反应精馏技术
催化反应精馏实验报告
催化反应精馏实验报告
一、实验目的
1. 了解催化反应精馏的原理和应用。
2. 掌握催化反应精馏装置的操作方法。
3. 测定催化反应精馏的效率。
二、实验原理
催化反应精馏是一种将化学反应和精馏过程相结合的技术，它可以在一个设备中同时实现反应和分离。
在催化反应精馏中，催化剂被放置在精馏塔的适当位置，反应物在催化剂上进行反应，生成的产物随着精馏过程被分离出来。
三、实验步骤
1. 搭建催化反应精馏装置。
2. 加入反应物和催化剂。
3. 加热并调节回流比，使反应进行。
4. 收集产物，并测定其组成和产量。
四、实验结果与分析
1. 催化反应精馏的效率较高，可以在较短的时间内获得较高的转化率和选择性。
2. 催化剂的选择和用量对反应结果有较大的影响，需要根据具
体情况进行优化。
3. 回流比的调节对分离效果有较大的影响，需要根据产物的组成和要求进行调整。
五、实验结论
通过本次实验，我们了解了催化反应精馏的原理和应用，掌握了催化反应精馏装置的操作方法，并测定了催化反应精馏的效率。
实验结果表明，催化反应精馏是一种高效的反应分离技术，但在实际应用中需要根据具体情况进行优化和调整。
反应精馏的模拟与优化
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反应精馏的模拟与优化
01 引言
目录
02 反应精馏模拟
03 反应精馏优化
04 结论
05 参考内容
引言
反应精馏是一种广泛应用于化学工业中的高效分离技术，通过在精馏过程中 实现化学反应，可以有效地提高产品的纯度和收率，降低能耗和物耗。然而，反 应精馏过程复杂，受到多种因素的影响，因此需要进行细致的模拟和优化。本次 演示将介绍反应精馏的模拟和优化方法，以期为相关领域的研究和实践提供有益 的参考。
（1）机理模型：机理模型是根据化学反应的基本原理，建立反应动力学模 型，结合质量传递、能量传递等基本物理过程，对反应精馏过程进行详细描述。 该模型的优点是精度高，可以用于指导工业实践。但是，机理模型复杂，需要大 量的实验数据支持，建模过程繁琐。
（2）过程模型：过程模型是将反应精馏过程简化为一系列物理量，如温度、 压力、浓度等，通过数学方法对它们进行描述。该模型的优点是简单易懂，可以 快速得到结果。但是，过程模型精度较低，难以用于指导工业实践。
反应精馏过程模拟优化
1、反应精馏过程模拟优化的意 义和目的
反应精馏过程模拟优化的意义在于通过对实际生产过程的模拟和优化，实现 反应精馏过程的高效运行，提高产品质量和产量，降低能源消耗和环境污染。其 目的主要包括：（1）通过对物性参数的优化，提高物系计算的准确性和精度； （2）通过对流程的优化，提高反应精馏过程的分离效果和生产效率；（3）பைடு நூலகம்过 对优化算法的改进，缩短优化时间和提高优化效率。
3、反应精馏过程模拟优化的实 际应用效果
反应精馏过程模拟优化的实际应用效果主要体现在以下几个方面：（1）提 高产品质量和产量，降低能源消耗和环境污染；（2）降低生产成本，提高企业 经济效益；（3）推动化工行业的可持续发展和创新进步。例如，某石化企业利 用ASPEN软件对反应精馏过程进行优化后，提高了柴油产物的质量和产量，同时 降低了能耗和污染物排放量，取得了显著的经济效益和社会效益。
强耦合反应精馏成套技术及工业应用
强耦合反应精馏成套技术及工业应用一、技术概述强耦合反应精馏成套技术是一种先进的化工技术，它将反应过程与精馏过程紧密结合，实现了在同一设备中同时完成化学反应和产物分离。
这种技术的优点在于能够提高生产效率、降低能耗和减少设备投资。
二、技术原理强耦合反应精馏技术的核心在于将反应釜与精馏塔合二为一，形成一个整体设备。
在设备中，化学反应与精馏分离过程相互促进，形成一个高效的耦合系统。
反应物在反应釜中发生化学反应，生成产物和副产物。
由于反应过程产生的热量和浓度梯度，可以同时为精馏过程提供所需的能量和驱动力。
三、技术特点1.高效性：强耦合反应精馏技术能够在同一设备中完成化学反应和产物分离，避免了传统工艺中的多次分离和能量回收过程，提高了生产效率。
2.低能耗：由于反应过程与精馏分离过程相互耦合，能量得以充分利用，降低了能耗。
与传统的分离技术相比，强耦合反应精馏技术能够节省大量的能源。
3.紧凑性：强耦合反应精馏成套技术使用的设备数量较少，占地面积小，降低了投资成本和运行费用。
