催化反应精馏实验

第49卷第9期 当 代 化 工 Vol.49，No.9 2020年9月 Contemporary Chemical Industry September，2020基金项目：国家自然基金青年科学基金（项目编号：21706149）；山东省自然基金（项目编号：ZR2017BB079）；淄博市校城融合计划（项目编号：2018ZBXC387）。

收稿日期：2019-01-07作者简介：杨立喜（1997-），女，山东省德州市人，山东理工大学化学工程与技术专业在读研究生，研究方向：工业催化剂及化工过程模拟优化。

E -mail：*****************。

通讯作者：李玉超（1985-），男，讲师，博士，研究方向：工业催化剂及化工过程模拟优化。

E -mail：**************； 左村村（1987-），男，讲师，博士，研究方向：工业催化剂及化工过程模拟优化。

E -mail：***************。

10万t ·a -1乙酸乙酯反应精馏工艺ASPEN 模拟杨立喜，蒋文，李淑越，贺志鹏，周鑫睿，郑艳霞， 葛亭亭，傅忠君，于鲁汕，王鸣，李玉超*，左村村*（山东理工大学 化学化工学院，淄博 255000）摘 要： 乙酸乙酯（ETAC）是一种非常重要的有机溶剂和化工中间体，具有较强的溶解力及快干低毒的特性，在食品、涂料和化工中有着广泛的用途。

目前国内主要采用直接酯化法制备乙酸乙酯，该工艺具有浓硫酸腐蚀性强、选择性低、产生大量废水等缺点。

相比液体无机酸而言，使用固体强酸性离子树脂代替浓硫酸作为催化剂，不但解决了以上问题，同时重复利用催化剂，降低了生产能耗。

目前已有部分厂家将强酸性离子树脂用于酯化反应，具有良好反应和分离效果，市场效应良好。

本项目采用以强酸性阳离子交换树脂为催化剂的连续催化精馏法合成乙酸乙酯，采用反应精馏与萃取精馏技术结合的方式生产分离出较高纯度的乙酸乙酯。

通过将反应精馏应用于乙酸乙酯的合成，将化学反应与精馏分离结合在一起，提高化学反应的转化率、进一步降低生产能耗。

叙述催化反应精馏的原理和基本工艺流程Catalytic distillation is a process that combines catalysis and distillation into a single step to promote chemical reactions and separate products simultaneously. 催化精馏是一种将催化作用和精馏结合在一起的过程，以促进化学反应并同时分离产品。

This innovative technique offers several advantages, including increased reaction rates, higher yields, and simplified process design. 这种创新技术具有多个优点，包括增加反应速率、提高收率和简化工艺设计。

The principle behind catalytic distillation involves the use of a catalyst within the distillation column, where reactants come into contact with the catalyst surface as they pass through the column. 催化精馏的原理是在精馏塔内使用催化剂，使反应物在通过塔时与催化剂表面接触。

This interaction promotes the desired chemical reactions, while the vapor and liquid phases are continuously separated through distillation. 这种相互作用促进了所需的化学反应，同时通过精馏将汽态和液态相不断分离。

The basic process flow of catalytic distillation involves the introduction of feedstock into the distillation column, where it comes into contact with the catalyst. 催化精馏的基本工艺流程包括将原料进料到精馏塔中，使其与催化剂接触。

乙二醇反应精馏制备1,4-二氧六环的研究李思超;王涛;魏永梅;黄婕;田恒水【摘要】The quality of coal-based ethylene glycol in China is not high enough to meet the requirements of polyester production, so it is of great significance to develop its downstream applications. A catalytic reaction distillation process is used for synthesis of 1,4-dioxane from ethylene glycol with titanium dioxide as catalyst. The optimal reaction conditions were determined as follows:170℃, the mass ratio of catalyst to total reactants of 3%, the reflux ratio of 1.0, the number of plates (including the reactor) of 9, and the reaction time of 4.5 h. Under above conditions, the conversion of ethylene glycol and the selectivity of 1,4-dioxane were 95.65%and 89.42%, respectively.%国内煤炭路线合成乙二醇的品质不高,较难达到生产聚酯的要求,发展其下游应用有重要意义.采用催化反应精馏工艺,以硫酸钛为催化剂催化乙二醇合成1,4-二氧六环.经工艺优化,较优的反应条件为:反应温度170℃,催化剂用量为总反应原料质量的3%,回流比1.0,塔板数(包括塔釜)9块,反应时间4.5h.此时,乙二醇的转化率为95.65%,1,4-二氧六环的选择性为89.42%.【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】5页(P69-72,107)【关键词】乙二醇;1,4-二氧六环;硫酸钛;反应精馏【作者】李思超;王涛;魏永梅;黄婕;田恒水【作者单位】华东理工大学化工学院,上海 200237;华东理工大学化工学院,上海200237;华东理工大学化工学院,上海 200237;华东理工大学化工学院,上海200237;华东理工大学化工学院,上海 200237【正文语种】中文【中图分类】TQ2541,4-二氧六环是一种优良的非质子型溶剂[1]，由于其高度的流动性和良好的溶解性而被广泛应用于各种特种化学品制造、医药用品、石化、造漆等工业中[2]。

