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1、-北京化 工大 学硕士讨论生课程论文题目精馏塔反响器的讨论现状及应用研 究生XXX专业化学工程与技术指导老师XXX日期:二 一四 年四月三 日.word.zl.精馏塔反响器的讨论现状及应用摘要反响精馏是化学反响和精馏过程藕合为一体的单元操作，已成为当今的重要讨论领域； 目前， 反响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肯定进展；反响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响精馏系统的潜在节能优势，有很高的讨论价值；本文对反响精馏技术的讨论现状及其应用进展了综述，介绍了反响精馏塔及催化剂， 对催化剂床中传质及流体力学特点，数学模型和反
2、响精馏塔设计方程进展了总结，同时介绍了反响精馏技术的应用现状及其可能的应用领域；关键字： 反响精馏塔流体力学催化剂装填过程模拟ABSTRACTInrecentyears，reactivedistillationwhichbinedwithreactionandseparationinoneun，itis givenextensiveattention.Atpresent，thereactivedistillationtechnologyhasbeenimplementedinmanyindustriala，reasandhasalsomadesomeprogressinsomenewareas
3、.Contrasttotheconventionaldistillatiopnrocess ， thereactivedistillation processcanoffermorebenefitsinutilityconsumptionandcapitalinvestmentS. o itmakessensetoactivatethepotentialadvantageofthereactivedistillationcolumnsinthechemical processindustry.The development and the application of the reactive
4、 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 and the possible field of the reactive distillation were also mentioned.KEYWORDS:r
5、eactive distillation,fluidmechanics, catalyst filling, process simulation目录1 简介 11.1 反响精馏塔概念11.2 反响精馏塔构造21.3 反响精馏技术的应用32 反响精馏塔构造详解52.1 对催化剂的要求52.2 催化剂装填方式63 传质及流体力学特点103.1 流体力学特点103.2 传质 113.3 过程模拟 123.4 强化混合与传质的措施174 适用反响体系及工业应用实例184.1 适用反响体系184.2 工业应用实例195 结论 211 简介1.1 反响精馏塔概念蒸馏的根本原理是将液体混合物多次局部气化和
6、局部冷凝，利用其中各组份挥发度不同相对挥发度，的特性，实现别离目的的单元操作；蒸馏依据其操作方法可分为：简洁蒸馏、闪蒸、精馏和特别精馏等；精馏塔是进展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；依据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔；在一般情形下，化工生产中的反响过程和别离过程分别在两类单独的设备中完成， 反响过程在各种形式的反响器中进展，而过剩反响物、 产物和副产物之间的别离那么在另一类设备中进展；反响精馏过程是反响和别离结合在一个设备 反响精馏塔中， 两个过程同时进展， 而且它们之间具有显著的相互作用；反响精馏过程具有设备投资少、操作费用低、能耗省的优点；
7、其主要特点是：1、反响和精馏在同一设备中进展，简化了流程，使设备费和操作费同时下降；2、对于放热反响过程，反响热全部供应为精馏过程所需热量的一局部，节约了能量；3、对于可逆反响过程，由于产物的不断别离，可使系统远离平稳状态，增 大过程的转化率； 可使最终转化率大大超过平稳转化率，减轻后继别离工序的负荷；4、对于目的产物具有二次副反响的情形，通过某一反响物的不断别离，从而抑制了副反响，提高了挑选性；5、在反响精馏塔，各反响物的浓度不同于进料浓度；因此，进料可按反响配比要求，而塔板上造成某种反响物的过量，可使反响后期反响速度大大提高、同时又到达完全反响或造成主副反响速率的差异，到达较高挑选性； 这
8、样， 对于传统工艺中某些反响物需要过量从而需要别离回收的情形，能使原料消耗和能量消耗得到较大节约；6、在反响精馏塔，各组份的浓度分布主要由相对挥发度打算，与进料组成 关系不大， 因而反响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循环物流不经别离提纯直接得到利用；7、有时反响物的存在能转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别离；1.2 反响精馏塔构造反响精馏塔是反响精馏过程的主要设备，可分为精馏段、 反响精馏段和提馏段 3 个局部；进料位置依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
