精馏塔反应器简介

1、北 京 化 工 大 学硕士研究生课程论文题 目 精馏塔反应器的研究现状及应用 研 究 生 XXX 专 业 化学工程与技术 指导教师 XXX 日 期:二 一 四 年 四 月 三 日精馏塔反应器的研究现状及应用摘要反应精馏是化学反应和精馏过程藕合为一体的单元操作，已成为当今的重要研究领域。目前，反应精馏技术已在多个领域实现了产业化，在某些新领域也取得了一定进展。反应精馏和传统精馏技术相比，具备显著的节能和降低投资的优点。因此，如何最大程度地挖掘反应精馏系统的潜在节能优势，有很高的研究价值。本文对反应精馏技术的研究现状及其应用进行了综述，介绍了反应精馏塔及催化剂，对催化剂床中传质及流体力学特征，数学

2、模型和反应精馏塔设计方程进行了总结，同时介绍了反应精馏技术的应用现状及其可能的应用领域。关键字：反应精馏塔 流体力学 催化剂装填 过程模拟ABSTRACTIn recent years， reactive distillation which combined with reaction and separation in one unit， is given extensive attention. At present， the reactive distillation technology has been implemented in many industrial areas， a

3、nd has also made some progress in some new areas. Contrast to the conventional distillation process，the reactive distillation process can offer more benefits in utility consumption and capital investment. So it makes sense to activate the potential advantage of the reactive distillation columns in t

4、he chemical process industry.The development and the application of the reactive distillation were reviewed, and the reactive distillation colum and the catalyst bed were introduced. The mathematic models and the design equation of the reactive distillation column were summarized. The application an

5、d the possible field of the reactive distillation were also mentioned.KEY WORDS: reactive distillation, fluid mechanics, catalyst filling, process simulation目录1简介11.1反应精馏塔概念11.2反应精馏塔结构21.3反应精馏技术的应用22反应精馏塔结构详解32.1对催化剂的要求32.2催化剂装填方式43传质及流体力学特征73.1流体力学特征73.2传质83.3过程模拟93.4强化混合与传质的措施124适用反应体系及工业应用实例

6、134.1适用反应体系134.2工业应用实例145结论141 简介1.1 反应精馏塔概念蒸馏的基本原理是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝，利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。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进行。反应精馏过程是反应和分离结合在一

7、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。其主要特点是：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，节省了能量。3、对于可逆反应过程，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，减轻后继分离工序的负荷。4、对于目的产物具有二次副反应的情形，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，

8、而塔板上造成某种反应物的过量，可使反应后期反应速度大大提高、同时又达到完全反应或造成主副反应速率的差异，达到较高选择性。这样，对于传统工艺中某些反应物需要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泪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。1.2 反应精馏塔结构反应精馏塔是反应精馏过程的主要设备，可分为精馏段、反应精馏段和提馏

9、段3个部分。进料位置根据物料组成的沸点不同可高于或低于催化剂床层。其床层为固定床。催化剂在塔中的位置和高度由进料的类型及组成、产物和纯度要求决定1。反应精馏技术所用的催化剂多数为固体，它不与反应体系各组分互溶。原料中所含的催化剂毒物应易于清除。反应中易在催化剂上结焦的物系不宜采用反应精馏技术，因为反应精馏要求催化剂必须有足够的寿命。固体催化剂既可加速化学反应又作为填料或塔内件提供了传质表面。反应精馏技术的关键是反应段催化剂的装填。1.3 反应精馏技术的应用反应蒸馏由于是化学反应和蒸馏技术相藕合的化工过程，其与常规蒸馏塔相比，优势非常明显，主要有以下几点:(l)使反应物的转化率和选择性都有很大的