实验一反应精馏合成乙酸乙酯一实验目的1 了解反应精馏过程原理及适用场合.2 掌握反应精馏装置的操作方法和反应精馏研究方法。

3 了解反应精馏与常规精馏的区别。

4 学会用色谱-热导检测器分析塔内物料浓度组成。

二实验原理反应精馏法是将化学反应过程与精馏分离过程同时进行生产产品的操作。

由于物理过程与化学过程同时存在，使过程更加复杂。

（1）对可逆平行反应，通过精馏将反应产物中的高沸物或低沸物连续的从系统中排出，可使总转化率超过平衡转化率，大大提高生产效率。

（2）对于异构体混合物分离比较困难时，若其中的某组分能发生化学反应并生成沸点不同的物质，就可以加以分离。

本实验用乙酸、乙醇为原料，加入少量浓硫酸为催化剂通过反应精馏合成乙酸乙酯。

边反应边将乙酸乙酯分离出来，提高乙酸的转化率。

操作方式：间歇过程；塔釜连续进料过程；塔身某处连续进料过程。

产物分析方法：采用色谱-热导检测分析，色谱工作站处理。

GDX分离柱(φ3mm，L 2m) , 柱温110度，汽化温度130度，检测温度120度；载气压力0.04Mpa；桥流100mA.出峰的先后顺序为：H2O , CH3CH2OH , CH3COOH ,CH3COOC2H5.它们的摩尔校正因子分别为：3.03, 2.09, 1.39, 0.91。

三实验装置与试剂反应精馏装置一套，直径20mm, 内装填料，可自动加热、保温、回流控制。

操作过程见说明书。

无水乙醇200mL ；含浓硫酸0.3%(wt)的冰乙酸200mL.四实验步骤1 配置1：1.3（mol）酸醇混合液250mL，加入到塔釜中。

并用色谱准确测其组成。

2 开启色谱-热导检测分析仪及色谱工作站，按分析方法操作。

3 通冷却水，接通电源。

按操作说明书对反应精馏装置加热升温，并开启保温电流。

待塔顶有液体出现时，全回流30分钟。

以微量注射器在塔身不同高度取样口取样分析，作出塔内各组分的浓度分布曲线。

4 开启回流比3：1 ，塔顶开始出产品。

1研究背景我公司2010年设置一套年产10万吨醋酐系统,其主要原料为醋酸甲酯与一氧化碳,在我公司已有原料醋酸与甲醇的基础上,生产醋酸甲酯成为首先要解决的问题之一。

近年来,醋酸甲酯合成与水解的催化反应精馏工艺成为国内外研究和开发的热门课题,醋酸甲酯的催化反应精馏工艺的研究取得了一定的进展,并在较大程度上克服了传统工艺分离流程复杂,设备投资高,分离能耗高的弊端。

国外Eastman 公司已经建设了使用催化反应精馏工艺技术制醋酸甲酯的工业化装置,国内对催化反应精馏工艺制醋酸甲酯的研究也较多,但大部分局限于实验室的小试装置。

本项目采用工艺流程模拟(Aspen Plus)软件模拟醋酸甲酯催化反应精馏工艺过程,并建立小型试验装置进行实验,探讨工业化过程可能遇到的若干问题,为醋酸甲酯催化反应精馏工艺过程应用在工业化装置上提供设计基础。

2醋酸甲酯合成工艺技术路线的选择由于醋酸和甲醇的酯化反应受化学平衡限制,且物系中有多个共沸物体系,传统工艺流程十分复杂,需要多个反应器与共沸塔、醋酸甲酯塔及脱水塔等多个精馏塔。

