一种用于分离两步连续可逆反应的双反应段反应蒸馏塔

【摘要】：反应蒸馏塔集反应操作与分离操作于同一装置中进行,两种操作的高度耦合不仅能促进能源消耗的降低,而且能在不同程度上减少设备投资。可观的经济效益推动了反应蒸馏塔广泛的工业应用,一般主要应用于简单可逆反应、并行可逆反应与两步连续可逆反应等三类反应。其中,两步连续可逆反应广泛存在于酯化、缩醛、转酯与胺化等常见反应中,但到目前为止只有为数不多的文献对反应蒸馏塔在这类反应中的应用进行了研究,他们的研究发现,两步连续可逆反应的高转化率与高选择性难以同时达到,这与该反应体系涉及的两个反应的矛盾需求难以协调息息相关。 迄今为止,反应蒸馏塔的研究几乎全部集中于单反应段反应蒸馏塔,但对类似于两步连续可逆反应的复杂反应,单反应段反应蒸馏塔常常难以协调反应操作之间的矛盾需求,从而严重影响反应操作与分离操作之间的内部物质耦合或能量耦合,最终导致反应蒸馏塔系统性能的下降。为了弥补单反应段反应蒸馏塔在分离两步连续可逆反应的缺陷,本文提出了一种新型的双反应段反应蒸馏塔,双反应段反应蒸馏塔中两个反应段的安排不仅可以促进两步连续可逆反应中两个反应操作之间的协调,而且为强化反应操作与分离操作之间的内部物质耦合与能量耦合提供了更多的自由度,如此一来,与传统单反应段反应蒸馏塔相比,双反应段反应蒸馏塔在操作费用与设备投资方面具有更大的优势。 为了验证双反应段反应蒸馏塔在分离两步连续可逆反应的经济优势,本文分别以理想两步连续可逆反应以及碳酸二甲酯与乙醇的两步连续转酯反应为例,在保持与单反应段反应蒸馏塔的总塔板数以及总反应塔板数一致的前提下,双反应段反应蒸馏塔的再沸器热负荷比单反应段反应蒸馏塔的分别减少了6.39%与45.49%。 双反应段反应蒸馏塔在分离两步连续可逆反应带来的可观的能量消耗的降低,说明了与单反应段反应蒸馏塔相比它在分离这类复杂反应的潜在优势,同时也从某种程度上提醒我们,在分离多重反应混合物时,反应段的个数应该被作为反应蒸馏塔的综合与设计的重要变量。