10、提高，甚至有些情况下可使反应物的转化率接近100%。如果蒸馏塔内的温度适合反应的进行，同时由于蒸馏塔的分离和转移作用，利用蒸馏操作可以及时地将生成物移出，加大反应的转化率，也可以避免连串反应过程中副产物的产生或使反应产物在反应区停留时间减少，进而使产品的选择性提高。(2)使设备投资费用和操作费用减少，由于反应蒸馏的特点是同时进行化学反应和蒸馏操作，而且反应过程要放热，放出的热量可以直接被分离操作利用，这样就不用塔底的再沸器将冷液加热，以减少再沸器负荷，也使投资成本降低。(3)使分离困难的物系完成分离。对于一些用常规蒸馏难以分离的物系，比如沸点相近的物系，在蒸馏过程当中会形成共沸现象，这不仅会使

11、得系统所得产物不能满足生活和生产的要求，而且会使系统消耗更多的能耗。正是由于反应与蒸馏的相互作用，打破了共沸物之间的气液相平衡，从而使系统能够较为轻松的达到分离目的。再比如作为同分异构体的间二甲苯和对二甲苯，要想使两者分离，常规上需要很多块塔板才能将其分离，但是使用夹带剂就只需很少的塔板就可以将间二甲苯和对二甲苯分离。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。另外，反应精馏对反应物和产物的挥发度的要求为：1)产物的挥发度比反应物的挥发度都大或都小；2)反应物的挥发度介于

12、产物的挥发度之间。只有这样采用反应精馏才能收到良好的效果。根据这个原则， 反应精馏可用于酯化、异构化等许多化工过程中2-3， 例如: 乙酸在甲醇酸性阳离子交换树脂的作用下酯化生成乙酸甲酯， 含丁烯-2的C4烃在氧化铝负载的氧化钯的作用下异构化生成丁烯-1，甲醇或乙醇与异丁烯在酸性阳离子交换树脂的作用下醚化生成甲基叔丁基醚(MTBE) 或乙基叔丁基醚(ETBE)，以及苯和乙烯、丙烯等在酸性沸石或酸性阳离子交换树脂的作用下烷基化生成烷基苯(乙苯，异丙苯等)。除此以外，反应精馏技术还可望在以下领域内应用：1)异丁烷的烷基化。目前工业上应用的两种流程共同的缺点是能耗高，设备腐蚀严重，维修费用大，并且需

13、要投资很高的冷冻设备。采用反应精馏工艺基本上可以克服这些缺点。目前这一工艺已在试验室被证明，而且认为工业上是可行的，但是催化剂的活性和选择性相差较大。因此必须开发出合适的催化剂。2)叠合过程。采用反应精馏技术可使烯烃分子有选择地叠合。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有利于精馏分离去除。目前，可应用反应精馏技术的有:丁二烯选择性加氢，戊二烯选择性加氢及己二烯选择性加氢。4)酯转移。某些化学反应所使用的酸具有腐蚀性，为了避免

14、酸性腐蚀，可以以酯的形式引入酸。例如，甲酸甲酯分解会生成甲酸和甲醇，而甲酸一旦形成就被平行反应消耗掉，这样避免了甲酸的腐蚀。5)氧化脱氢。如有合适的催化剂，就可使异丁烷氧化脱氢成为异丁烯。6)C1化学。甲醛与甲醇反应生成甲缩醛，利用反应精馏，比采用常规的多步工艺更为简便。7)其他反应4。其他有可能利用反应精馏方法的领域包括:氯化，电化学，合成气反应，从醇和氨选择性地生产胺，羰基化反应。2 反应精馏塔结构详解精馏塔反应器本质上为装填有催化剂的精馏塔。与普通精馏塔相比较，反应精馏塔在精馏段和提馏段的基础上，又多了一个反应精馏段。反应精馏段由固体催化剂装填。固体催化剂既可加速化学反应又作为填料或塔内

15、件提供了传质表面。2.1 对催化剂的要求对固体催化剂的要求是:1)使催化剂床层具有足够的自由空间，以进行液相接触和气相蒸馏，气液分布均匀，为催化接触提供足够的表面积；2)具有足够大的表面积进行催化反应；3)催化剂小球可膨胀或收缩，但催化剂却没有磨损。4)保证良好的气液接触面积。催化剂既可以以填料方式装入塔内，又可以装在塔板上。常用的方法是将固体催化剂装于用玻璃纤维布缝好的套袋中，再用多层不锈钢丝网卷成捆扎包填满蒸馏塔截面，同时将各层捆扎包交错叠置以防短路。对于已出现过的各种催化剂结构，可以分为两种类型，即拟固定床式和拟规整填料式。总的来讲，装填方式的改进是以装卸方便，不停车更换催化剂，增加汽液

