催化精馏终极版

催化精馏技术
一 发展概况
二 研究方向
三 催化精馏技术特点
四 催化精馏技术原理
四 技术原理
催化精馏原理实质上是指非均相催化反应精 馏，集催化反应、精馏分离于一体，是将化学 反应和精馏耦合在一个塔内同时进行的一种化 工操作过程。
四 技术原理
在精馏的分析中，应用相对 挥发度来表示气液平衡函数关系 更为简便。相对挥发度α值的大 小可以用来判断某混合液是否能 用蒸馏方法加以分离以及分离难 易程度。若α>1，表示y>x ，组 分A较B容易挥发，可以用蒸馏分 离 ，其中α>>1 ，挥发度差异 愈大，愈有利于蒸馏操作；若 α=1，可知y=x，即气象组成等 于液相组成，此时不能用普通精 馏方法分离混合液。
石化研究院等许多科研单位在这方面取得了很
大进展。
七 发展前景
1)加强基础理论研究，建立完善的催化精馏理 论体系，主要课题包括催化精馏系统的气液平 衡关系及反应速率间的相互影响、通用数学模 型及算机应用程序等； 2)开发以催化精馏技术为基础的新工艺，以代 替国内许多落后的旧的生产工艺； 3)开发具有自主知识产权的塔结构和催化剂构 件； 4)加强催化精馏技术的应用研究和应用基础研 究，尤其是其在石油化工领域中的应用。
五 工艺流程
2.乙酸乙酯合成中的应用
五 工艺流程
乙酸乙酯是一种重要的有机溶剂和化工基 本原料，广泛用于涂料、油漆、油墨、纤维素、 人造香精、药物和有机酸的生产中，国内外市 场需求量日趋增大。 国内乙酸乙酯的生产方法主要是酯化法和 乙醛缩合法，将反应精馏应用于酯化反应已多 见报道，所采用的催化剂多为浓硫酸，由于浓 硫酸腐蚀性强,导致设备材质要求高、副反应 多、后续污染严重等问题，存在明显的缺点。
六 催化剂装填方式
①板式塔催化剂装填方式
这种装填方式催化剂颗粒直接堆放在塔板
上，气液的上下流动使装在塔板上的催化剂呈
流化状态，使整个反应区催化剂分布均匀，催
化效率高，气、液、固接触好，但是床层空隙
率小，压降大，易造成破损。
六 催化剂装填方式
②填充式催化剂装填方式
这种装填方式是将催化剂装入玻璃纤维制 成的小袋中，用不锈钢波纹丝网覆盖，再卷成 圆柱体，形成捆扎包。这种结构装卸方便，而 且其强度很高，催化剂结构的尺寸可大可小， 在安装时相邻两层催化剂结构的波纹丝网走向 错开，使气液分布均匀。缺点是催化剂被一层 玻璃布包着，催化精馏过程中催化剂包内传质 阻力大，因此催化剂效率不能充分发挥。
凝的多级分离过程，是汽液两相间的传质过程 ，其传质推动力是汽液两相间的组分浓度差。 ②催化精馏是汽液两相间传质和反应的复合过 程，其传质推动力包括汽、液两相间组分浓度 差和反应效应，而且由于化学反应对汽液平衡 的影响和精馏对化学平衡的影响（反应精馏过 程中打破了化学平衡），使催化精馏传质过程 变得十分复杂。
四 技术原理
对理想物系，相对挥发度随温度变化不大， 因此在一定压力条件下，汽液平衡相图如图所 示，是一个相对值，它随总压和温度的改变而 变化：温度升高，值变小；压力升高，值下 降。其中越大，相平衡曲线偏离对角线愈远， 表示达到气液相平衡时气、液两相组成的差异 愈大。最后通过图解法，由精馏段操作线方程、 提留段操作线方程、q线方程以及平衡线操作方 程四条曲线所绘区域，绘图可得理论塔板数。 在实现分离目的的前提下，所需理论塔板数越 少，塔板效率越高，经济效益也就越好。
五 工艺流程
如图2所示，催化精馏塔分为反 应精馏段和精馏段2部分，反应精馏 段塔直径为1000mm，装有7层新型立 体催化精馏塔板，塔板上设有催化 剂筐，催化剂筐和下部塔釜共装有1 ．3m的固体酸催化剂。精馏段塔径 为600mm，内装轻质陶瓷波纹规整填 料，装填高度为11 m。该催化精馏 塔共设有5个测温点和2个测压点， 并在每层催化精馏塔板上都设有气 液相取样口。乙酸从反应精馏段顶 部进料，乙醇从反应精馏段的底部 进料。