4.灵活性：该技术可根据不同的化学反应和产物分离需求，进行工艺流程的调整和优化，具有很高的灵活性。
5.环保性：强耦合反应精馏技术能够减少废水和废弃物的产生，降低环境污染。
同时，由于该技术的能耗低，也减少了温室气体的排放。
四、工业应用强耦合反应精馏成套技术在许多化工领域都有广泛的应用，如石油化工、精细化工、制药等。
以下是一些具体的工业应用实例：1.石油化工：在石油化工行业中，强耦合反应精馏技术可用于生产燃料油、润滑油等产品。
通过该技术，可以实现烃类化合物的选择性氧化和水合反应，提高产品的质量和收率。
2.精细化工：在精细化工领域，强耦合反应精馏技术可用于生产高纯度化学品、功能性材料等。
例如，通过该技术可以生产高纯度醇类、酯类、醚类等化学品，以及功能性聚合物和复合材料。
3.制药：在制药领域，强耦合反应精馏技术可用于生产原料药、中间体和药物制剂等。
该技术可以用于实现药物的有效成分和杂质的分离纯化，提高药物的纯度和收率。
3.3反应精馏
以液相反应 A+B ⇔ 2C 为例说明反应动力学对反应精馏剩余曲线的影响。设该
第三章 多组分精馏和特殊精馏
56
反应动力学：
rA
= rB
= − rC 2
= −k f [x1x2
−
x32 ] K
(3-81)
式中： rA、rB、rC 组分 A、B、C 的反应速度；
x1、x2、x3 组分 A、B、C 的摩尔分数；
率而将反应与精馏相结合的一种分离操作； 也可以是为了提高反应转化率 而借助于精馏分离手段的一种反应过程。
工业应用 很广泛， 例如酯化、酯交换、皂化、胺化、水解、异构化、烃化、卤化、脱水、 乙酰化和硝化等反应， 具体反应举例见下表。
第三章 多组分精馏和特殊精馏
46
3.3.1 反应精馏的应用
两种类型： 一种利用反应促进精馏分离， 提高分离效率； 一种利用精馏促进反应， 提高反应收率(应用、研究较多)。
k f、K 分别是反应速度常数、化学反应平衡常数。
图 3 53 反应蒸馏过
总物料衡算：
dW = −V dt
组分物料衡算：
(3-82)
其中： 合并：
d(Wxi ) dt
=
−Vyi
−Wk f
( x1 x2
−
x32 K
)
d(Wxi ) = Wdxi + xidW
(3-83)
W
dxi dt
−Vxi
=
−Vyi
H 2SO4
例： 酯化反应精馏 CH 3COOH + C2 H 5OH ⇔ CH 3COOC2H 5 + H 2O
第三章 多组分精馏和特殊精馏
47
反应器和分离器合二为一， 促进反应正向进行。
反应精馏名词解释
反应精馏名词解释
反应精馏是一种结合了化学反应和分离过程的工艺技术。
它是在进行化学反应的同时，利用精馏的方法将反应产物从反应混合物中分离出来。
反应精馏的主要目的是利用反应热来提供精馏所需的热量，以节约能源，同时提高反应的效率和产物的纯度。
在反应精馏中，化学反应和精馏操作相互促进。
一方面，通过精馏不断移走反应的生成物，可以促使化学反应向预期的方向进行，从而提高反应的转化率和收率。
另一方面，通过加入能与被分离组分发生可逆化学反应的第三组分，可以提高其相对挥发度，使精馏过程更容易进行。
以上内容仅供参考，如需更多专业信息，建议咨询化学工程或化工工艺专家或查阅相关文献资料。
反应精馏实验
反应精馏法制醋酸乙酯实验目的1.掌握反应精馏的原理及特点。
2.掌握反应精馏的操作。
3.学会塔操作过程分析。
一． 4.了解反应精馏与常规精馏的区别。
二． 5.掌握用气相色谱分析有机混合物料组成。
三． 实验原理精馏是化工生产过程中重要的单元操作, 是化工生产中不可缺少的手段, 反应精馏是精馏技术中的一个特殊领域。
在操作过程中, 化学反应与分离同时进行, 故能显著提高总体转化率。
此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用, 而且越来越显示其优越性。
反应精馏过程不同于一般精馏, 它既有精馏的物理相变之传递现象, 又有物质变性的化学反应现象。
两者同时存在, 相互影响, 使过程更加复杂。
因此, 反应精馏对下列两种情况特别适用: （1）可逆反应。
一般情况下, 反应受平衡影响, 转化率只能维持在平衡转化的水平；但是, 若生成物中有低沸点或高沸点物存在, 则精馏过程可使其连续地从系统中排出, 结果超过平衡转化率, 大大提了效率。
（2）异构体混合物分离。
通常它们的沸点接近, 靠精馏方法不易分离提纯, 若异构体混合中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质, 这时可在反应过程中得以分离。
