化学反应工程之反应精馏
反应精馏案例
反应精馏案例反应精馏是一种常见的化工分离技术，通过控制物质的沸点差异，将混合物中的组分分离出来。
在化工生产中，反应精馏被广泛应用于石油化工、化学工业和制药工业等领域。
下面我们通过一个案例来了解反应精馏的具体应用。
某化工厂生产苯和甲苯的混合物，需要通过反应精馏将其分离出来。
首先，在反应精馏塔中，混合物被加热至苯的沸点，苯蒸汽向上升腾，然后在塔顶冷凝成液体。
而甲苯由于沸点较高，留在塔底。
这样，苯和甲苯得以分离。
在实际操作中，反应精馏的效果受到许多因素的影响。
首先是塔内的填料选择，填料的选择会影响气液两相的接触程度，从而影响分离效果。
其次是进料的温度和压力控制，这些参数的合理选择能够提高反应精馏的效率。
此外，还需要考虑塔顶和塔底的温度和压力控制，以保证产品的纯度和收率。
在实际操作中，工艺工程师需要根据混合物的成分和性质，选择合适的操作条件和设备参数，以达到最佳的分离效果。
同时，还需要考虑能源消耗和设备维护等经济因素，以保证生产的经济效益。
反应精馏作为一种重要的分离技术，不仅在化工生产中有着广泛的应用，同时也在环保和能源领域具有重要意义。
通过对反应精馏过程的深入了解和优化，能够提高产品的质量，降低能源消耗，减少对环境的影响，从而实现可持续发展的目标。
总的来说，反应精馏作为一种重要的化工分离技术，对于提高产品质量、降低能源消耗具有重要意义。
通过合理的操作和设备选择，可以实现混合物的高效分离，从而为化工生产带来经济效益和环保效益。
希望通过本案例的介绍，能够对反应精馏技术有一个更深入的了解，为实际生产提供参考和借鉴。
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。
反应精馏实验报告
反应精馏实验报告实验目的，通过反应精馏实验，掌握精馏技术，了解反应精馏原理，提高化学实验操作能力。
实验原理，反应精馏是在精馏过程中，将反应物加入精馏瓶中，通过加热使其发生反应，然后进行精馏，从而得到产物。
这种方法适用于需要在高温下进行反应的情况。
实验仪器，反应精馏设备、精密恒温加热器、精密恒温控制仪、精密磁力搅拌器、精密温度计、精密压力计等。
实验步骤：1. 将反应精馏设备装好，连接好冷凝管和接收瓶。
2. 在精馏瓶中加入反应物，并加入适量的溶剂。
3. 装上精密恒温控制仪，设置好反应温度。
4. 打开精密恒温加热器，开始加热反应精馏瓶。
5. 在反应过程中，通过精密磁力搅拌器进行搅拌，保持反应均匀。
6. 根据产物的沸点，控制好冷凝管的温度，收集产物。
实验结果分析：通过反应精馏实验，我们成功地得到了产物，并通过测定其物理性质和化学性质，确认了产物的结构和纯度。
实验结果表明，反应精馏是一种有效的方法，可以在高温下进行反应，并得到纯净的产物。
实验结论：反应精馏是一种重要的精馏方法，它可以在反应过程中进行精馏，从而得到纯净的产物。
通过本次实验，我们掌握了反应精馏的操作技巧，加深了对反应精馏原理的理解，提高了化学实验操作能力。
实验总结：反应精馏实验是化学实验中的重要内容，通过实验可以加深对精馏技术和反应原理的理解，提高实验操作能力。
在今后的学习和工作中，我们将继续努力，不断提升自己的实验技能，为将来的科研工作打下坚实的基础。
通过本次反应精馏实验，我们不仅学会了操作反应精馏设备，还加深了对精馏原理和反应过程的理解，为今后的学习和科研工作奠定了基础。
希望在今后的实验中，我们能够继续努力，不断提高自己的实验技能，为科学研究做出更大的贡献。
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。
化学反应工程与工艺专业实验讲义
