浅析反应精馏的研究及应用

摘 要：反应精馏在现代化工生产中的应用越来越广泛，本文主要是针对反应精馏的工艺流程、特点、类型方面 以及工业化应用方面，细化阐述反应精馏技术的理论创新技术，以碳酸二苯酯的生产工艺提供良好的理论参照。

关键词：反应；均相；催化剂；应用

反应精馏是一种将精馏过程与反应过程相结合在一起的工艺生产路线，且在一个精馏塔内完成反应和分离的技术，在进行反应的同时用精馏方法分离出产品和副产物的过程。1921年，反应精馏的概念首次被提出。20世纪30年代中期——60年代初，有很多方面的科学家对反应精馏的设备和工艺路线进行了研究，直到70年代初，为了将此技术运用到实际的工业生产中，反应精馏的基础理论性研究才引起研究人员的兴趣和重视。反应精馏的依据反应催化剂的不同，反应精馏可分为均相反应和非均相反应精馏。目前反应精馏已在多种化工产品上得到了广泛的应用，例如酯化、酯交换、皂化、水解、胺化等反应。

1 反应精馏的技术简介[1]

反应精馏的工作原理是利用精馏的操作将不同组分的物质进行分离，对于可逆反应，当某一种产物的挥发度大于反应物时，如果将该产物从液相中蒸出，则可破坏原有的平衡，使反应继续向生成物的方向进行，因而可提高单程的转化率和产能，在一定程度上变可逆反应为不可逆反应。

2 反应精馏的特点

反应精馏的优点[2]；选择性高，由于反应物一旦生成即从系统移除反应区，对于连串反应之类反应，可以抑制副反应，提高收率。转化率高，由于反应物不断移出反应区，使可逆反应平衡移动，提高转化率。生产能力高，因为产物随时从反应区蒸发，故反应区内反应物含量始终较高，从而提高了反应速率，缩短了接触时间，提到了设备的生产能力。能耗低，由于反应热可直接用于精馏，降低了精馏能耗，即使是吸热反应，因反应和精馏在同一塔内进行，集中供热也比分别供热节能，减少了热量损失。投资省，将反应器和精馏塔合二为一，节省设备投资简化流程。

3 反应精馏的工艺流程

以常温常压下的典型液相可逆反应A和B反应生成C和D为例，对反应精馏的工艺流程作一个介绍。A，B，C，D，4种物质的挥发度由大到小的顺序为C，A，B，D，其中D为目标产物。A和B同时进入精馏塔下端和上端，在塔内接触反应，且产物和反应物得到了及时的分离。由于反应和分离相互促进，在短时间内获得高转化率和分离效率。因此反应精馏技术能节省设备投资，减少费用，对于可逆反应而言，还可以节约能耗。

4 反应精馏的类型

4.1 均相反应精馏

均相反应精馏是指反应仅发生在液相或者气液两相的界面上，采用均相催化剂或无催化剂的反应精馏工艺。该类型的的工艺未严格区分反应段、精馏段和提馏段，整个塔可以以填料方式或塔板方式装填。

酯化和酯交换是典型的可逆且受平衡限制的反应，该类的反应动力学研究相对简单，因此是反应精馏技术基础理论研究最好的选择对象。动力学参数的测定也不同于一般反应器，仅反应段高度这个因素就可以决定反应物的停留时间分布，从而影响最终的转化率。采用适宜的均相催化剂可以提高反应速率，从而弥补因反应停留时间短造成的不利影响。

4.2 催化反应精馏

催化反应精馏是指在反应精馏塔内，反应段填料装填了固体催化剂，反应大部分在反应段中进行，这样目的在于催化精馏内件既能起到加速反应的催化作用，又可作为填料起到分离作用。例如，首次成功应用非均相催化精馏的工艺是甲基叔丁基醚的合成。对于催化精馏而言，反应段的固体催化剂的选择及装填方式是最关键的部分。由于催化剂的表面积越大，催化效率越好，因此希望采用较小颗粒的催化剂，但颗粒越小催化剂越难填装，且导致上升的蒸气阻力大，影响精馏分离。另外，由于不同的反应体系在相同的塔内部的传质-扩散机理各不相同，而且反应动力学和热力学对整个过程的影响各异，因此要有针对性的选择适当的催化剂。

5 反应精馏的应用

碳酸二苯酯（简称DPC）是一种重要的有机碳酸酯，主要用于塑料工业，合成聚碳酸酯和对羟基苯甲酸甲酯，单异氰酸酯和制备塑料增塑剂，是一种重要的环保化工产品，由于聚碳酸酯具有良好的机械、光学和电子性能，在电子电器、机械、航空、交通等各行各业得到了广泛应用。 生产碳酸二苯酯的传统方法是光气法，随着对环境环保要求的增加，国内外相继开展了非光气法合成DPC的新工艺，其中主要的包括酯交换发合成DPC的工艺。

此工艺采用的是均相催化反应精馏，催化剂与产品或原料需要进一步分离，由于苯酚与碳酸二甲酯的反应在热力学上是不利的，反应平衡常数小。除了选择合适的催化剂来提高转化率和产物的产率、选择性外，在工艺上也要采取措施促使平衡向产物方向移动，提高原料的转化率和DPC的产率。因此，将副产物甲醇和原料碳酸二甲酯从塔顶移除，从而使反应向目标产物方向不断移动，提高了反应的转化率，目标产物和催化剂从塔底采出继续分离提纯，这样既回收了原料，又将产物得到了分离提纯，反应所需的热量由精馏的热量提供，充分的体现了反应精馏的优点。

目前，反应精馏技术已在多个领域实现了工業化生产，随着节能和环保的要求日益提高，反应精馏技术将会发挥更大的作用，是解决能源危机和缓解三废污染的有效途径。也是推进我国炼油、石化及化工行业的一项重要内容。

参考文献：

[1]盖旭东.反应蒸馏分离技术进展[J].现代化工，1995，（5）.

[2]张澍源.连续反应精馏技术及其应用[J].现代化工，1990，10（4）；51-54.

作者简介：

陈永录，出生年月：1986年01月20日，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：陕西宝鸡，当前职务：骨干，当前职称：初级，学历：本科，研究方向：有机化工生产.