对醇-酸酯化反应来说, 适于第一种情况。
但该反应若无催化剂存在, 单独采用反应精馏操作也达不到高效分离的目的。
这是因为反应速度非常缓慢, 故一般都用催化反应方式, 酸是有效的催化剂, 常用硫酸。
反应随浓度增高而加快, 浓度在0.2~1.0%（wt ）。
此外, 还可用离子交换树脂、重金属盐类和丝光沸石分子筛等固体催化剂。
反应精馏的催化剂用硫酸, 是由于其催化作用不受塔温度限制, 在全塔内都能进行催化反应, 而应用固体催化剂则由于存在一个最适宜的温度, 精馏塔本身难以达到此条件, 故很难实现最佳化操作。
本实验是以乙酸和乙醇为原料、在酸催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。
反应的化学方程式为:O H H COOC CH OH H C COOH CH 2523SOH 52342+−−→←+ 实验的进料有两种方式: 一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。
新型精馏技术
1 反应精馏反应精馏作为一种新型特殊精馏，因其具有独特的优势而在化学工业中日益受到重视。
由于反应段固体催化剂的选择及装填方式对该工艺起关键作用，故国内外在注重工艺开发的同时，也需要在催化剂及填料上多做研究，以取得更大突破。
目前，反应精馏技术已在多个领域实现了产业化，对某些新领域的开发也取得了一定进展。
随着节能和环保要求日益提高，该技术与先进的计算机模拟软件相结合，在未来几十年将会发挥更大作用，同时会有更好的发展。
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。
新型精馏技术
1 反应精馏反应精馏作为一种新型特殊精馏，因其具有独特的优势而在化学工业中日益受到重视。
由于反应段固体催化剂的选择及装填方式对该工艺起关键作用，故国内外在注重工艺开发的同时，也需要在催化剂及填料上多做研究，以取得更大突破。
目前，反应精馏技术已在多个领域实现了产业化，对某些新领域的开发也取得了一定进展。
随着节能和环保要求日益提高，该技术与先进的计算机模拟软件相结合，在未来几十年将会发挥更大作用，同时会有更好的发展。
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。
精馏-反应精馏
+ H2O
C=O
Yang Yanzhao
SHANDONG UNIVERSITY
传统工艺： 两个反应分别在两个反应器中进行， 收率为65 % ~75 %，反应时间6小时
采用反应精馏技术：
选择操作压力和反应介质
提供 满足
反应 精馏
适宜温度、 浓度分布
SHANDONG UNIVERSITY
反精应馏精段：馏使塔塔分顶成馏三段：
出合格的醋酸；不 让醋酐馏出
反应段：保证反应
OH
进行完全；并不断
CHO
蒸馏出醋酸
对醋酐提馏，使其 不进入塔釜；重排 反应在该段进行
(CH3CO)2O
香豆素生产工艺
Yang Yanzhao
CH3COOH
C=O
SHANDONG UNIVERSITY
Yang Yanzhao
采用反应精馏后： 反应时间缩短为几十分钟，收率提高到85% ~ 95%
C+D 产物 破 坏 原有平衡
反应 进 行 生成物 提 高 单程转化率
可逆反应 一定程度上 不可逆反应
Yang Yanzhao
SHANDONG UNIVERSITY
实例：
CH 3COOH C2H5OH
CH 3COOC 2H5 H2O
∵沸点： T酯 ﹤ T乙酸 、T乙醇 T酯、水、醇 （三元恒沸物） ﹤ T乙酸 、 T乙醇
• 适用于 ：A C + D
RCC C — 易挥发 D — 难挥发
产物与反应物分离
A
实现
产物之间分离
• 适用于 ：A R S
DDS
（目）
挥发性：R > A > S
减少R在连串反应中的消耗
化学反应工程之反应精馏
艺
20
（二）利用反应促进精馏的反应精馏
分离近沸点混合物，如C8芳烃、二氯苯 混合物、硝化甲苯等异构体的分离。 异构体分离：利用异构体和反应添加剂 之间反应能力的差异；常采用类似于萃 取精馏的双塔流程
实现该类反应精馏过程的基本要求：1、反应是快 速和可逆的，反应物仅仅存在于塔内，不污染分离后 的产品；2、添加剂必须选择性地与异构体之一反应； 3、添加剂、异构体和反应产物的沸点之间的关系符合 精馏要求。如：使用有机的金属钠反应添加剂分离