实验一反应精馏合成乙酸乙酯一实验目的1 了解反应精馏过程原理及适用场合.2 掌握反应精馏装置的操作方法和反应精馏研究方法。
3 了解反应精馏与常规精馏的区别。
4 学会用色谱-热导检测器分析塔内物料浓度组成。
二实验原理反应精馏法是将化学反应过程与精馏分离过程同时进行生产产品的操作。
由于物理过程与化学过程同时存在，使过程更加复杂。
（1）对可逆平行反应，通过精馏将反应产物中的高沸物或低沸物连续的从系统中排出，可使总转化率超过平衡转化率，大大提高生产效率。
（2）对于异构体混合物分离比较困难时，若其中的某组分能发生化学反应并生成沸点不同的物质，就可以加以分离。
本实验用乙酸、乙醇为原料，加入少量浓硫酸为催化剂通过反应精馏合成乙酸乙酯。
边反应边将乙酸乙酯分离出来，提高乙酸的转化率。
操作方式：间歇过程；塔釜连续进料过程；塔身某处连续进料过程。
产物分析方法：采用色谱-热导检测分析，色谱工作站处理。
GDX分离柱(φ3mm，L 2m) , 柱温110度，汽化温度130度，检测温度120度；载气压力0.04Mpa；桥流100mA.出峰的先后顺序为：H2O , CH3CH2OH , CH3COOH ,CH3COOC2H5.它们的摩尔校正因子分别为：3.03, 2.09, 1.39, 0.91。
三实验装置与试剂反应精馏装置一套，直径20mm, 内装填料，可自动加热、保温、回流控制。
操作过程见说明书。
无水乙醇200mL ；含浓硫酸0.3%(wt)的冰乙酸200mL.四实验步骤1 配置1：1.3（mol）酸醇混合液250mL，加入到塔釜中。
并用色谱准确测其组成。
2 开启色谱-热导检测分析仪及色谱工作站，按分析方法操作。
3 通冷却水，接通电源。
按操作说明书对反应精馏装置加热升温，并开启保温电流。
待塔顶有液体出现时，全回流30分钟。
以微量注射器在塔身不同高度取样口取样分析，作出塔内各组分的浓度分布曲线。
4 开启回流比3：1 ，塔顶开始出产品。
第三节 反应精馏
反应精馏的特点
缺点：
• 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 条件下进行的工艺过程，需要保证反应效率和分离效率； • 根据反应物和产物的相对挥发度大小，有四种类型：所有 产物的相对挥发度大于或小于反应物的相对挥发度，所有 反应物的相对挥发度介于产物的相对挥发度之间，所有产 物的相对挥发度介于反应物的相对挥发度之间，产物的和 反应物的相对挥发度基本相近，只有前两类可用反应精馏
反应精馏过程流程
• 反应物含量最大区域确定催化反应段位置（如图7-40，p239）
反应精馏过程分析
反应精馏塔内含量和温度分析
• 与进料位置有关，存在极值点，类似于多组分精馏，图7-41、 7-42
回流比和理论级数
• 回流比变化：影响 a) 液相组成 b) 改变了液体与催化剂表面接触状况 c) 液体在反应段的停留时间
aC a A 塔上部进料 产物C塔釜出料 全回流操作
反应精馏流程
aC aA aD
aC aA aB aD
a A a B aC a D
反应物分别在塔下、上 部进料或同时进料
产物与反应物之间的分离 反应物分别在塔下、上 产物和产物之间的分离 部进料或同时进料
保证反应物和催化剂充分接触；保证一定的反应停留时间；保证达到预期的产物分 离
第三节 反应精馏
主讲人： 马晓梅 小组成员：鲜仲辉、Байду номын сангаас晓梅、王彪、 刘泽勇、马海龙
内容提要
概述 特点 应用条件 反应型反应精馏应用举例 塔设备及催化剂 流程分析 过程的数学模拟
一、概述