16、接触面积，降低压降以及提高催化剂效率为目的。1)散装催化剂构件散装催化剂构件，也称散装催化剂填料，主要是指离子交换树脂直接被加工成的催化剂填料，按其形状主要可以分为环形和鞍形两种填料5-6。散装催化剂构件具有催化剂容易装卸、成本低廉、操作方便、单位体积反应塔效率最高等优点，但是催化剂构件容易破碎，热稳定性差，加工也比较困难，这些不足之处使其应用受到一定的限制。2)填充式催化剂构件填充式催化剂构件是将催化剂置于特制的容器里，加上特制的弹性构件构成的填料单元。最常用的装填方式7是将催化剂装入玻璃纤维制成的口袋中，用不锈钢波纹丝网覆盖，然后卷成圆柱体捆扎包，安装时相邻两层催化剂结构的波纹丝网走向错开

17、，使汽液分布均匀，催化剂捆束在塔内的装填方式。但是由于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问题较为严重，催化剂效率不能得到充分的发挥。2.2 催化剂装填方式2.2.1 板式塔装填方式板式塔装填方式主要有以下两种类型：1) 装填在降液管中图 21 催化剂直接装在降液管中有学者设想将催化剂放在降液管中8，气液流动状态如图 21所示，板上受液区有筛孔，此种方式催化剂装填量少，更换困难。2) 装填在塔盘上有人设想将催化剂颗粒直接堆放在塔板上，如Error! Reference source not found.所示9，催化剂在塔板上呈流化状态，使整个反应区催化剂分布均匀，催化剂效率高，

18、气、液、固接触良好。但是，床层空隙率较小，压降大，反应段阻力过大，易造成催化剂破损。图 22 催化剂颗粒直接堆放在塔板上2.2.2 填料塔装填方式填料塔装填方式主要分为下几种类型：1）成型催化填料此种方式是将催化剂直接加工成类似于填料塔填料的催化剂填料。催化剂填料主要是由离子交换树脂直接加工而成，主要形状可以分为鞍形和环形填料，制作方法主要有乳液聚合、嵌段聚合和沉降聚合。催化剂填料有以下优点：a)具有催化作用，兼有散装填料的分离作用；b)单位体积催化精馏塔效率最高；c)反应段有较大的比表面积、空隙率，床层压降低，为气液接触创造了良好的条件；d)催化剂容易装卸，低成本，操作方便。但是由于高分子材

19、料所特有的溶胀特性，在一些反应物系中，催化剂填料膨胀，互相挤压，容易破碎，热稳定性差，而且催化剂加工困难。2）混装填料将一些中间有空腔、表面有开孔的惰性粒子与催化剂混合均匀后，再装入塔内。惰性粒子的形状可以是多种多样的，但其表面的孔隙不能太大，以免漏进催化剂粒子。3）规整填料在乱堆散装填料层中，气液两相的流动路径往往是完全随机的，加上填料装填难以做到各处均一，因此容易产生沟流等不良分布，放大效应较显著。而规整填料则不同，它人为地。规定。了塔中的气液流动路径，从而改善了填料层内的两相流体分布。同散装填料相比，规整填料具有以下四个特点：a)分离效率高；b)通量及操作弹性大；c)阻力降小；d)放大效

20、应低。2.2.3 悬浮式装填方式在悬浮式催化精馏塔10中，将细粒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，整个工艺流程如图 23所示11。图 23 悬浮式催化精馏工艺流程3 传质及流体力学特征3.1 流体力学特征以填料塔为例。反应精馏塔作为反应器与精馏塔的结合体，反应段可把其中催化剂当做填料，用填料塔的有关方法研究其流体力学特征。填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料外表的润湿及返混等。1)填料层的持液量填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3

