲酯与异丁醇为原料进行酯交换反应,使用阳离子交换树脂NKC-9作为催化剂,优化了反应条件,计算了反应热力学参数,对醋酸甲酯和异丁醇的反应过程进行了动力学拟合,并在此基础上对反应精馏过程进行了设计与模拟。本课题取得的具体进展如下:1.阳离子交换树脂催化合成醋酸异丁酯的动力学研究在强化固定床反应器中,使用阳离子交换树脂NKC-9催化醋酸甲酯与异丁醇的酯交换反应,优化后的工艺条件为:液体循环流量设定为2.4 L·h-1,催化剂装载量为15 wt%,醋酸甲酯和异丁醇的初始摩尔配比为2:1,反应温度为323.15K。使用UNIFAC基团贡献法对溶液非理想性进行校正后,得到了反应平衡常数随反应温度变化的表达式如下:采用拟均相动力学模型对强化固定床反应器中NKC-9阳离子交换树脂催化的醋酸甲酯与异丁醇的反应进行了动力学研究,在实验条件下,动力学方程可表达为:其中:2.酯交换合成醋酸异丁酯的反应精馏过程模拟使用动力学实验获得的热力学和动力学参数,通过Aspen Plus软件中的Rad Frac模块对该酯交换反应精馏过程进行了设计和模拟。整个反应精馏过程包括一个反应精馏塔,一个高压塔和一个常压塔。对操作参数进行优化后的结果为:反应精馏塔内精馏段理论板数为6块,提馏段理论板数为3块,反应段理论板数为35块,异丁醇和醋酸甲酯进料比为1:1.5,分别从第7块板和41块板进料,回流比选择为1。常压塔理论板数为14块,从第5块板进料,回流比为4。高压塔理论板数为17块,从第5块板进料,回流比为1.5。反应精馏塔内异丁醇的转化率和塔釜醋酸异丁醇的纯度均超过了99.5%,高压塔的塔釜馏出液中醋酸甲酯摩尔分数和常压塔的塔釜馏出液中甲醇摩尔分数均接近于100%。