中文摘要：

项目以环氧乙烷深加工行业的产品需求和技术创新为背景，针对现有乙氧基化工艺存在副产物多和能耗高等关键共性问题，提出将乙氧基化催化反应和产物分离两个关键过程耦合于一体的过程强化新工艺- - 乙氧基化催化精馏工艺，并将其用于乙二醇单醚等环氧乙烷衍生精细化学品的制造。为了从理论上揭示和阐释这一新工艺的基本规律，本项目重点开展过程模型化研究。首先，开发出考虑汽液固三相传质传热的、基于非平衡级的催化精馏稳态和动态数学模型；其次，利用数学模拟，取得塔内温度、组成和流量分布特征，研究和分析这些分布产生的原因及影响因素，考察动力学和传递之间的耦合行为和过程非线性动态行为，取得优化的工艺参数；最后，总结和评价模拟结果，开发出这一新工艺的过程综合策略、装置设计原则和系统集成方法。本研究成果将为开发环境友好型乙氧基化催化精馏工艺提供理论和模型支持，同时发展催化精馏的理论和方法。

结论摘要：

以合作单位辽宁奥克化学股份有限公司开展的“乙氧基化催化精馏新技术”为背景,系统开展乙氧基化催化精馏工艺的数学模型开发和模拟工作。通过研究，旨在建立可靠的数学模型，利用数学模拟技术，研究和分析各种工况下催化精馏塔内各相物料的温度、流量及组成分布状况以及影响因素，研究反应和分离之间的耦合行为和动态非线性行为，揭示出过程的基本规律和关键设计要点，开发出过程综合策略、装置设计原则和系统集成方法。研究的主要内容、采用的方法和取得的主要成果结论包括以下几个方面 (一)建立了基于平衡级和非平衡级的催化精馏稳态数学模型，开发了基于共同校正法的数值模拟算法，并用VC++语言在微机上实现程序代码编写和求解。利用数学模型，通过模拟考察了关键操作参数对反应物转化率及目标产物选择性的影响，得到催化精馏塔适宜的操作参数。 (二)研究了催化精馏装置的安全性、风险分析与评价，制定了催化精馏塔的开车方案，并对效果进行了模拟，结果很好揭示了开车过程的动态规律。在此基础上，提出了一种基于相对增益矩阵分析的塔控制方案，在添加进料发生20％的阶跃扰动情况下，考察了反应精馏塔的动态响应情况及控制效果。结果表明，提出的控制方案能够使系统在2h内恢复稳定，且产品质量与设计值之间的偏差不大于1％。（三）对乙氧基化反应精馏系统“反应-分离-能量”综合集成策略与创新工艺进行了研究。研究了乙氧基化反应精馏塔中反应热的利用及系统能量优化问题，提出一种将反应段和提馏段分割、从反应段移出反应热供提馏段加热的内部热集成乙氧基化反应精馏结构—IHIERD。模拟结果表明了新工艺具有显著的节能效果显著。提出以环氧乙烷和氨水为原料，利用管式反应器耦合反应精馏塔合成乙醇胺的过程强化新工艺，模拟结果显示新工艺的二乙醇胺的选择性可达75%以上，其技术和经济优越性远优于现有工艺。研究提出一种用于环氧乙烷水合制乙二醇的热泵反应精馏的工艺，可实现高温高压反应和低温低压分离的同步进行，从而可有效降低系统的操作费用。提出一种以环氧乙烷和工业乙醇为原料，利用反应精馏法脱除工业乙醇中水分、同时副产乙二醇等有价值组分的无水乙醇制取新工艺。结果表明，新工艺中水的转化率达到99.9%，同时热量合理利用，节能效果明显，具有很好的开发前景。