21、填料)表示。总持液量为静持液量和动持液量之和。填料层的持液量可由实验测出，也可由经历公式计算。普通来说，恰当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处置才能降落。2)填料层的压降在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依托重力在填料外表成膜状向下活动，上升气体与降落液膜的摩擦阻力构成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的压降DP/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸。3)液泛在泛点气速下，持液量的增

22、加使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡方式经过液层，气流呈现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，以至会被毁坏，此种状况称为淹塔或液泛。影响液泛的要素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。4)液体喷淋密度和填料外表的润湿填料塔中气液两相间的传质主要是在填料外表活动的液膜上停止的。要构成液膜，填料外表必需被液体充沛润湿，而填料外表的润湿情况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的外表润湿性能。5)返混在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同水平的返混。形成返混现象的缘由很多，如：填料层内的气液散布不均；气体和液体在填料层内的沟流

23、；液体喷淋密渡过大时所形成的气体部分向下运动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不分歧等。3.2 传质反应精馏包括汽液传质过程，因此存在传质阻力。但是液相反应的存在，使得传质过程要比普通精馏复杂，包括扩散和反应两部分的影响。目前，研究反应精馏相间传质的文献不多12-15。按化学反应速度的不同，可以将反应精馏的传质分为三类，即：慢速反应、快速反应和瞬时反应。1)慢速反应反应速度非常慢，反应仅在液相主体中进行，可以忽略在液膜中的反应量。传质过程受到汽液两相扩散控制而与化学反应无关。此时，反应精馏中的传质方程与普通精馏中的传质方程相同。2) 快速反应包括两种情况：一是反应除了在液相主体中进行之外，

24、还延伸到了液膜里面，在与相界面相距无穷小的距离时，反应正好完成；二是反应延伸到了液膜里面，在与相界面相距无穷小的距离时，反应仍没完成。对于快速反应，要知道液膜中各组分浓度与扩散路径的关系，就需要求解液膜内部的反应-扩散方程。3)瞬时反应化学反应的速度非常快，在液相中处处达到反应平衡。因此，在液相包括液膜中组分间的浓度差是常数；在瞬时反应情况下，传质过程为气膜控制，液相阻力可以不考虑，但是液相浓度要求满足平衡常数计算式。3.3 过程模拟反应精馏是将反应和分离结合在一起的过程，过程中反应和分离相互影响强烈，规律难以准确地把握，这使其应用受到很大的限制。因而，在反应精馏过程的设计、放大、操作性能以及

25、控制方案的研究等方面均存在一定的难度。这种状况极大地刺激了计算机模拟技术的迅速发展。反应精馏的模型既可以分为稳态模型与动态模型，又可以分为级模型与微分模型。级模型又可分为平衡级模型和非平衡级模型。近年来，在非平衡级模型的基础上又开发出了非常有发展潜力的非平衡混合池模型。3.3.1 平衡级模型图 31平衡级物理模型多级反应精馏塔一般包括三部分，即:精馏段、反应段和提馏段。Error! Reference source not found.为平衡级的物理模型，表示塔内的催化剂填充段或者非催化剂填充段，当表示提馏段和精馏段时，液相中不存在催化剂粒子，从而也就没有化学反应发生。反应精馏平衡级模型存在着

26、多种表达形式，但其基本上与一般的精馏过程类似，包括物料平衡方程、汽液平衡方程、归一化方程、焓平衡方程。另外，还要加上反应动力学方程，对于可忽略动力学性质的液相快速可逆反应可用化学平衡方程代替动力学方程，对于慢速化学反应，可用化学平衡来估算化学反应可能进行的最大程度。除此之外，模型还包括汽液相焓和相平衡常数的计算式。平衡级模型的主要缺点是不能准确地反映塔内的实际情况，因为每级实际上并不处于汽液平衡，因而就需要引入级效率或等板高度，但是级效率和等板高度都难以估算。因此，只在反应精馏过程开发的初级阶段适合选用平衡级模型。3.3.2 非平衡级模型图 32 非平衡级模型反应精馏非平衡级模型也称反应一扩散