定义 在反应的同时用精馏的方法分离产物的过程 两种类型 利用精馏促进反应（提高反应转化率或收率）； 通过反应来促进精馏（提高分离效率） 技术发展 1921年Bacchaus提出概念——20世纪30~60年代特定反应 体系的工艺研究——20世纪60年代开始一般规律的研究— —70年代开始非均相反应精馏（催化反应精馏）——80年 代重点转向反应精馏的数学模型——目前理论和应用上都 有长足的进展，重在应用时代开始
第二章 反应精馏技术
三十年以前，伊士曼采用反应精馏塔生产醋酸 甲酯。甲醇比乙酸更易挥发，并从塔的较低位置进 料。醋酸较重，从塔的上部位置进料。作为较轻组 分，甲醇沿塔向上运动与沿塔向下运动的较重组分 乙酸接触。两者反应生成醋酸甲酯和水。醋酸甲酯 是系统中最易挥发的成分，所以它沿塔向上进入气 相。这将保持发生可逆反应的液相中醋酸甲酯的浓 度远低于平衡浓度。这样的话，会推动反应向生成 产物的一侧移动，即使在低的平衡常数下也可获得 高的转化率。这种单塔的反应精馏取代了传统的多 塔工艺，而传统多塔工艺要消耗5倍以上的能源， 且投资大约是反应精馏塔的5倍。醋酸甲酯反应精 馏塔已成为反应精馏应用的范例，它提供了一个优 秀的化学创新工程实例。
催化剂。
1、精馏型反应精馏
在化工分离过程中往往一些沸点极为接近的混合 物，如某些同分异构体的混合物。这类混合物的相对 挥发度通常小于1.06，利用普通精馏来分离这些混合 物往往需要较高的回流比(R>15)和很多的塔板数 (N>200)。因此，设备费用和操作成本都很高。精馏 型反应精馏的特点是将第三组分（又叫反应夹带剂） 引入蒸馏塔中，使夹带剂和异构体中的某一组分有选 择地发生快速反应，生成难挥发物质，从而使轻组分 很容易地从塔顶分离出来，当夹带剂与某一组分能在 反应器或再沸器中发生反应生成目的产物时，不再需 要夹带剂回收系统，否则，重组分反应夹带剂及其产 物从塔底排出后，必须进入另一个或几个塔中将之分 离成纯重组分和纯夹带剂。
传统工艺的缺陷：平衡常数小，转化率低，大量物料需 回收循环；存在连串反应，目标产物的收率低；物系中多 组分共沸；反应热难以利用。 为解决上述问题就需要借助于反应精馏技术，也就 是在绪论部分所讲的强调“输出”的牵引，而不是靠输 入物质和能量的推动 为了提高原料转化率、减少副反应，增加产品收率、 降低设备投资和能耗，出现了将“反应和分离”耦合在 同一个设备中进行的新型反应-分离过程，其中一种是反 应与精馏的耦合过程，称为反应精馏。反应精馏是将化 学反应和精馏分离有机地耦合在一起的过程，其中化学 反应主要涉及液相均相催化反应和非均相催化反应。因 而催化反应精馏又有均相反应精馏和非均相反应精馏。
化学反应工程与工艺专业实验讲义
化学反应工程与工艺专业实验讲义实验一反应精馏合成乙酸乙酯一实验目的1了解反应精馏过程原理及适用场合.2掌握反应精馏装置的操作方法和反应精馏研究方法。
3了解反应精馏与常规精馏的区别。
4学会用色谱-热导检测器分析塔内物料浓度组成。
二实验原理反应精馏法是将化学反应过程与精馏分离过程同时进行生产产品的操作。
由于物理过程与化学过程同时存在，使过程更加复杂。
（1）对可逆平行反应，通过精馏将反应产物中的高沸物或低沸物连续的从系统中排出，可使总转化率超过平衡转化率，大大提高生产效率。
（2）对于异构体混合物分离比较困难时，若其中的某组分能发生化学反应并生成沸点不同的物质，就可以加以分离。
本实验用乙酸、乙醇为原料，加入少量浓硫酸为催化剂通过反应精馏合成乙酸乙酯。
边反应边将乙酸乙酯分离出来，提高乙酸的转化率。
操作方式：间歇过程；塔釜连续进料过程；塔身某处连续进料过程。
产物分析方法：采用色谱-热导检测分析，色谱工作站处理。