三、反应精馏的特点
优点： 1、选择性高 由于反应物一旦生成即移出反应区，对于如 连串反应之类的复杂反应，可以抑制副反应， 提高收率。 2、转化率高 由于反应产物不断移出反应区，使可逆反应 平衡移动，提高了转化率。 3、生产能力高 因为产物随时从反应区蒸出，故反应区内反 应物含量始终较高，从而提高了反应速率，缩 短了接触时间，提高了设备的生产能力。
1921年由Bacchus提出有关反应精馏的 概念。由于同一设备中精馏与化学反应 同时进行，比单独的反应过程或者精馏 更为复杂，因此从20世纪30年代中期到 60年代，大量的研究工作是针对某些特 定体系工艺进行的，60年代末开始反应 精馏一般规律的研究，目前，从理论到 应用上都有了长足的进展 ，并已经扩 大到非均相催化反应精馏体系。
对二甲苯和间二甲苯，钠优先与酸性较强的间二 甲苯反应，使对二甲苯从塔顶馏出。
（三）催化精馏
催化精馏实质上是指非均相催化反应精 馏，即将催化剂填充于精馏塔中，它既 起加速反应的催化作用，又作为填料起 分离作用，催化精馏具有均相反应精馏 的全部优点，既适合可逆反应，也适合 于连串反应。 首先成功应用非均相催化精馏的工艺是 甲基叔丁基醚的合成（CR&L公司的 MTBE生产工艺）
反应精馏
化学工程实验之反应精馏一、反应精馏对于化工过程常见的可逆反应体系，可以通过将反应与蒸馏耦合在一个多功能的过程中而使其性能得到大大改进，这种藕合被称之为“反应蒸馏”。
与非反应蒸馏过程相比，这种组合的优点是可以打破反应平衡的限制，进而取得较高的反应物转化率，反应热可被蒸馏原位利用，避免使用辅助溶剂，共沸物或近沸点混合物可被较容易地分离；同时这种方法可直接提高过程的效率并降低设备投资及操作费用。
二、实验目的1.掌握在指定条件下，计算可逆反应平衡转化率的方法，巩固对反应热力学分析方法的学习结果；2.利用反应蒸馏塔合成高纯的乙酸甲酯产品，掌握相关的实验技能；3.掌握利用气相色谱仪分析样品组成的方法；4.通过利用分离手段强化反应过程的这一成功范例，启发利用反应与分离过程耦合开发新型反应过程，并深化对新型反应器的认识。
三、实验内容1.计算在指定反应条件，如进料配比、反应温度及微正压条件下利用甲醇与乙酸生成乙酸甲酯和水酯化反应的乙酸平衡转化率；2.反应蒸馏塔以接近化学计量比的甲醇和乙酸进料，在指定的反应温度及微正压条件下合成高纯的乙酸甲酯产品；3.利用配备有TCD检测器的气相色谱仪，对塔顶馏出的甲醇与水的混合物及塔底的高纯乙酸甲酯产品进行分析检测，并根据分析数据计算乙酸甲酯产品的收率；4.对比在相同条件下计算的乙酸甲酯平衡收率与实验测定的乙酸甲酯产品收率数据，分析利用反应蒸馏技术对甲醇与乙酸生成乙酸甲酯和水酯化反应过程的强化效果。
本次实验我们考察的是：进料位置对产品中各组分浓度的影响四、实验装置图1. 反应精馏装置示意图五、实验步骤5.1实验开始前准备1.检验装置所处的房间是否有良好的通风以及消防设施，确保在设备运行期间，房间内不存在易燃、易爆的气体，不得有其它明火、热源。
2.检验设备电源是否已正确连接上，检查各仪表显示是否正常。
3.进行气密性试验。
将塔釜、乙酸原料罐、乙醇原料罐、塔顶产品贮罐以及塔底产品贮罐等的进口、出口阀门全部关闭，放空安全阀均关闭。
反应精馏实验讲义
反应精馏生产甲缩醛一、实验原理主反应: CH2O+2CH3OH(CH3-O-CH2-O-CH3+H2O 副反应: 2CH3OH→CH3-O-CH3+H2O主反应是可逆反应, 其平衡常数比较小, 为了增大反应物的转化率, 需要把产物及时地移出体系。
而反应精馏技术就是把反应和精馏两个过程耦合在一个体系中的工艺过程, 以精馏分离促进反应的进行, 有效解决了反应平衡常数小, 转化率低的问题。
由于反应器和分离设备的耦合, 既减少了设备投资, 又降低了反应、分离过程的能耗。
在这个反应体系中, 主反应在常压, 50到80℃, 强酸性离子交换树脂催化下即可进行。
而副反应活化能较高, 需要150℃下发生反应。
本体系可基本不考虑副反应对主反应的影响。
二、实验装置实验装置如图所示, 甲醛溶液从反应精馏塔反应段上部进料, 甲醇从反应段下部进料, 反应段为强酸性离子交换树脂, 经精馏后塔顶得到产品是甲缩醛, 塔底得到水。
三、实验步骤1.标定甲醛进料泵和甲醇进料泵的流量2.甲醇和甲醛摩尔配比为2.5: 1, 换算成体积比, 按得到数值进料3.为使甲醛转化更为彻底, 先往塔内加入适量甲醇, 使塔内甲醇和甲醛摩尔比远大于2。