27、模型，即用双膜理论描述汽液两相间的传质机理，如图 32所示。模型包括物料衡算方程、焓平衡方程!汽液相传质与传热通量方程!相界面平衡关系方程!归一化方程，以及求算汽液相摩尔焓、汽液平衡常数、反应速率及汽液相传质传热系数的方程。推导反应精馏非平衡级模型时，有如下的假定:1)全塔共有N个非平衡级，包括冷凝器和再沸器。2)系统处于力学平衡状态，即汽液相压力相等。3)汽相在达到上一级前完全混合，液相全混流。4)非平衡级内各点处传递系数相等，反应速率相同。3.3.3 混合池模型大型的工业反应精馏塔中，汽液相在塔板上或填充床中的不均匀流动或涡流扩散是普遍的现象，所以非平衡级模型的假设4和5并不合理。因而，目

28、前大多数非平衡级模型都不能很好地模拟反应精馏的工业过程。主要原因是：反应速率常数和化学平衡常数与浓度和温度密切相关，而浓度和温度随流体在塔板上流动的位置而变化，因此，对于塔内浓度与温度分布情况的准确描述是十分重要的。混合池模型的特点是把每块塔板都划分为一系列完全混合的小池子，汽液相分散在这些池子中，进行相间传质和化学反应，对每个小池子都写出类似于一个平衡级或非平衡级的一组方程。利用汽液流经小池子的特征可以模拟各种各样的混合行为，如活塞流、完全混合或介于二者之间的过渡流。该模型可以模拟汽液相在级上的停留时间分布以及较准确地描述反应和传质行为，不仅可以反映传质过程的非理想性，而且还可以在一定程度上

29、描述实际反应精馏塔内存在的各种复杂的流动和混合现象，以及雾沫夹带和漏液等等，从而能够逼真地模拟实际的反应精馏过程，是对平衡级或非平衡级模型的提高和进一步完善，是非常有发展前景的反应精馏模型。但是，该模型仍存在很大的问题，如在反应精馏的板式塔模拟中，仅仅是将汽液流经小池子的特征描述为活塞流，完全混合或介于二者之间的过渡流，没有考虑塔板上液体流动速度分布以及液体涡流扩散系数，更没有考虑塔板间气体的涡流扩散系数。3.3.4 微分模型用一组微分方程描述塔的数学模型。推导反应精馏微分模型时，有如下假定：1)填料塔内无径向浓度梯度；2)传质阻力主要存在于汽液界面两侧的膜内；3)反应热全部被物料吸收，无热损

30、失；4)汽液两相在界面处相平衡;5)反应仅发生在反应段液相，过程为定态.微分模型不同于以往的级模型，它是分布参数模型，张瑞生等用两点边值问题中的多目标打靶法对模型方程进行求解。具体地说，此算法将塔分为几段，一般2-8段，对非线性较强的系统取上限，对非线性较弱的系统取下限。以段界面处的汽相流率、各段界面处各组分浓度以及各塔段总反应量作为迭代变量，进行内外双层迭代。内层用多目标打靶法求解，进行各组分浓度、各段总反应量的迭代，外层进行汽相流率的迭代计算。对于单端出料的全回流系统，由于仅给定过程的转化率，就可以根据全塔物料衡算和化学计量式确定塔出料端的组成，因此求解过程简单，可以进行设计型计算。3.4

31、 强化混合与传质的措施物质藕合是反应精馏过程当中参加反应的反应物与生成物、参加蒸馏过程的被分离物质之间在传质过程中的相互作用。任何与反应和精馏操作相关条件的改变，都会影响过程内部的物质藕合作用。对于反应过程来说，精馏操作可以将产物迅速的移出，降低产物的浓度，从而使得正向反应的速率增大。对于蒸馏过程来说，反应操作可以将消耗掉产物中的杂质，从而降低分离过程所需的能耗。对于一个反应器，可以通过控制其流量、改变催化剂颗粒类型等方法强化传质。对于一个反应精馏塔，则可以通过耦合反应与精馏两个过程达到强化的目的。1)耦合反应段至精馏段或者提馏段对于吸热反应，将反应段耦合至精馏段，因为精馏段放热的特点，此时反

