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天骥列管式换热器:反应分离集成技术之反应精馏

浏览次数: 发布日期:2019-06-29 17:49

列管式换热器专业生产厂家无锡天骥化工2019年6月20日讯  化工生产中,反应和分离两种操作通常是在两类设备中单独进行。但如果将这两者耦合起来,在一个塔内同时进行时,大家称之为反应精馏。

通过精馏将反应物、产物或中间产物及时分离,以破坏可逆反应的平衡关系,使反应继续向生成产物的方向进行,从而提高可逆反应的转化率和选择性。除此之外,反应精馏过程中可通过化学反应打破气-液平衡关系,从而提高传质速率,缩短反应时间;而放热反应提供的反应热又可作为精馏所需的汽化热,供产品分离,达到节能的目的。

因此,相较于传统的反应和精馏工艺,反应精馏有以下优点:能降低操作费用和能量消耗,提高反应转化率和选择性,缩短反应时间,提高生产能力。

 

01

反应精馏适用的物系

 

 

当反应体系为“所有产物的挥发度大于所有反应物的挥发度”、“所有反应物的挥发度大于所有产物的挥发度”或“所有反应物的挥发度介于产物的挥发度之间”时,反应精馏比化学反应和精馏分离单独进行时更为有效。

反应精馏适用于多种类型的反应,如串联反应、可逆反应、转化率受化学平衡限制的反应。目前借助于计算机模拟手段,反应精馏技术在醚化(如合成乙基叔丁基醚)、酯化(如合成乙酸正丁酯)、加氢(如混合C4选择加氢)、烷基化(如合成直链烷基苯)、脱水(如叔丁醇脱水反应生成异丁烯)等反应中得到了应用,并不断扩大研究范围。

 
 
 
 

 

02

反应精馏的类型

 

 

反应精馏装置有以下四种情况[1]:(a)由无反应的精馏段和反应提馏段组成的塔;(b)由无反应的精馏段、无反应的提馏段和中间反应段组成的塔;(c)带有顺流泵循环反应器的常规精馏塔;(d)带有逆流泵循环反应器的常规精馏塔。其中装置b比装置a、c更有效,而装置d需要更详细的研究和探讨。

列管式换热器,列管式冷凝器

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Fig. Reactive distillation configurations: (a) column with nonreactive rectifying and reactive stripping sections; (b) column with nonreactive rectifying, nonreactive stripping, and reactive middle sections; (c) conventional distillation column with a cocurrent pump-around reactor; (d) conventional distillation column with acountercurrent pump-around reactor.  There active section is shown by the shaded area to distinguish it from the nonreactive section.

 
 
 
 

 

03

反应精馏模拟的注意事项

 

 

  1. 模拟前要明确反应,选择合适的催化剂,后找到相应的反应动力学数据。在Aspen Plus中输入动力学数据时,要注意单位。

  2. 在模拟反应精馏塔时,要注意塔的操作压力。与普通精馏塔相比,压力对反应精馏塔的影响更大。塔的操作压力影响塔内温度分布,而温度又会影响塔内的反应和分离。

  3. 定义反应段,后需要输入塔内的持液量。持液量是反应精馏塔的一个关键参数,每块板上的反应速率及反应后产物与持液量的设定有直接关联。在进行塔的设计计算前,需要先假设持液量,计算出塔径后需要检查假设的持液量是否合理。

  4. 优化反应精馏塔参数时,可调节压力、反应段的持液量、精馏段的理论板数、反应段的理论板数、提馏段的理论板数、进料位置、再沸器负荷等,从而使最终产品达到要求。

关于反应精馏的详细模拟请参考孙兰义老师《化工流程模拟实训——Aspen Plus教程》P227或孙兰义老师《化工过程模拟实训——Aspen Plus教程第二版》教程P333的相关内容。

 

参考文献:

[1] Jignesh Gangadwala †, Achim Kienle , † ‡, ErikStein † A, etal. Production of Butyl Acetate by Catalytic Distillation: Process Design Studies[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,2004, 43(1).

[2] 孙兰义主编. 化工流程模拟实训Aspen Plus教程[M]. 北京:化学工业出版社.2012.

[3] 孙兰义编. 化工过程模拟实训ASPEN PLUS教程[M]. 北京:化学工业出版社.2017.

 

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