反应精馏读书报告.doc

在一般情况下，化工生产中的反应过程和分离过 程分别在两类单独的设备中完成，反应过程在各种形 式的反应器中进行，而过剩反应物、产物和副产物之 间的分离则在另一类设备中运行。反应精馏过程是把 反应和分离结合在一个设备(反应精馏塔)中，两个过程 同时进行，而且它们之间具有显著的相互作用。反应 精馏过程具有设备投资少、操作费用低、能耗省的优 点。 1 反应精馏技术概述 1.1 反应精馏技术基本原理 反应精馏是在进行反应的同时用精馏方法分离出 产物的过程。其基本原理为；对于可逆反应，当某一 产物的挥发度大于反应物时，如果将产物从液相中蒸 出，则可破坏原有的平衡，使反应继续向生成物的方 向进行，因而可提高单程转化率，在一定程度上变可 逆反应为不可逆反应。 1.2 反应精馏技术特点 (1) 反应和精馏在同一设备中进行，简化了流程， 使设备费和操作费同时下降。 (2) 对于放热反应过程，反应热全部提供为精馏过 程所需热量的一部分，节省了能耗。 (3) 对于可逆反应过程中，由于产物的不断分离， 可使系统远离平衡状态，增大过程的转化率。可使最 终转化率大大超过平衡转化率，减轻后续分离工序的 负荷。 (4) 对于目的产物具有关二次副反应的情形，通过 某一反应物的不断分离，从而抑制了副反应，提高了 选择性。 (5) 在反应精馏塔内，各反应物的浓度不同于进料 浓度。因此，进料可按反应配比要求，而塔板上造成 某种反应物的过量，可使反应后期的反应速度大大提 高、同时又达到完全反应；或造成主副反应速率的差 异，达到较高的选择性。这样，对于传统工艺中某些 反应物过量从而需要分离回收的情况，能使原料消耗 和能量消耗得到较大节省。 (6) 在反应精馏塔内，各组份的浓度分布主要由相 对挥发度决定，与进料组成关系不大，因而反应精馏 塔可采用低纯度的原料作为进料。这一特点可使某些 系统内循环物流不经分离提纯直接得到利用。 (7) 有时反应物的存在能改变系统各组份的相对挥 发度，或绕过其共沸组成，实现沸点相近或具有恒沸 组成的混合物之间的完全分离。 1.3 反应精馏分类 根据投料操作方式，反应精馏可以分为连续反应 精馏和间歇反应精馏；根据使用催化剂形态的不同， 反应精馏可以分为均相反应精馏和催化蒸馏；根据化 学反应速度的快慢，反应精馏分为瞬时反应精馏、快 速反应精馏和慢速反应精馏。 2 ． 1 均相反应精馏 均相反应精馏是指反应仅发生在液相或气液两 相的界面上 ， 采用均相催化剂或不添加催化剂的反 应精馏工艺。该类型工艺未严格区分反应段 、 精馏 段和提馏段， 因为整个塔 的填料类型和装填方式可 以相同， 除非反应物系有特殊要求( 例如反应物具有 强酸性、 强腐蚀性等) ， 才考虑对 反应段装填不同材 质的填料。 酯化和酯交换是典型的可逆且受平衡限制的反 应 ， 早期的反应精馏技术仅应用于均相催化的低碳 醇和低碳酸的酯化上， 例如乙酸和 甲醇的酯化反应 是可逆放热的 ： CH。 C( ) ( ) H+CH3 OH CH3 C00CH。 + H2 0 该反应以硫酸为催化剂， 由于酯或酸 、 水和醇形 成的三元恒沸物的沸点低于 乙酸和甲醇 的沸点， 采 用反应精馏工艺 ， 在反应过程中将反应产物乙酸 甲 酯不断蒸 出， 从而使反应不断向右进行 ， 提高了反应 的转化率 。酯化是适宜采用 反应精馏的典型例子， 尤其是乙酸甲酯 、 乙酸乙酯等低碳酸酯的合成 ， 常常 作为反应精馏工艺的设计、 优化、 放大和控制的典型 示例来研究l _ l 引。 该类型的反应动力学研究相对简单， 因此是反 应蒸馏技术基础理论研究最好的选择对象 。动力学 参数的测定也不同于一般反应器 ， 仅反应段高度这 个 因素就可以决定反应物的停 留时间分 布， 从而影 响最终转化率。采用适宜 的均相催化剂可以提高反 应速率 。 从而弥补 因反应停留时间短造成的不利影 响。该工艺适宜于那些不需要加入催化剂或使用均 相催化剂的可逆反应 ， 因此应用 的范围受到限制。 加入均相催化剂的工艺则需要将催化剂从产品中脱 除或回收 ， 增加了后续处理难度 ， 因此， 该类型的反 应精馏工艺已渐渐被催化蒸馏所取代[ 4 。 2 ． 2 催化反应精馏 催化反应精馏( 简称催化蒸馏) 是指在反应精馏 塔内， 反应段填料装填了固体催化剂， 反应大部分在 反应段中进行， 这样催化蒸馏 内件既能起加速反应 的催化作用， 又可作为填料起 分离作用。例如 甲醇 和异丁烯在固体酸性催化剂( 如磺酸性离子树脂等 作用下生成甲基叔丁基醚( MT B E) ， 该反应可逆放 热。 它是最早也是目前最成熟的催化蒸馏技术的工 业化应用实例 。由于产物 MT B E沸点最高 ， c