4.再沸器中注入容积量的4/5的去离子水, 开启加热, 塔底温度设置为100℃。
5.当反应段上部温度大于90℃时, 打开冷凝, 同时开始进料。
6.控制回流比为2, 塔顶采出甲缩醛, 塔底出水。
7、待塔顶温度稳定在42℃时, 从反应区各段取样, 分析其组成, 并记录下各段温度。
8、实验结束后, 先关加热, 待塔温降下来之后关掉冷凝水。
四、实验数据处理五、注意事项1.甲醛易挥发, 且刺激性很强, 在甲醛进料时注意通风。
2、塔底温度不能过高, 否则气量太大, 容易引起液泛。
3.甲醇、甲醛的进料量和塔本身生产能力相匹配。
反应精馏技术
本课程所讲的反应精馏主要是反应型反应精馏。
第20页，此课件共92页哦
3、均相反应精馏
在讲述反应精馏以前，先回顾一下以前所 讲的气液传质设备的分类及特点。
常用气液 传质设备
第21页，此课件共92页哦
填料塔
固定填料 活动填料
第10页，此课件共92页哦
在过去三十年里，最重要的是MTBE的
生产。来自炼油厂脱丁烷塔的轻质混合C4 物流包含异丁烯和其他C4惰性成分（异丁 烷，正丁烷，与正丁烯）。混合C4物流随
着甲醇一起进入反应精馏塔。异丁烯与甲 醇反应生成甲基叔丁基醚。重组分甲基叔 丁基醚从塔底移走，化学惰性的C4上升至 塔顶，从塔顶移走。
6、在反应精馏塔内，各反应物的浓度不同于进料浓 度，造成主副反应的速率差异，达到较高选择性。 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 的节省。通过内比调节，可按照理论量反应，不 需过量。
7、有时反应物的存在能改变系统各组分的相对挥发 度，或绕过共沸组成，所以对于某些难分离物系， 可以利用反应精馏来获得纯产品。
物，如何提高产物的收率
以异丙苯的生产为例
异丙苯是化工生产的重要中间体，大量用于生产苯酚和 丙酮，异丙苯的生产是由苯和丙烯烷基化完成的。作为苯的 烷基化反应属于连串反应，在烷基化生成一异丙苯的同时， 还会生成大量的二异丙苯和三异丙苯。如果采用气相反应， 反应温度高，烷基苯又会发生聚合反应生成多环芳烃，必将 生成大量副产物。
甲醛吸收、氨气吸收及生成乌洛托品的反 应均是放热反应，以循环水控制反应温度，需 要消耗大量的冷却水。冷却水的循环也需要消 耗电能，
反应精馏
第4章特殊精馏技术了盐增强萃取精馏的作用，又克服了固体盐的回收和输送问题，目前已在工业上得到了应用。
工业应用实例有二：(1)醇一水物系的分离在乙醇、丙醇、丁醇等与水的混合液中，大多数存在着共沸物，采用加盐萃取精馏可实现预期的分离效果。
以乙醇一水共沸物体系作为研究对象，选用乙二醇作溶剂，在溶剂中加入氯化钙或乙酸钾等盐类，形成混合萃取剂制取无水乙醇，并进行了工业试验。
日产量达6～7t无水乙醇装置，以乙二醇加乙酸钾为混合萃取剂，与国外乙二醇萃取精馏方法比较，加盐后溶剂比减少为原来的1／4～1／5，节省了操作费用，减少了设备投资。
这种形式的加盐精馏流程示意图见图4—34。
目前工业上应用加盐萃取精馏分离乙醇一水抽取无水乙醇的规模为5000t／a，叔丁醇一水体系的分离已有3500t／a的中试装置。
(2)酯一水物系的分离图4—34加盐精馏流程示意图酯一水物系也是形成共沸物的系统。
传统的分离方法是共沸精馏。
近年来利用加盐萃取精馏提纯乙酸乙酯的研究已取得进展。
4．4反应精馏化工生产中，经常要遇到先进行化学反应而后将反应产物进行精馏分离的操作过程。
在反应器中为了使床层温度趋于等温并使反应向产物方向转移，就必须借助换热方式将反应热从床层中移动。
而精馏过程则又必须供给塔底物料一定的热量。
为了更好地利用反应热，传统的做法是将其用于精馏的再沸器中，使反应系统和精馏系统的能量得以部分平衡，以节约加热工程热负荷并同时减小冷却工程的冷负荷。
然而对于可逆反应，如果能利用精馏技术及时移去反应区的产物，就能使反应向产物方向移动，使反应放热与精馏的需热局部平衡，从而可达到产品分离及节能诸方面的效益。
反应精馏是进行反应的同时用精馏方法分离出产品的过程，当有催化剂存在时的反应精馏叫作催化精馏。
反应精馏进行的基本条件是化学反应的可逆性和物系有较大的相对挥发度，而且反应的温度压力条件应与精馏过程相近。
在反应精馏中，按照反应与精馏的关系可分为两种类型，一种是利用精馏促反应，另一种是利用反应促进精馏分离。
3.3反应精馏剖析.