9、料的类型及组成、产物和纯度要求打算1；反响精馏技术所用的催化剂多数为固体，它不与反响体系各组分互溶；原料中所含的催化剂毒物应易于去除；反响中易在催化剂上结焦的物系不宜采纳反响精馏技术， 由于反响精馏要求催化剂必需有足够的寿命；固体催化剂既可加速化学反响又作为填料或塔件供应了传质外表；反响精馏技术的关键是反响段催化剂的装填；1.3 反响精馏技术的应用反响蒸馏由于是化学反响和蒸馏技术相藕合的化工过程，其与常规蒸馏塔相比，优势特别明显， 主要有以下几点 :l使反响物的转化率和挑选性都有很大的提高，甚至有些情形下可使反响物的转化率接近100%；假如蒸馏塔的温度适合反响的进展， 同时由于蒸馏塔的别离和转
10、移作用，利用蒸馏操作可以准时地将生成物移出，加大反响的转化率， 也可以防止连串反响过程中副产物的产生或使反响产物在反响区停留时间削减，进而使产品的挑选性提高；2使设备投资费用和操作费用削减， 由于反响蒸馏的特点是同时进展化学反响和蒸馏操作，而且反响过程要放热， 放出的热量可以直接被别离操作利用，这样就不用塔底的再沸器将冷液加热，以削减再沸器负荷， 也使投资本钱降低； 3使别离困难的物系完成别离；对于一些用常规蒸馏难以别离的物系，比方沸点相近的物系， 在蒸馏过程当中会形成共沸现象， 这不仅会使得系统所得产物不能满意生活和生产的要求，而且会使系统消耗更多的能耗； 正是由于反响与蒸馏的相互作用，打破
11、了共沸物之间的气液相平稳， 从而使系统能够较为轻松的到达别离目的；再比方作为同分异构体的间二甲苯和对二甲苯， 要想使两者别离， 常规上需要很多块塔板才能将其别离， 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别离；反响精馏仅适用于反响过程和反响组分的蒸馏别离可以在同一温度条件下进展的化学反响；假如反响组分之间存在有恒沸现象，或者反响物与产物的沸点特别接近时， 反响精馏技术那么不适用；另外，反响精馏对反响物和产物的挥发度的要求为： 1产物的挥发度比反响物的挥发度都大或都小；2反响物的挥发度介于产物的挥发度之间；只有这样采纳反响精馏才能收到良好的成效；2-3依据这个原那么，反响精馏可用
12、于酯化、 异构化等很多化工过程中， 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 ；除此以外，反响精馏技术仍可望在以下领域应用：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 腐蚀严峻， 修理费用大， 并且需要投资很高的冷冻设备；采纳反响精馏工艺根本上可以克制这些缺点； 目前这一工艺已在试验室被证
13、明，而且认为工业上是可行的，但是催化剂的活性和挑选性相差较大；因此必需开发出相宜的催化剂；2) 叠合过程；采纳反响精馏技术可使烯烃分子有挑选地叠合；由于精细的温度掌握和反响段的宽分布将削减非抱负产品的二聚物，三聚物或高聚物的生成；丁烯叠合的反响精馏工艺目前已获工业许可；3) 烯烃挑选性加氢；已经证明，反响精馏可使不需要的烯烃杂质挑选加氢，使其失去化学活性或有利于精馏别离去除；目前，可应用反响精馏技术的有:丁二烯挑选性加氢，戊二烯挑选性加氢及己二烯挑选性加氢；4) 酯转移；某些化学反响所使用的酸具有腐蚀性，为了防止酸性腐蚀，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
14、旦形成就被平行反响消耗掉，这样防止了甲酸的腐蚀；5) 氧化脱氢；如有相宜的催化剂，就可使异丁烷氧化脱氢成为异丁烯；6) C1 化学；甲醛与甲醇反响生成甲缩醛，利用反响精馏，比采纳常规的多步工艺更为简便；7) 其他反响 4；其他有可能利用反响精馏方法的领域包括:氯化，电化学，合成气反响，从醇和氨挑选性地生产胺，羰基化反响；2 反响精馏塔构造详解精馏塔反响器本质上为装填有催化剂的精馏塔；与一般精馏塔相比拟， 反响精馏塔在精馏段和提馏段的根底上，又多了一个反响精馏段； 反响精馏段由固体催化剂装填；固体催化剂既可加速化学反响又作为填料或塔件供应了传质外表；2.1 对催化剂的要求对固体催化剂的要 :1)
15、 使催化剂床层具有足够的自由空间，以进展液相接触和气相蒸馏，气液分布匀称，为催化接触供应足够的外表积；2) 具有足够大的外表积进展催化反响；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，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；对于已显现过的各种催化剂构造，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，装填方式的改良是以装卸便利， 不停车更换催化剂， 增加汽液接触面积， 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
