第二章绿色化工新技术.docVIP

第二部分 绿色化工新技术 化工产品的绿色化程度在很大程度上取决于化工新技术的进展，作为绿色化工工艺，主要是涉及生产过程的绿色化。 第二章 反应精馏技术 第一节 传统化工技术的缺陷 传统的化工生产中，大多数情况是反应和分离在两个操作单元中进行。要得到高纯度的目的产物，需要将反应混合物输送至某种分离设备中进行分离。这种将反应和分离分开进行的过程产品收率低、能耗高、设备投资大，而且还会产生含有未反应完的废料。 作为传统工艺存在很多缺陷，通过如下几个例子就可发现问题所在。 碳酸二甲酯的生产 二甲酯属于环保型溶剂和烷基化剂，传统生产工艺中，反应原料二氧化碳和环氧丙烷在催化剂的催化作用下首先生成碳酸烯丙酯，然后碳酸烯丙酯与甲醇在甲醇钠的催化作用下通过酯交换反应生成碳酸二甲酯 进行酯化反应，在90℃左右反应1小时系统已接近平衡，再继续延长反应时间已无意义，只好将产物和未反应的丁醇蒸出，分出水后，再进一步分离丁醇和醋酸丁酯。这种工艺存在两方面的问题。一是为提高平衡转化率，必须使易分离的反应物过量，以减少后续分离的负荷；二是产物醋酸丁酯、水、丁醇既存在三元共沸，也有酯、醇的二元共沸，而且三元共沸和二元共沸的组成接近，产物纯化时丁醇要带走大量的丁酯，以致于醋酸丁酯大量循环，导致高能耗。 问题：对于平衡转化率较低的反应，如何提高反应的转化率。 2、异丙苯的生产 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。 问题：对连串反应而言，如何提高中间产物的收率。 3、醋酸甲酯的水解 在聚乙烯醇生产中副产大量的醋酸甲酯、甲醇的混合物，由于醋酸甲酯和甲醇共沸，分离相当困难，传统工艺采用7塔流程分解、分离醋酸甲酯成为醋酸和甲醇，回用于生产系统。流程示意图见图1。 图1 醋酸甲酯分解的传统工艺流程 问题：如何克服共沸对转化率的影响，减少设备数量和能耗。 4、乌洛托品的生产 甲醛生产工艺及特点，生产乌洛托品的反应系强放热反应。 问题：反应热如何利用，以达到节能的目的 第二节反应精馏的概念 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 为了提高产品收率、降低设备投资和能耗，出现了将“反应和分离”结合在同一个设备中进行的新型分离过程，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。 一、反应精馏技术的的特点 反应精馏是化学反应和精馏过程在同一个装置中进行的化工过程。在这个过程中化学反应和汽-液之间（均相反应精馏）或气-液-固（非均相反应精馏）之间的传质同时进行，二者相互作用，一方面化学反应强化了传质过程，另一方面，传质过程可以移走产物，加速可逆反应的正反应速率、提高反应物的转化率。 反应精馏具有如下八大优点： 1、反应和精馏同时进行，可有效利用反应热用于产物中轻组分的汽化，从而减少再沸器的负荷，达到节能的目的。 2、由于反应器和精馏塔耦合成为一个设备，大幅度降低了设备投资。 3、反应产物一旦生成，即从反应区蒸出，破坏可逆反应的化学平衡，因而对于复杂反应来说，可以增加反应的转化率，提高反应的选择性。 4、因为反应生成的产物可以从反应区蒸出，反应区内反应物浓度始终维持在较高水平上，从而增加了反应速度，提高了生产能力。 5、在反应精馏塔内，各组分的浓度分布主要由相对挥发度决定，而与进料组分关系不大，因而反应精馏进料可以采用低纯度原料，可使某些系统内循环物流不经分离提纯直接得到利用。 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，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。 8、对连串反应而言，如果中间产物为目标产物，则可借助于反应精馏提高目的产物的选择性。 二、反应精馏的分类 按照其应用目的分类，反应精馏可以大致分为两类：第一类，以精馏促进反应，可称之为“反应型反应精馏”这一类型的目的主要是为了实现反应过程的要求，如提高反应物的转化率或提高反应的选择性。这一类过程从应用上说是以反应为主而精馏为辅的过程。第二类，以精馏为目的，反应为之服务的，可称之为“精馏型反应精