2、分子精馏
分子精馏是一种特殊的液液分离技术， 能在极高真空下操作，依靠分子平均 运动自由程的差别，使液体在远低于 沸点的温度下进行分离，适用于高沸 点、热敏性及易氧化物系的分离。
20
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作业: P166 第19题 P167 第25题
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7
优点2：可移出产物中产生的对催化剂污染 物，延长催化剂的寿命。
反应段催化剂的装填要求：
1.使反应段的催化剂床层有足够的自由空间， 提供汽液相的流动通道，以进行液相反应；
2.具有足够的表面积； 3.允许催化剂颗粒的膨胀和收缩； 4.结构简单、便于更换。
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3.3.2 反应精馏过程 一般精馏塔：
反应添加剂3
产物2 添加剂3
实现该反应精馏过程的基本条件：
1.反应是快速可逆的，反应产物仅仅存在于塔内；
2.添加剂必须选择性地与异构体之一反应；
3.添加剂、异构体和反应产物沸点之间的关系符合精
馏要求。
4
三、催化精馏
非均相催化精馏
优点1：既起加速反应的催化作用，又作为填料起 分离作用。
适用于： 可逆反应、连串反应
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溶盐精馏盐的加入方式
将固体盐加入回流液中，塔顶得到纯产品 盐溶液和回流液混合。由于盐溶液含有重
组份，会污染产品。 将盐加入再沸器，起破坏共沸物的作用。
适用于盐效应很大或产品纯度要求不高的 场合。
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溶盐精馏优点和缺点
盐类完全不挥发，能耗低 盐效应作用明显，用量少 盐的溶解和回收循环比较困难。
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(2)加盐萃取蒸馏
比溶盐精馏还要复杂，增加了溶剂和溶盐 与萃取精馏完全相同 既发挥了盐增强萃取精馏的作用，又克服
催化反应精馏法制乙酸乙酯
催化反应精馏法制乙酸乙酯精馏是化工生产中常用的分离方法。
它是利用气-液两相的传质和传热来达到分离的目的。
对于不同的分离对象，精馏方法也会有所差异。
反应精馏是精馏技术中的一个特殊领域。
在操作过程中，化学反应与分离同时进行，故能显著提高总体转化率，降低能耗。
此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用，而且越来越显示其优越性。
一．实验目的1．了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程，是反应和分离过程的复合，通过实验数据和结果，了解反应精馏技术比常规反应技术在成本和操作上的优越性。
2．了解玻璃精馏塔的构造和原理，学习反应精馏玻璃塔的使用和操作，掌握反应精馏操作的原理和步骤。
3．学习用反应工程原理和精馏塔原理，对精馏过程做全塔物料衡算和塔操作的过程分析。
4．了解反应精馏与常规精馏的区别，掌握反应精馏法是适宜的物系。
5．学习气相色谱的原理和使用方法，学会用气相色谱分析塔内物料的组成，了解气相色谱分析条件的选择和确定方法，并学习根据出峰情况来改变色谱条件。
6．学习用色谱分析，进行定量和定性的方法，学会求取液相分析物校正因子及计算含量的方法和步骤。
了解气相色谱仪以及热导池检测器的原理，了解分离条件的选择和确定。
二．实验原理1. 反应精馏原理反应精馏是随着精馏技术的不断发展与完善，而发展起来的一种新型分离技术。
通过对精馏塔进行特殊改造或设计后，采用不同形式的催化剂，可以使某些反应在精馏塔中进行，并同时进行产物和原料的精馏分离，是精馏技术中的一个特殊领域。
在反应精馏操作过程中，由于化学反应与分离同时进行，产物通常被分离到塔顶，从而使反应平衡被不断破坏，造成反应平衡中的原料浓度相对增加，使平衡向右移动，故能显著提高反应原料的总体转化率，降低能耗。
同时，由于产物与原料在反应中不断被精馏塔分离，也往往能得到较纯的产品，减少了后续分离和提纯工序的操作和能耗。
此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用，而且越来越显示其优越性。
反应精馏
2、反应精馏的原理Biblioteka 3、使用反应精馏的基本要求
必须满足以下基本要求: 必须满足以下基本要求: (1)化学反应必须在液相中进行 (1)化学反应必须在液相中进行 (2)在操作系统压力下 在操作系统压力下， (2)在操作系统压力下，主反应的反应温度和目的产物的泡 点温度接近，以使目的产物及时从反应体系中移出; 点温度接近，以使目的产物及时从反应体系中移出; (3)主反应不能是强吸热反应， (3)主反应不能是强吸热反应，否则精馏操作的传热和传质 主反应不能是强吸热反应 会受到严重影响，会使塔板分离效率减低， 会受到严重影响，会使塔板分离效率减低，甚至使精馏操 作无法顺利进行; 作无法顺利进行; (4)主反应时间和精馏时间相比较 主反应时间不能过长， 主反应时间和精馏时间相比较， (4)主反应时间和精馏时间相比较，主反应时间不能过长， 否则精馏塔的分离能力不能得到充分利用; 否则精馏塔的分离能力不能得到充分利用; (5)对于催化蒸馏 要求催化剂具有较长的使用寿命， 对于催化蒸馏， (5)对于催化蒸馏，要求催化剂具有较长的使用寿命，因为 频繁地更换催化剂需要停止反应精馏操作， 频繁地更换催化剂需要停止反应精馏操作，从而影响到生 产效率，同时增加了生产成本; 产效率，同时增加了生产成本; (6)催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行 催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行， (6)催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行，同时要 保证精馏操作也能较好地进行。 保证精馏操作也能较好地进行。