三 技术特点
2.催化精馏目前技术缺陷
催化精馏在应用上有一定的局限性，因为 它仅仅适用于那些反应过程和物系的精馏分离 可以在同一温度条件下进行的工艺过程，即在 催化剂具有较高活性的温度内，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，不具备精馏分离条件。
三 技术特点
3.催化精馏与普通精馏的区别: ①普通精馏是同时进行多次部分气化和部分冷
催化精馏技术
一 发展概况
二 研究方向
二 研究方向
烷基化过程
烷基化产品是一类基本有机化工原料。目 前国内此类产品如乙苯、异丙苯、十二烷基苯 等，基本上是采用以苯及相应的烯烃为原料、 以浓H2SO4或HF为催化剂的传统工艺生产的。 由于芳烃的C-烷基化反应具有连串性、可逆性 和重排性，使选择性较低，产品分离提纯的能 耗较高，且因浓H2SO4的强氧化性，易生成副 反应，对设备腐蚀严重，同时造成环境污染。
Bye bye! The end,thank you!
六 催化剂装填方式
④催化剂散装
目前国内已成功开发了一些催化剂固定构件 。齐鲁石化研究院在甲基叔丁基醚生产中，设其 特点是将反应段分为若干床层，两层间安装一个 分馏塔盘，催化剂以散装形式直接装填于反应段 的催化剂床层中，催化剂可由装入口直接装入， 用过的催化剂可从卸出口直接卸出，操作容易， 提高了工作效率。南京大学发明的“固体活性颗 粒固定架”和Wang等研制的新型的催化蒸馏塔， 采用催化剂散装装填，均具有良好的性能和指标 。
催化精馏技术
一 发展概况
二 研究方向
三 催化精馏技术特点
四 催化精馏技术原理
五 催化精馏工艺流程
五 工艺流程
1.催化精馏相关设备
催化精馏塔的结构一般分为精馏段、反 应精馏段和提馏段。但是根据加料位置、原
料以及产物的相对挥发度不同而有所不同。
因此，工艺流程也有所差异，故以乙酸乙酯
的工艺合成为例，进行分析举例。
六 催化剂装填方式
③悬浮式装填方式
这种装填方式有2种形式：一是催化剂悬浮 于进料中从反应段上部加入塔内，在下部和液体 一起进入分离器，分出的清液到提馏段，催化剂 可以循环使用；二是催化剂在塔板中的筛网上靠 上升蒸汽悬浮。 悬浮式装填方式的主要优点是催化剂可以悬 浮液的形式加入或取出，而不影响精馏塔的正常 操作，减少了传质传热阻力，催化剂效率得到提 高。其主要缺点是催化剂与产物分离和稳定操作 困难、催化剂在流动中有损失，且增加了设备投 资等。
一 发展概况
二 研究方向
三 催化精馏技术特点
四 催化精馏技术原理
ห้องสมุดไป่ตู้
五 催化精馏工艺流程
六 催化剂装填方式
七 发展前景
催化精馏技术
一 发展概况
一 发展概况
最早工业化的催化精馏工艺是甲基叔丁基 醚 (MTBE)的合成，该工艺由美国Chemical
Research＆Licensing(CR＆L)公司于1978年开
二 研究方向
而采用催化精馏技术，可利用烷基化反应体 系中的特点，选用新型催化剂，改发精馏塔的结 构，对整个反应过程而言，反应选择性能有较大 程度提高，甚至大于99%，从而大大减轻粗产品 分离的负荷，缩短生产流程，大幅度降低生产能 耗。
二 研究方向
叠合过程
采用催化精馏技术可以使烯烃分子有选择 地叠合。因为精密的温度控制将减少二聚物、 三聚物或高聚物等副产物的生成。丁烯叠合的 催化精馏工艺已获得工业许可。烯烃选择性加 氢催化精馏可以使不需要的烯烃杂质选择加氢， 使其失去化学活性或有利于精馏分离除去。如 可用该工艺除去烷基化装置原料中的丁二烯， 以延长催化剂的寿命，提高成品质量。
