化学反应工程之反应精馏.pptVIP

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。 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。 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。 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。 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。 * 酯的水解 乙酸甲酯水解工艺 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。 * 对某些体系无需外加其它辅助精馏过程可得合格产品： 反应A ? R或A ? 2R 挥发度 RA 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。 无提馏段 四、反应精馏的流程 * 反应A ? R或2A ?2R A低沸点 R挥发度高 无塔顶产品引出 测定反应完成位置，防止逆反应发生 产品R从再沸器引出 无精馏段 * 反应2A ? R + S 或 A + B ? R+S A、B挥发度 在R、S之间 B比A难挥发 * 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) 五、反应精馏的应用 反应