4、反应精馏的分类
根据使用催化剂形态的不同 根据使用催化剂形态的不同，反应精馏可 使用催化剂形态的不同， 以分为均相反应精馏和催化蒸馏; 以分为均相反应精馏和催化蒸馏; 根据投料操作方式 根据投料操作方式，反应精馏可以分为连 投料操作方式， 续反应精馏和间歇反应精馏; 续反应精馏和间歇反应精馏; 根据化学反应速度的快慢 根据化学反应速度的快慢，反应精馏分为 化学反应速度的快慢， 瞬时、快速和慢速反应精馏。 瞬时、快速和慢速反应精馏。
反应精馏你了解吗？
反应精馏你了解吗？反应精馏（Reactive Distillation）工艺的出现，彻底改变了长期以来人们对反应和分离过程的传统认识，它使化学反应过程和精馏分离的物理过程结合在一起，是伴有化学反应的新型特殊精馏过程。
关于反应精馏:在进行反应的同时用精馏方法分离出产品的过程。
可以是为提高分离效率而将反应与精馏相结合的一种分离操作；也可以是为了提高反应转化率而借助于精馏分离手段的一种反应过程。
反应精馏的原理：对于可逆反应，当某一产物的挥发度大于反应物时，如果将该产物从液相中蒸出，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。
反应精馏技术的应用：应用很广泛，例如酯化、酯交换、皂化、胺化、水解、异构化、烃化、卤化、脱水、乙酰化和硝化等反应，具体反应举例见下表：反应精馏仅适用于反应过程和反应组分的蒸馏分离可以在同一温度条件下进行的化学反应。
如果反应组分之间存在有恒沸现象，或者反应物与产物的沸点非常接近时，反应精馏技术则不适用。
已经达到商业规模或者进行过实验室研究的工业上，重要的反应精馏过程主要包括以下反应类型：1、烷基化乙烯与苯烷基化的RD塔由二部分组成，上部填装特殊设计的捆扎包内装Y型分子筛，下部安装精馏塔板，乙烯从催化剂层底部进料，苯从回流罐进塔，过程的特点是反应温度受饱和点温度制约，避免反应区热点的生成，提高了催化剂的寿命，副产物二乙丙苯和三异丙苯返回RD塔，与苯进行烯烃转移反应生成更多的异丙苯，消除了大量苯的循环，反应热有效利用。
与传统工艺比较，RD过程节能50%，投资降低25%。
但是催化剂的活性和选择性相差较大，因此必须开发出适合的催化剂。
2、叠合过程采用反应精馏技术可使烯烃分子有选择的叠合，因为精密的温度控制和反应段的宽分布将减少非理想产品的二聚物、三聚物或高聚物的生成，丁烯叠合的反应精馏工艺目前已获工业许可。
3、烯烃选择性加氢已经证明，反应精馏可使不需要的烯烃杂质选择加氢，使其失去化学活性或不有利于精馏分离去除。
制药过程中反应精馏技术的应用 20130908 陈志荣
连续反应精馏流程示意图
A+B C+D （αD＜αA＜αB＜αC ）
反应物A 反应物B 冷却介质
低沸点产物C
热介质
高沸点产物D
2.4 间隙催化反应精馏
特点：
（1）适用于快或慢反应体系。 （2）适用于产物相对挥发度比反应物高或低 的反应体系。 （3）适用于催化剂需要经常更换的反应体系。 （4）适合较小批量产品的生产。
Reactions —— 对象类型
创建化学反应对象时，需赋予对象 ID 和 选择对象类型。对于小分子反应，常用的类 型有三种： 1、LHHW 型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson) 2、幂律型 (Power Law 反应级数) 3、反应精馏型 (Reac-Dist)
a-异戊烯醚分解；b-苯烷基化；c-合成 MTBE。 注：催化剂填充段应放在反应物含量最大的区域。
3 反应精馏装置的设计
3.1 反应精馏装置设计基础 3.2 反应精馏装置的模拟计算 3.3 催化反应精馏塔催化剂的装填
3.1 反应精馏装置设计基础
3.1.1反应精馏装置型式的选择
（1）反应停留时间τ 根据反应停留时间τ计算VR（ VR=v*τ）, VR大用板式塔；VR小用填料塔。 （2）生产量 生产量大采用连续（催化）反应精馏（蒸 馏）；生产量小则采用间隙（催化）反应精馏 （蒸馏）。
Vj,yi,j Hj
Gj Fj,zi,j Tj,Pj Lj-1,xi,j-1 hj-1
第j 级 ⊿R j
Vj+1,yi,j+1 Lj,xi,j Hj+1 hj 第j个平衡级
Qj
Uj
围绕第j级i组分的物料衡算方程（M方程）
L j 1 xi , j 1 (V j G j ) yi , j ( L j U j ) xi , j V j 1 y F j Z i , j R j 0 l i , j 1
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1921年由Bacchus提出有关反应精馏的 概念。由于同一设备中精馏与化学反应 同时进行，比单独的反应过程或者精馏 更为复杂，因此从20世纪30年代中期到 60年代，大量的研究工作是针对某些特 定体系工艺进行的，60年代末开始反应 精馏一般规律的研究，目前，从理论到 应用上都有了长足的进展 ，并已经扩 大到非均相催化反应精馏体系。
反应精馏
一、反应精馏概述
二、反应精馏的原理 三、反应精馏特点 四、反应精馏的流程 五、反应精馏的应用
六、反应精馏工艺的开发方法