二 研究方向
酯化及酯水解
酯化及酯水解反应一般为可逆反应，由 于受化学平衡限制，转化率都不高，且反应物 和产物之间易形成二元或三元共沸物，使最后 产品的纯化过程发得非常复杂。采用催化精馏 技术，可以利用酯化反应体系中反应物不产物 或不产物形成的低沸点共沸物的沸点差异，通 过精馏作用将生成的产物及时连续分离出反应 区域，使转化率得到大大提高，流程得到简化。 下面介绍一下催化精馏的技术特点。
发，1981年在美国休斯顿炼厂工业化应用 。 1985年CR&L公司开始研究将催化精馏用于芳烃 的烷基化反应，如用丙烯使苯烷基化制异丙苯 。 日本旭化成公司也于1984年成功开发了甲
醛和甲醇催化精馏合成甲缩醛的技术，建立了
工业装置。
一 发展概况
催化精馏适用于化学反应和精馏过程可在同 样温度和压力范围内进行的工艺过程，最早应用 于甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE)等 合成工艺中。 现已用于酯化、酯交换、醚化、缩合、异构 化、烷基化、烯烃选择性加氢、氧化脱氢等多种 反应。 由于催化精馏技术的诸多优势，催化精馏技 术已取得了长足发展。下面介绍一下它的研究方 向。
催化精馏技术
一 发展概况
二 研究方向
三 催化精馏技术特点
四 催化精馏技术原理
五 催化精馏工艺流程
六 催化剂装填方式
七 发展前景
七 发展前景
国外研发了多种催化精馏塔结构，目前成 功的有R&L结构、IFP结构、Chevron结构和库 拉列结构等；此外，还在努力开发框板式、填
料隔栅式等催化精馏塔。国内南京大学、齐鲁
催化精馏技术
一 发展概况
二 研究方向
三 催化精馏技术特点
四 催化精馏技术原理
五 催化精馏工艺流程
六 催化剂装填方式
六 催化剂装填方式
由于催化精馏过程中，催化剂起到催化 和促进气液热质传递的作用，所以不仅要求 催化剂结构有较高的催化效率，同时又要有 较好的分离效果。催化剂必须采取特殊的装 填方式，满足反应和精馏的基本要求，催化 精馏塔装填料方式分为板式塔装填、填充式 装填、悬浮式装填和催化剂散装4种。
五 工艺流程
然而目前通过催化反应精馏，同时结合萃 取合成乙酸乙酯的工艺流程，萃取后的粗酯经 进一步精馏后达到质量分数99．5％以上。 对于乙酸乙酯合成实验来说，反应生成的 乙酸乙酯不足以将反应生成的水完全从塔顶带 出，这样部分反应生成的水就会留在塔釜，导 致釜含水质量分数过高，影响整个催化精馏塔 的反应过程及后续产品的分离过程。并且从经 济利益角度来说，造成能源成本的提高。因此 在催化精馏过程中，粗酯回流可以起到补充乙 酸乙酯-水-乙醇共沸体系中所需的酯，以促进 反应向正方向移动。
催化精馏技术
一 发展概况
二 研究方向
三 催化精馏技术特点
三 技术特点
1.催化精馏独特的优点
催化精馏的特点是将催化剂引入精馏塔，固 体催化剂在催化精馏工艺过程中既作为催化剂加 速化学反应，又作为填料或塔内件提供传质表面。 由于催化反应和精馏过程的高度耦合，反应 过程中可以连续移出反应产物，使得催化精馏工 艺具有高选择性、高生产能力、高收率、低能耗 和低投资等优点。
第八组
陈林维 王婉妮 梅玉桓 许语城
蒋姗姗 许创新 邓成豪 吴任俊
催化精馏是将固体催化剂以适当形式装填于 精馏塔内，使催化反应和精馏分离在同一个塔中 连续进行，是借助分离与反应的耦合来强化反应 与分离的一种新工艺。 由于催化剂固定在精馏塔中，所以它起到了 催化和促进气液热质传递的作用。
催化精馏技术