32、应吸收精馏段放出的热量，以使冷凝器负荷减少。耦合以后，反应在精馏段部分得到强化。对于放热反应，将反应段藕合至提馏段，由于提馏段吸热的特点，提馏段可以吸收反应过程中放出的热量，使这部分热量直接被用来汽化塔板上的液体，以使再沸器负荷减少。耦合以后，反应在提馏段部分得到强化。2)调整进料位置如果进料位置发生改变，就会相应影响到精馏段和提馏段在塔内的位置，反应段与分离操作段的物质藕合程度也会相应改变。3) 将催化剂重新分布当反应蒸馏塔的反应段和分离段确定后，保持催化剂总量不变，改变催化剂在反应段的分布状态。因为当藕合反应段至分离段后，反应系统的结构改变了，导致催化剂需要重新分布，因为此时催化剂在反应段

33、的分布已经不是最理想的了。若想得到反应蒸馏塔最优的催化剂分布，需要逐步改变每块塔板上的催化剂含量已使反应蒸馏塔的能耗降到最小。一般情况下，在反应段与分离操作段的公共部分分布催化剂，可以加强系统内部的物质藕合。理论上，催化剂分布的改变既可以影响动力学控制的反应，又会对化学平衡的控制产生影响。4 适用反应体系及工业应用实例4.1 适用反应体系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。另外，反应精馏对反应物和产物的挥发度的要求为：1)产物的挥发度比反应物的挥发度都大或都小；2

34、)反应物的挥发度介于产物的挥发度之间。只有这样采用反应精馏才能收到良好的效果。根据这个原则， 反应精馏可用于酯化、异构化等许多化工过程中， 例如: 乙酸在甲醇酸性阳离子交换树脂的作用下酯化生成乙酸甲酯， 含丁烯-2的C4烃在氧化铝负载的氧化钯的作用下异构化生成丁烯-1，甲醇或乙醇与异丁烯在酸性阳离子交换树脂的作用下醚化生成甲基叔丁基醚(MTBE) 或乙基叔丁基醚(ETBE)，以及苯和乙烯、丙烯等在酸性沸石或酸性阳离子交换树脂的作用下烷基化生成烷基苯(乙苯，异丙苯等)。反应蒸馏过程在19世纪60年代就己经应用于工业当中，被用于著名的生产碱灰的solvay过程中进行氨的回收，当时并没有引起人们的注

35、意。直到20世纪80年代，汽车产业在发达国家的迅速发展，使得社会对汽油添加剂的重要组分甲基叔丁基醚(MTBE)有了巨大的需求，反应蒸馏的过程逐渐被人们重视起来。同时由于Eastman公司对乙酸甲醋反应蒸馏过程成功应用，更是使人们对反应蒸馏过程的研究和应用产生了浓厚的兴趣。概括的讲，最常被学者研究的反应蒸馏过程共分为四大类，这里既包括三元反应蒸馏过程，也包括四元反应蒸馏过程。首先是假设理想的反应蒸馏过程，这是学者根据反应与蒸馏过程各自的特性假设的一个系统，通过对它的研究的出了很多重要的规律与结论。其次是醚化反应，产物包括甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)和甲基叔戊基醚(TAME)

36、等燃料添加剂产品，1988年齐鲁石化公司从美国引进一套生产MTBE的反应蒸馏装置，不久就投产使用，而且相关的技术也被国内其他石化公司所借鉴。由于环境问题，近几年美国已经明文规定禁止生产MTBE。第三类是酯化和水解反应，包括乙酸甲酯到乙酸己酯的合成研究和乙酸甲酯的水解。第四类是水和反应，这包括环氧乙烷、环氧丙烷和水发生发应生成乙二醇、丙二醇的过程。也正是学者们对这些过程深入而广泛的研究使得这些过程最终从实验室规模走向工业规模，进而为人们的生活和生产所服务。4.2 工业应用实例4.2.1 酯化与水解反应这方面的例子是1990年，美国伊士曼公司由于以MeOAc作为主要中间产物，先后开发了乙酸与乙醉的

