[發明專利]一種基于多尺度模擬的高效生產甲基丙烯酸甲酯的方法

有效

• 申請號: 202011452880.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112608237B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 田文德;張浩然;崔哲;孫素莉;劉彬
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C07C69/653
• 分類號: C07C69/653;C07C67/39;C07C45/75;C07C47/22;C07C45/50;C07C47/02;G16C60/00;C01B3/48;C01B3/52
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 呂薇

1.一種基于多尺度模擬的高效生產甲基丙烯酸甲酯的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：利用分子動力學模擬煤化學鏈氣化過程，通過碎片分析得到熱力學數據，用來指導穩態模擬；具體過程為：①構建載氧體、水和焦炭的分子模型；②將構建好的模型放入非周期性的立方體盒子里，對其分別進行壓力弛豫和溫度弛豫，得到穩定的焦炭-載氧體-水體系；③將構建好的體系導入LAMMPS軟件中在ReaxFF力場下、NVT系綜下進行分析；④對產物的分布進行分析；

步驟二：利用Aspen?Plus軟件對煤化學鏈氣化生產合成氣與合成甲基丙基酸甲酯的過程進行模擬；主要包括粗合成氣生產、合成氣凈化和甲基丙烯酸甲酯生產三個部分，其中粗合成氣生產過程采用的物性方法為Peng-Rob，合成氣凈化和甲基丙烯酸甲酯生產過程采用的物性方法為NRTL；過程中選用的單元模塊包括：換熱器選擇Heater模塊、塔選擇RadFrac模塊、混合器選擇Mixer模塊、分流器選擇FSplit模塊、閃蒸罐選擇Flash2模塊、壓縮機選用Compr模塊；

其中，甲基丙烯酸甲酯(MMA)的生產主要涉及以下反應和與之對應的后處理操作：

C₂H₄+CO+H₂→CH₃CH₂CHO

CH₃CH₂CHO+HCHO→CH₂＝C(CH₃)CHO+H₂O

2CH₂＝C(CH₃)CHO→CH₃CH₂CH＝C(CH₃)CHO+H₂O

CH₂＝C(CH₃)CHO+1/2O₂+CH₃OH→CH₂＝C(CH₃)COOCH₃+H₂O

CH₂＝C(CH₃)CHO+CH₃OH→C₅H₁₀O₂；

步驟三：通過靈敏度分析，對比不同操作條件下甲基丙烯酸甲酯的純度，得到最優的操作條件；

步驟四：基于步驟三模擬得到的最優操作條件，利用Aspen?Dynamics進行動態仿真模擬，設置控制器，并添加擾動因素，驗證甲基丙烯酸甲酯(MMA)生產過程的抗干擾能力，提出MMA生產過程的最優控制方案；具體地，所述的控制器包括7個液位控制器、3個溫度控制器、5個壓力控制器、4個流量控制器；其中7個液位控制器分別控制閃蒸罐02、T0304塔釜、T0304塔頂、萃取塔塔底、萃取塔塔頂、T0305塔頂和T0305塔釜的液位；3個溫度控制器分別控制甲基化反應器、T0304塔釜和T0305塔釜的溫度；5個壓力控制器分別控制甲基化反應器、閃蒸罐02、T0304、萃取塔和T0305的壓力；4個流量控制器分別控制O₂、MAL、甲醇和水的進料流量。