GD某分离柱(φ3mm，L2m),柱温110度，汽化温度130度，检测温度120度；载气压力0.04Mpa；桥流100mA.出峰的先后顺序为：H2O,CH3CH2OH,CH3COOH,CH3COOC2H5.它们的摩尔校正因子分别为：3.03,2.09,1.39,0.91。
三实验装置与试剂反应精馏装置一套，直径20mm,内装填料，可自动加热、保温、回流控制。
操作过程见说明书。
无水乙醇200mL；含浓硫酸0.3%(wt)的冰乙酸200mL.四实验步骤1配置1：1.3（mol）酸醇混合液250mL，加入到塔釜中。
并用色谱准确测其组成。
2开启色谱-热导检测分析仪及色谱工作站，按分析方法操作。
3通冷却水，接通电源。
按操作说明书对反应精馏装置加热升温，并开启保温电流。
待塔顶有液体出现时，全回流30分钟。
以微量注射器在塔身不同高度取样口取样分析，作出塔内各组分的浓度分布曲线。
4开启回流比3：1，塔顶开始出产品。
当塔顶温度有明显变化时，停止出料，降温冷却，直到塔内液体全部流入塔釜。
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
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。
化学反应工程之反应精馏
填充式催化剂的板式塔工艺
板式塔中气-液-催化剂逆流接 触；包装的催化剂被放置 降液管内及降液管出口处
催化剂填充区和非反 应塔板交替排布
25
醋酸丁酯催化反应精馏
（悬浮式催化剂的板式塔工艺）
该装备系统由离心泵、换热器、 催化剂分离器以及根据具体反应 条件特别设计的液体喷射器等组 成。该工艺将悬浮床催化反应与 精馏分离耦合集成，利用亚音速 液体喷射器对反应釜内物料进行 强制循环搅拌和控温，催化剂悬 浮并混合在物料中，从而使釜内 物料形成高度湍流状态，大大提 高了液固传质和反应速率。同时， 精馏塔提供连续不断的分离．使 反应产物不断从系统中被分离取 出，而未反应的物质则被重新送 回反应器中继续反应，特别适合 于大规模连续化生产。它的搅拌 功率小，无运动部件，催化剂更 换容易，且可连续进行。缺点是 反应和分离集成度不高，过程的 物料循环量和能耗依然较高
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。
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。
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。
酯的水解
乙酸甲酯水解工艺
11
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。
第6章-反应精馏ppt课件
鞍形三元共沸物体系等温线
.
具有两个二元共沸物体系的等温线
.
具有四个共沸物体系的等温线
.
等泡点温度线
.
习题
• 恒压下的等温线与等泡点（等露点）温度 线是否相同？为什么？
.
二个温度下的汽液平衡系线
等泡点线和等露点线
.
等压下非均相三元汽液平衡相图
• 实线－汽相中丙烯腈分子％；虚线－汽相中乙腈分子％ • 在非均相·区，无论两液相的比例变化，其汽相组成都一样（标注系线上）。
描述三元物系的简单蒸馏过程：
dxi
d
(xi
yi )
3
xi 1
i 1
i=1,2 i=1,2,3
泡点温度方程
yi Kixi
3
3
Kixi Ki(T,p,x,y)xi 1
i1
i1
该系统有7个方程组成，其中有9个变量：p,T, x1,x2,x3,y1,y2,y3和ξ。 如果操作压力恒定，则后面7个变量可作为无因次时间ξ的函数。在规定蒸
图c： (A:B:C ＝辛烷:2－氧乙基乙醇:乙烷基苯) 具有二个恒沸点，三角图被蒸馏边
界（粗曲线）分成二个区域。
.