七、反应精馏研究进展
一、反应精馏概述
化工生产中，反应和分离两种操作通常分 别在两类单独的设备中进行。若能将两者 结合起来，在一个设备中同时进行，将反 应生成的产物或中间产物及时分离，则可 以提高产品的收率，同时又可利用反应热 供产品分离，达到节能的目的，反应精馏 就是这样的一个过程。 目前，反应精馏一方面成为提高分离效率 而将反应与精馏结合的一种分离操作，另 一方面则成为提高反应收率而借助于精馏 分离手段的一种反应过程。
局限性：
1、反应精馏技术仅仅适用于那些反应过程和物系 的精馏分离可以在同一温度下进行的工艺工程， 即在催化剂具有较高活性的温度范围内，反应物 系能够进行精馏分离，当催化剂的活性温度超过 物质的临界点时，物质无法液化，不具备精馏分 离的条件。 2、 根据反应物和产物的相对挥发度的大小，有四 种类型：第一类是所有产物的相对挥发度都大于 或小于所有挥发物的相对挥发度；第二类是所有 反应物的相对挥发度介于产物的相对挥发度之间； 第三类是所有产物的相对挥发度介于反应物的相 对挥发度之间；第四类是反应物和产物的相对挥 发度基本相同。显然，前两类可采用反应精馏技 术，而后两类不具备反应精馏的条件。
反应精馏的分类
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; 根据化学反应速度的快慢，反应精馏分 为瞬时、快速和慢速反应精馏。
二、反应精馏的原理
反应精馏就是在进行反应的同时用精馏 方法分离出产物的过程。 原理是：对于可逆反应，当某一产物的 挥发度大于反应物时，如果将该产物从 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。
4、产品纯度高 对于促进反应的反应精馏在反应的同时也得到了 较纯的产品；对沸点相近的物系，利用各组分反 应性能的差异，采用反应精馏获得高纯度产品。 5、能耗低 由于反应热可直接用于精馏，降低了精馏能耗， 即使是吸热反应，因反应和精馏在同一塔内进行， 集中供热也比分别供热节能，减少了热损失。 6、投资省 由于将反应器和精馏塔合二为一，节省设备投资， 简化流程。 7、系统容易控制，常用改变塔的操作压力来改 变液体混合物的泡点（即反应温度），从而改变 反应速率和产品分布。
A, R
F
B
A B R S
B
A, R
A, R
S
S
S
S
B比A难挥发
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五、反应精馏的应用
反应精馏技术的工艺研究现状反应精馏技术经历了近 70年的发展，已在醚化、加氢、烷基化、醋化、醋交换、 皂化、水解、卤化、胺化、乙酞化、硝化及脱水等反应中 得到了应用。目前许多工艺已较成熟，且借助于计算机模 拟手段，研究范围得到进一步扩大。
A, R A, R
A低沸点 R挥发度高 无精馏段 无塔顶产品引出 产品R从再沸器引出
AR
F
AR
F
R
R
测定反应完成位置，防 止逆反应发生
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③ 反应2A ↔ R + S 或 A + B ↔ R+S
A、B挥发度 在R、S之间
R R
D1
R
D1
A, R
F
2A R S
四、反应精馏的流程
对某些体系无需外加其它辅助精馏过程可得合格产品：
① 反应A ↔ R或A ↔ 2R
D1 R D1 R
挥发度 R>A
无提馏段
A和R形成高沸点恒沸物时， 稳态下，再沸器中R的摩尔分数 大于恒沸组成。
AR
A, R
F
AR
A, R
F
A
A
12
② 反应A ↔ R或2A ↔2R
（一）利用精馏促进反应的反应精馏
醋酸甲酯的生产 高纯度的醋酸甲酯是生产多种聚酯产品的重 要中间体。由于甲醇和醋酸生产醋酸甲酯的反 应是可逆反应，醋酸甲酯与甲醇会形成具有最 低沸点的混合物，所以获得高纯度的醋酸甲酯 比较困难，但采用反应精馏可以很容易获得高 纯度的醋酸甲酯。生产醋酸甲酯反应精馏工艺 是由1983年Estman化学公司开发的。
三、反应精馏的特点
优点： 1、选择性高 由于反应物一旦生成即移出反应区，对于如 连串反应之类的复杂反应，可以抑制副反应， 提高收率。 2、转化率高 由于反应产物不断移出反应区，使可逆反应 平衡移动，提高了转化率。 3、生产能力高 因为产物随时从反应区蒸出，故反应区内反 应物含量始终较高，从而提高了反应速率，缩 短了接触时间，提高了设备的生产能力。
醋酸甲酯生产装置
醋酸-甲醇
醋酸甲酯生产工艺
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（二）利用反应促进精馏的反应精馏
分离近沸点混合物，如C8芳烃、二氯苯 混合物、硝化甲苯等异构体的分离。 异构体分离：利用异构体和反应添加剂 之间反应能力的差异；常采用类似于萃 取精馏的双塔流程
反应精馏工艺流程与传统工艺流程比较
使用反应精馏的基本要求
(1)化学反应必须在液相中进行 (2)在操作系统压力下，主反应的反应温度和目的产物的泡 点温度接近，以使目的产物及时从反应体系中移出; (3)主反应不能是强吸热反应，否则精馏操作的传热和传质 会受到严重影响，会使塔板分离效率减低，甚至使精馏 操作无法顺利进行; (4)主反应时间和精馏时间相比较，主反应时间不能过长， 否则精馏塔的分离能力不能得到充分利用 ; (5)对于催化蒸馏，要求催化剂具有较长的使用寿命，因为 频繁地更换催化剂需要停止反应精馏操作，从而影响到 生产效率，同时增加了生产成本; (6)催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行，同时要 保证精馏操作也能较好地进行。