反应精馏工艺与传统生产工艺相比,具有流程简单、转化率高、产品纯度高、操作费用低等特点。

判断工艺过程是否适用于反应精馏技术有以下依据:(1)可用精馏方法来准确分离反应物与产物。

(2)主反应时间不能太长,否则会要求精馏塔持液量很大,而影响精馏塔效率。

(3)通常是液相反应,采用均相催化剂。

(4)反应不能为强吸热过程,否则对传热平衡和精馏的传质造成严重影响,降低塔板分离效率,甚至使精馏操作无法顺利进行。

(5)催化剂使用时效长。

醋酸和甲醇酯化制醋酸甲酯的工艺过程有以下特点:(1)在醋酸甲酯合成体系中,醋酸沸点最高,其次为水和甲醇,醋酸甲酯沸点最低。

(2)反应为液相反应,采用浓硫酸作为催化剂。

(3)主反应时间为2~2.5h 。

(4)反应为微放热反应。

(5)醋酸甲酯在常压下的沸点为57.1℃,在0.2MPa 压力下的沸点为78.0℃,反应温度与目的产物的沸点温度相匹配。

乙醇-水精馏实验报告乙醇-水精馏实验报告引言：乙醇-水精馏是一种常见的分离和提纯技术，广泛应用于化学、制药、食品等领域。

本实验旨在通过乙醇-水混合液的精馏过程，观察和探究其分离效果及原理。

实验材料：1. 乙醇-水混合液2. 精馏设备：包括加热设备、冷却设备、分馏塔等3. 温度计4. 醇表实验步骤：1. 准备工作：清洗精馏设备，确保无杂质残留。

将乙醇-水混合液倒入分馏塔中，注意量取合适的比例。

2. 加热：将分馏塔加热设备接通电源，逐渐升温。

同时，用温度计监测温度变化，并记录下来。

3. 冷却：在分馏塔顶部的冷却设备中，通过冷却水的循环使馏出液冷却，形成液体收集。

4. 收集：根据温度变化，收集不同温度下馏出的液体。

使用醇表检测收集液中乙醇的浓度。

实验结果与讨论：在实验过程中，我们观察到了乙醇-水混合液的精馏分离现象。

随着加热过程的进行，我们发现温度逐渐升高，液体开始沸腾。

此时，乙醇和水的沸点不同，乙醇的沸点较低，因此乙醇首先被蒸发出来。

通过冷却设备，我们能够将乙醇蒸汽重新凝结成液体，从而实现乙醇的分离和收集。

在实验过程中，我们还使用了醇表来检测收集液中乙醇的浓度。

通过醇表的测量，我们可以得知收集液中乙醇的含量，从而判断精馏过程的效果。

通常情况下，随着温度的升高，收集液中乙醇的浓度逐渐降低。

这是因为乙醇的沸点较低，容易被蒸发出来，而水的沸点较高，相对难以蒸发。

因此，在精馏过程中，乙醇会优先蒸发，导致收集液中乙醇的浓度逐渐降低。

乙醇-水精馏的原理是基于不同物质的沸点差异。

在混合液中，乙醇和水分子之间会发生相互作用，形成氢键。

这种氢键的存在导致了乙醇-水混合液的沸点较纯乙醇和纯水的沸点都要高。

因此，在精馏过程中，通过加热使混合液沸腾，乙醇的沸点较低，会首先蒸发出来，然后通过冷却设备重新凝结成液体，实现乙醇的分离和提纯。

结论：通过乙醇-水精馏实验，我们观察到了乙醇和水的分离现象，并了解了乙醇-水精馏的原理。

实验结果表明，在精馏过程中，乙醇会优先蒸发，导致收集液中乙醇的浓度逐渐降低。

化工专业实验大纲
编号：162219 实验室名称：化学工程实验室一、实验的地位、作用和目的：
化学工程与工艺专业是由化学工程、无机化工、有机化工、石油加工、高分子化工、工业催化、电化学工程等专业归并而成的宽口径专业。

作为一门重要的专业实践课程，本课程的目的是培养学生掌握化学工程与工艺专业的专业实验技术与实验研究方法，使学生掌握专业实验的基本技术和操作技能，学会专业实验主要仪器和装备的使用，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的自学能力、独立思考能力与创新能力。

二、课程内容
化工专业实验它包括基础数据测试实验、反应工程实验、分离技术实验、化工工艺和研究开发性实验等。

三、主要仪器设备
主要仪器设备及台（套）数（大纲要求）：
1.PVT关系测定装置2套
2.二元体系汽液平衡数据测定装置2套
3.气相色谱2套
4.液固催化反应动力学测定装置2套
5.催化剂内扩散有效因子的测定装置2套
6.连续流动反应器中的返混测定装置2套
7.连续均相管式循环反应器中的返混实验装置2套
8.乙苯脱氢制苯乙烯实验装置2套
9.催化反应精馏制甲缩醛实验装置2套
10.一氧化碳中温一低温串联变换反应实验装置2套
11.双驱动搅拌器测定气液传质系数2套
12.碳分子筛变压吸附提纯氮气实验装置2套
13.超滤膜分离实验装置2套
一、实验项目与提要
主要撰稿人：系主任：。

叙述催化反应精馏的原理和基本工艺流程催化反应精馏是将液体混合物中的组分通过催化剂的作用进行化学反应和汽液平衡的过程。

Catalytic reaction distillation is the process of chemical reaction and vapor-liquid equilibrium of components in a liquid mixture through the action of a catalyst.催化剂可以提高反应速率和选择性，减小反应温度和压力，提高产品纯度。

The catalyst can increase the reaction rate and selectivity, reduce the reaction temperature and pressure, and improve the purity of the product.催化反应精馏的基本工艺流程包括加热混合物使其汽化、进入反应塔进行催化反应、出口冷凝液体产物和残留混合物，然后再次加热和汽化。

The basic process of catalytic reaction distillation includes heating the mixture to vaporize it, entering the reaction tower for catalytic reaction, exiting the condensed liquid product and residual mixture, and then heating and vaporizing again.在反应塔内，催化剂帮助混合物中的组分发生化学反应，从而实现组分的分离和提纯。

In the reaction tower, the catalyst helps the components in the mixture to undergo chemical reactions, thereby achieving separation and purification of the components.精馏塔中的填料可以增加接触面积，促进化学反应的进行。