37、联产技术和反应蒸馏工艺，使用反应蒸馏技术将反应和分离操作都整合在一个容器内，大大加大了转化率的提高，MeOAc纯度可大于99.5%。4.2.2 醚化反应 Lt公司率先研制了MTBE反应蒸馏技术，在十九世纪八十年代建成了一套MTBE的工业生产装置，使用这套生产装置生产出的异丁烯的转化率为99.9%，比用其他设备生产出的异丁烯的转化率有所提高，提高了3到4个百分点。4.2.3 烷基化催化蒸馏这方面的例子是，全球有超过一半以上的石油苯被用来生产对乙苯和异丙苯这两种产品。因为这两者是重要的苯的衍生物，现在用反应蒸馏塔可以进行这两者的催化蒸馏，使产量大大提高。CDTECH公司开发了一种炼厂重整油中芳烃烷

38、基化回收催化裂化废气中烯烃的工艺过程，中型装置操作已经证实催化精馏可用于生产乙苯和异丙苯，现已实现工艺转让。此外，北京服装学院和北京燕山石化也联合开发了催化精馏生产乙苯的烷基化工艺，并申请了美国专利；福州大学、天津大学及福建纺织化纤集团有限公司联合开发的醋酸甲酯催化精馏水解工艺也实现了工业化；许锡恩等人已成功地将该技术应用于丙二醇乙醚的合成；高纯度异丁烯的生产过程采用反应精馏技术已获成功；甲基叔丁基酮(MIBK)和肉桂酸酯的生产技术也已经开发成功；德国的多特蒙特大学 Markixs Schmtti 教授应用催化精馏技术进行酯化反应取得了较好的效果。另外，河北工业大学和贵州水晶有机化工有限公司联

39、合开发的醋酸甲酯水解催化反应精馏技术获得了成功，并且实现了工业化。5 结论化学工业是当今社会的基础工业，和人类的生活与生产有着密切的关系，但化工过程会消耗大量的能量。同时随着社会的发展和和人民生活水平的提高，使得人们对能源的需求量不断增大，不得不去寻找新能源的替代物或新方法来解决面临的化石资源枯竭问题。为了使社会得到有效的可持续发展，最根本的办法是从理论和技术层面对现有的设备和技术进行改造。精馏作为化工过程中的基本流程，能量消耗占有很大的比重，为此近些年来许多学者和专家致力于精馏节能方面的研究，无论是从设计方法，还是设备改造方面，都取得了显著的效果。反应精馏工艺的出现，彻底改变了长期以来人们对

40、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。反应精馏作为一种特殊的精馏方式在工业生产中正得到越来越广泛的应用，近几年来，国内外对反应精馏技术的研究和应用都十分重视。美国、俄罗斯、日本、英国等都有专门的研究机构。加快这一技术的开发和工业化步伐，是推进我国炼油、石化及化工行业的一项重要内容。总之，连续反应精馏技术是具有独特作用的新型特殊精馏。它在化学工业中的应用越来越广泛，将取得的成果逐步加以推广，必将创造极大的经济效益！参考文献1 许锡恩， 朱宝福， 陈洪钫等 . 反应精馏(É)J . 石油化工， 1985， 14(8):

41、 480-486， 452.2 王龙延 . 催化蒸馏技术 J . 现代化工， 1990，10( 2) : 43-47.3 陈进富， 李秀花 . 分离过程中的化学效应 J . 石油与天然气化工 ， 1994， 23( 2) : 93-99.4 钱伯章 . 催化蒸馏技术及其应用 J . 精细石油化工， 1990， 18( 4): 3-10.5 Smith LA，Catyalst structure and a process for its separation.USP:4250052，19816 Fuchigmai Y.Hydrolysis of methyl acetate in distil

42、lation column packed with reactive packedwith reactive packing of ion exchange resin.Jounal of Chemical Engineering Japan，1991， 23(3):3547 Smith LA， Process for separation isobutene from C4 streams. USP: 4242530， 19808 Genrty J.C. Binkley M.J. Method and apparatus for catalyst downcomer tray operating. US， 5277847. 19949 Franklin F.C. US Apparatus for re