淺析反應精餾的研究及應用

摘 要：反應精餾在現代化工生產中的應用越來越廣泛，本文主要是針對反應精餾的工藝流程、特點、類型方面 以及工業化應用方面，細化闡述反應精餾技術的理論創新技術，以碳酸二苯酯的生產工藝提供良好的理論參照。

關鍵詞：反應；均相；催化劑；應用

反應精餾是一種將精餾過程與反應過程相結合在一起的工藝生產路線，且在一個精餾塔內完成反應和分離的技術，在進行反應的同時用精餾方法分離出產品和副產物的過程。1921年，反應精餾的概念首次被提出。20世紀30年代中期——60年代初，有很多方面的科學家對反應精餾的設備和工藝路線進行了研究，直到70年代初，為了將此技術運用到實際的工業生產中，反應精餾的基礎理論性研究才引起研究人員的興趣和重視。反應精餾的依據反應催化劑的不同，反應精餾可分為均相反應和非均相反應精餾。目前反應精餾已在多種化工產品上得到了廣泛的應用，例如酯化、酯交換、皂化、水解、胺化等反應。

1 反應精餾的技術簡介[1]

反應精餾的工作原理是利用精餾的操作將不同組分的物質進行分離，對于可逆反應，當某一種產物的揮發度大于反應物時，如果將該產物從液相中蒸出，則可破壞原有的平衡，使反應繼續向生成物的方向進行，因而可提高單程的轉化率和產能，在一定程度上變可逆反應為不可逆反應。

2 反應精餾的特點

反應精餾的優點[2]；選擇性高，由于反應物一旦生成即從系統移除反應區，對于連串反應之類反應，可以抑制副反應，提高收率。轉化率高，由于反應物不斷移出反應區，使可逆反應平衡移動，提高轉化率。生產能力高，因為產物隨時從反應區蒸發，故反應區內反應物含量始終較高，從而提高了反應速率，縮短了接觸時間，提到了設備的生產能力。能耗低，由于反應熱可直接用于精餾，降低了精餾能耗，即使是吸熱反應，因反應和精餾在同一塔內進行，集中供熱也比分別供熱節能，減少了熱量損失。投資省，將反應器和精餾塔合二為一，節省設備投資簡化流程。

3 反應精餾的工藝流程

以常溫常壓下的典型液相可逆反應A和B反應生成C和D為例，對反應精餾的工藝流程作一個介紹。A，B，C，D，4種物質的揮發度由大到小的順序為C，A，B，D，其中D為目標產物。A和B同時進入精餾塔下端和上端，在塔內接觸反應，且產物和反應物得到了及時的分離。由于反應和分離相互促進，在短時間內獲得高轉化率和分離效率。因此反應精餾技術能節省設備投資，減少費用，對于可逆反應而言，還可以節約能耗。

4 反應精餾的類型

4.1 均相反應精餾

均相反應精餾是指反應僅發生在液相或者氣液兩相的界面上，采用均相催化劑或無催化劑的反應精餾工藝。該類型的的工藝未嚴格區分反應段、精餾段和提餾段，整個塔可以以填料方式或塔板方式裝填。

酯化和酯交換是典型的可逆且受平衡限制的反應，該類的反應動力學研究相對簡單，因此是反應精餾技術基礎理論研究最好的選擇對象。動力學參數的測定也不同于一般反應器，僅反應段高度這個因素就可以決定反應物的停留時間分布，從而影響最終的轉化率。采用適宜的均相催化劑可以提高反應速率，從而彌補因反應停留時間短造成的不利影響。

4.2 催化反應精餾

催化反應精餾是指在反應精餾塔內，反應段填料裝填了固體催化劑，反應大部分在反應段中進行，這樣目的在于催化精餾內件既能起到加速反應的催化作用，又可作為填料起到分離作用。例如，首次成功應用非均相催化精餾的工藝是甲基叔丁基醚的合成。對于催化精餾而言，反應段的固體催化劑的選擇及裝填方式是最關鍵的部分。由于催化劑的表面積越大，催化效率越好，因此希望采用較小顆粒的催化劑，但顆粒越小催化劑越難填裝，且導致上升的蒸氣阻力大，影響精餾分離。另外，由于不同的反應體系在相同的塔內部的傳質-擴散機理各不相同，而且反應動力學和熱力學對整個過程的影響各異，因此要有針對性的選擇適當的催化劑。

5 反應精餾的應用

碳酸二苯酯（簡稱DPC）是一種重要的有機碳酸酯，主要用于塑料工業，合成聚碳酸酯和對羥基苯甲酸甲酯，單異氰酸酯和制備塑料增塑劑，是一種重要的環保化工產品，由于聚碳酸酯具有良好的機械、光學和電子性能，在電子電器、機械、航空、交通等各行各業得到了廣泛應用。 生產碳酸二苯酯的傳統方法是光氣法，隨著對環境環保要求的增加，國內外相繼開展了非光氣法合成DPC的新工藝，其中主要的包括酯交換發合成DPC的工藝。

此工藝采用的是均相催化反應精餾，催化劑與產品或原料需要進一步分離，由于苯酚與碳酸二甲酯的反應在熱力學上是不利的，反應平衡常數小。除了選擇合適的催化劑來提高轉化率和產物的產率、選擇性外，在工藝上也要采取措施促使平衡向產物方向移動，提高原料的轉化率和DPC的產率。因此，將副產物甲醇和原料碳酸二甲酯從塔頂移除，從而使反應向目標產物方向不斷移動，提高了反應的轉化率，目標產物和催化劑從塔底采出繼續分離提純，這樣既回收了原料，又將產物得到了分離提純，反應所需的熱量由精餾的熱量提供，充分的體現了反應精餾的優點。

目前，反應精餾技術已在多個領域實現了工業化生產，隨著節能和環保的要求日益提高，反應精餾技術將會發揮更大的作用，是解決能源危機和緩解三廢污染的有效途徑。也是推進我國煉油、石化及化工行業的一項重要內容。

參考文獻：

[1]蓋旭東.反應蒸餾分離技術進展[J].現代化工，1995，（5）.

[2]張澍源.連續反應精餾技術及其應用[J].現代化工，1990，10（4）；51-54.

作者簡介：

陳永錄，出生年月：1986年01月20日，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：陜西寶雞，當前職務：骨干，當前職稱：初級，學歷：本科，研究方向：有機化工生產.