淺析反應(yīng)精餾的研究及應(yīng)用

摘 要：反應(yīng)精餾在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，本文主要是針對反應(yīng)精餾的工藝流程、特點(diǎn)、類型方面 以及工業(yè)化應(yīng)用方面，細(xì)化闡述反應(yīng)精餾技術(shù)的理論創(chuàng)新技術(shù)，以碳酸二苯酯的生產(chǎn)工藝提供良好的理論參照。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)；均相；催化劑；應(yīng)用

反應(yīng)精餾是一種將精餾過程與反應(yīng)過程相結(jié)合在一起的工藝生產(chǎn)路線，且在一個(gè)精餾塔內(nèi)完成反應(yīng)和分離的技術(shù)，在進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)用精餾方法分離出產(chǎn)品和副產(chǎn)物的過程。1921年，反應(yīng)精餾的概念首次被提出。20世紀(jì)30年代中期——60年代初，有很多方面的科學(xué)家對反應(yīng)精餾的設(shè)備和工藝路線進(jìn)行了研究，直到70年代初，為了將此技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)精餾的基礎(chǔ)理論性研究才引起研究人員的興趣和重視。反應(yīng)精餾的依據(jù)反應(yīng)催化劑的不同，反應(yīng)精餾可分為均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)精餾。目前反應(yīng)精餾已在多種化工產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用，例如酯化、酯交換、皂化、水解、胺化等反應(yīng)。

1 反應(yīng)精餾的技術(shù)簡介[1]

反應(yīng)精餾的工作原理是利用精餾的操作將不同組分的物質(zhì)進(jìn)行分離，對于可逆反應(yīng)，當(dāng)某一種產(chǎn)物的揮發(fā)度大于反應(yīng)物時(shí)，如果將該產(chǎn)物從液相中蒸出，則可破壞原有的平衡，使反應(yīng)繼續(xù)向生成物的方向進(jìn)行，因而可提高單程的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)能，在一定程度上變可逆反應(yīng)為不可逆反應(yīng)。

2 反應(yīng)精餾的特點(diǎn)

反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)[2]；選擇性高，由于反應(yīng)物一旦生成即從系統(tǒng)移除反應(yīng)區(qū)，對于連串反應(yīng)之類反應(yīng)，可以抑制副反應(yīng)，提高收率。轉(zhuǎn)化率高，由于反應(yīng)物不斷移出反應(yīng)區(qū)，使可逆反應(yīng)平衡移動(dòng)，提高轉(zhuǎn)化率。生產(chǎn)能力高，因?yàn)楫a(chǎn)物隨時(shí)從反應(yīng)區(qū)蒸發(fā)，故反應(yīng)區(qū)內(nèi)反應(yīng)物含量始終較高，從而提高了反應(yīng)速率，縮短了接觸時(shí)間，提到了設(shè)備的生產(chǎn)能力。能耗低，由于反應(yīng)熱可直接用于精餾，降低了精餾能耗，即使是吸熱反應(yīng)，因反應(yīng)和精餾在同一塔內(nèi)進(jìn)行，集中供熱也比分別供熱節(jié)能，減少了熱量損失。投資省，將反應(yīng)器和精餾塔合二為一，節(jié)省設(shè)備投資簡化流程。

3 反應(yīng)精餾的工藝流程

以常溫常壓下的典型液相可逆反應(yīng)A和B反應(yīng)生成C和D為例，對反應(yīng)精餾的工藝流程作一個(gè)介紹。A，B，C，D，4種物質(zhì)的揮發(fā)度由大到小的順序?yàn)镃，A，B，D，其中D為目標(biāo)產(chǎn)物。A和B同時(shí)進(jìn)入精餾塔下端和上端，在塔內(nèi)接觸反應(yīng)，且產(chǎn)物和反應(yīng)物得到了及時(shí)的分離。由于反應(yīng)和分離相互促進(jìn)，在短時(shí)間內(nèi)獲得高轉(zhuǎn)化率和分離效率。因此反應(yīng)精餾技術(shù)能節(jié)省設(shè)備投資，減少費(fèi)用，對于可逆反應(yīng)而言，還可以節(jié)約能耗。

