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图解法用于反应精馏可行性研究

曾燕茹  
【摘要】:反应精馏是在一个塔中同时实现反应和分离的耦合过程,两者的高效耦合可以大大提高过程的效率,同时降低过程能耗和设备投资。但是由于反应精馏塔内存在着复杂的传质和反应的相互作用,使得反应精馏过程的设计和控制比常规的反应器和精馏塔更困难,如果设计不当有可能导致反应精馏过程失败。因此研究一种能进行反应精馏可行性分析的设计方法论具有重要意义。残余曲线法是一种较常用的图解设计法,该方法可以直观全面地反映体系的性质,且只需提供体系最基本的物理化学性质即可进行反应精馏可行性分析,为后续的优化设计提供一个良好的初值。本文提出了反应残余曲线法的综合策略,并对三元和四元醋酸酯类反应体系进行了反应精馏过程分析。论文具体研究内容如下:(1)介绍了反应空间,转换组成变量,奇异点及反应共沸物等概念,在此基础上推导了反应残余曲线和反应萃取曲线的基本设计方程,并对图解法的可行性规则进行了分析,由此提出了残余曲线设针法应用于反应精馏过程可行性分析的综合策略。(2)以阳离子交换树脂CT800为催化剂,研究了醋酸丁烯合成醋酸仲丁酯的反应动力学。在消除内、外扩散的影响后,考察了反应温度、原料配比、催化剂浓度对酯化反应的影响。建立了拟均相反应机理的本征动力学模型,得到反应速率常数及反应平衡常数与反应温度的关系,并计算正、逆反应的表观活化能。从而为反应精馏图解设计提供动力学基础。(3)以前面提出的残余曲线设计策略为基础,结合研究体系的动力学、热力学信息及基础物性数据,对四元反应体系醋酸甲酯水解体系和三元反应体系醋酸仲丁酯合成体系进行反应精馏过程的分析,确定过程可行性及分离极限,得到反应进料流股数,确定反应精馏塔的基本结构信息,并利用达克勒姆准数Da分、析了反应和分离的协同机理。


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