间歇蒸馏或微分蒸馏
• 对于简单的间歇蒸馏或 微分蒸馏（无塔板、回 流），如右图所示，液 体在釜中沸腾，气体在 逸出后即移走，每一微 分量的生成气体与釜中 的残余液体呈汽液平衡， 液相组成连续变化。
• 在给定温度79.07℃下计算的泡点y(1) 分别 为0.1437、0.2154和0.6409，由(3-9)可知 x(2)分别为0.1437、0.2154和0.6409。
• 在温度为T(2)＝78.62℃时，化合物的泡点 y(2) 分别为0.1063、0.2360和0.6577。
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。
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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
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。
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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
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）
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
A, R
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
D1
R
D1
R
D1
R
D1
2A R S
A, R A, R
酯的水解
乙酸甲酯水解工艺
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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
南京大学化学化工学院
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
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。
醚化反应精馏
催化精馏MTBE流程简图 1-预反应器；2-催化精馏塔；3-水洗塔；4-甲醇回收塔
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催化剂填充工艺
填充式催化剂的板式塔工艺：催化剂颗粒直接堆放在 塔板上，最简单且直接 悬浮式催化剂的板式塔工艺：细粒催化剂可以在上升 蒸汽的推动下悬浮，并用放置在塔板上的丝网限制其 不流失。，催化剂往往随进料加入塔板，有好得催化 效果，但每层塔板上失活催化剂的卸料麻烦，塔器稳 定操作困难。 填充式催化剂的填料塔工艺：填充式催化剂的填料塔 工艺是将催化剂装入丝网或玻璃纤维制成的小袋中， 再用不锈钢(波纹)丝网覆盖，卷成各种形状，或以规 整或以散推方式排布于塔内。 一体式催化填料塔工艺：将起分离作用的塔内填料本 身赋予其催化功能，填料既起分离作用又具有催化活 性。 酸性离子液体催化精馏塔工艺
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。随着节能和环保的要求日益提高， 反应精馏技术将会发挥更大作用，是解决能源危机和缓解三废污 染的有效途径。结合了先进的计算机模拟工具，相信反应精馏工 艺在未来几十年将会有更好的发展。
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
AR
A, R
F
F
A
A
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② 反应A ↔ R或2A ↔2R
研究总结和前景展望
反应精馏技术经历了几十年的发展，因其独特的 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催化蒸馏工艺有关键的作 用，因此，国内的科研机构和高校在注重工艺开发的 同时，也需要在催化剂及填料内件上多做研究，以取 得更大突破。反应精馏与其他单元藕合的可行性和有 效性，已经得到了证实。
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。
（酸性离子液体催化精馏塔工艺）
离子液体与物料(如醋酸和丁醇) 混合一起进入精馏塔内，塔顶流 程和常规流程一致，气相采出冷 凝后分相器分相，油相回流，水 相采出。塔底则采用特殊方式， 在离塔釜往上l一3块塔板位汽相 采出醋酸丁酯物料。由于离子液 体无蒸汽压，所以塔釜内主要是 离子液体，将离子液体由塔底抽 出并和进料混合后，再进入精馏 塔内循环使用，即能在普通的精 馏塔内实现催化反应精馏过程
A B R S
B
A, R
B
A, R
F
F
S
S
S
S
B比A难挥发
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苯加氢制备环己烷
芳烃加氢的反应蒸馏工艺(用于除去轻重整油中的苯)
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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。
填充式催化剂的板式塔工艺
板式塔中气-液-催化剂逆流接 催化剂填充区和非反 触；包装的催化剂被放置 应塔板交替排布 降液管内及降液管出口处
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醋酸丁酯催化反应精馏
（悬浮式催化剂的板式塔工艺）
该装备系统由离心泵、换热器、 催化剂分离器以及根据具体反应 条件特别设计的液体喷射器等组 成。该工艺将悬浮床催化反应与 精馏分离耦合集成，利用亚音速 液体喷射器对反应釜内物料进行 强制循环搅拌和控温，催化剂悬 浮并混合在物料中，从而使釜内 物料形成高度湍流状态，大大提 高了液固传质和反应速率。同时， 精馏塔提供连续不断的分离．使 反应产物不断从系统中被分离取 出，而未反应的物质则被重新送 回反应器中继续反应，特别适合 于大规模连续化生产。它的搅拌 功率小，无运动部件，催化剂更 换容易，且可连续进行。缺点是 反应和分离集成度不高，过程的 物料循环量和能耗依然较高
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。
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。
（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。