4 反應(yīng)精餾的類型

4.1 均相反應(yīng)精餾

均相反應(yīng)精餾是指反應(yīng)僅發(fā)生在液相或者氣液兩相的界面上，采用均相催化劑或無催化劑的反應(yīng)精餾工藝。該類型的的工藝未嚴(yán)格區(qū)分反應(yīng)段、精餾段和提餾段，整個(gè)塔可以以填料方式或塔板方式裝填。

酯化和酯交換是典型的可逆且受平衡限制的反應(yīng)，該類的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究相對簡單，因此是反應(yīng)精餾技術(shù)基礎(chǔ)理論研究最好的選擇對象。動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測定也不同于一般反應(yīng)器，僅反應(yīng)段高度這個(gè)因素就可以決定反應(yīng)物的停留時(shí)間分布，從而影響最終的轉(zhuǎn)化率。采用適宜的均相催化劑可以提高反應(yīng)速率，從而彌補(bǔ)因反應(yīng)停留時(shí)間短造成的不利影響。

4.2 催化反應(yīng)精餾

催化反應(yīng)精餾是指在反應(yīng)精餾塔內(nèi)，反應(yīng)段填料裝填了固體催化劑，反應(yīng)大部分在反應(yīng)段中進(jìn)行，這樣目的在于催化精餾內(nèi)件既能起到加速反應(yīng)的催化作用，又可作為填料起到分離作用。例如，首次成功應(yīng)用非均相催化精餾的工藝是甲基叔丁基醚的合成。對于催化精餾而言，反應(yīng)段的固體催化劑的選擇及裝填方式是最關(guān)鍵的部分。由于催化劑的表面積越大，催化效率越好，因此希望采用較小顆粒的催化劑，但顆粒越小催化劑越難填裝，且導(dǎo)致上升的蒸氣阻力大，影響精餾分離。另外，由于不同的反應(yīng)體系在相同的塔內(nèi)部的傳質(zhì)-擴(kuò)散機(jī)理各不相同，而且反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)對整個(gè)過程的影響各異，因此要有針對性的選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?/p>

5 反應(yīng)精餾的應(yīng)用

碳酸二苯酯（簡稱DPC）是一種重要的有機(jī)碳酸酯，主要用于塑料工業(yè)，合成聚碳酸酯和對羥基苯甲酸甲酯，單異氰酸酯和制備塑料增塑劑，是一種重要的環(huán)?；ぎa(chǎn)品，由于聚碳酸酯具有良好的機(jī)械、光學(xué)和電子性能，在電子電器、機(jī)械、航空、交通等各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。 生產(chǎn)碳酸二苯酯的傳統(tǒng)方法是光氣法，隨著對環(huán)境環(huán)保要求的增加，國內(nèi)外相繼開展了非光氣法合成DPC的新工藝，其中主要的包括酯交換發(fā)合成DPC的工藝。

此工藝采用的是均相催化反應(yīng)精餾，催化劑與產(chǎn)品或原料需要進(jìn)一步分離，由于苯酚與碳酸二甲酯的反應(yīng)在熱力學(xué)上是不利的，反應(yīng)平衡常數(shù)小。除了選擇合適的催化劑來提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的產(chǎn)率、選擇性外，在工藝上也要采取措施促使平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)，提高原料的轉(zhuǎn)化率和DPC的產(chǎn)率。因此，將副產(chǎn)物甲醇和原料碳酸二甲酯從塔頂移除，從而使反應(yīng)向目標(biāo)產(chǎn)物方向不斷移動(dòng)，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，目標(biāo)產(chǎn)物和催化劑從塔底采出繼續(xù)分離提純，這樣既回收了原料，又將產(chǎn)物得到了分離提純，反應(yīng)所需的熱量由精餾的熱量提供，充分的體現(xiàn)了反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)。

目前，反應(yīng)精餾技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，隨著節(jié)能和環(huán)保的要求日益提高，反應(yīng)精餾技術(shù)將會(huì)發(fā)揮更大的作用，是解決能源危機(jī)和緩解三廢污染的有效途徑。也是推進(jìn)我國煉油、石化及化工行業(yè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]蓋旭東.反應(yīng)蒸餾分離技術(shù)進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，1995，（5）.

[2]張澍源.連續(xù)反應(yīng)精餾技術(shù)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，1990，10（4）；51-54.

作者簡介：

陳永錄，出生年月：1986年01月20日，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：陜西寶雞，當(dāng)前職務(wù)：骨干，當(dāng)前職稱：初級，學(xué)歷：本科，研究方向：有機(jī)化工生產(chǎn).