炼油厂或橡胶厂的混合碳四及抽余碳四中含有大量的正丁烯和异丁烯,随着异丁烯及叔丁醇应用领域的不断扩大,由混合碳四中的异丁烯水合制叔丁醇有着十分广阔的前景。由于目前用于该水合反应的催化剂存在反应转化率低、寿命短、正丁烯参与反应以及异丁烯易聚合等问题,近年来开发了杂多酸类催化剂。本文首次全面对杂多酸用于异丁烯催化水合制取叔丁醇的催化反应机理、工艺过程及工程放大过程所涉及的预工业化内容进行了全面的研究报告。具有Keggin结构的杂多酸具有催化水合的活性来源于它所具有的一级阴离子结构,杂多酸用于异丁烯的水合反应具有转化率高、选择性好,以及反应条件缓和等优点。在实验室条件下制得了具有催化活性的杂多酸催化剂,工业放大及扩试试验认为该制备方法具有简单易得的特性,重复性好,可大规模工业化应用。在实验室单釜条件下,使用自制的杂多酸水溶液对混合碳四中的异丁烯催化水合制叔丁醇反应中的各影响因素进行了研究,发现以杂多酸为催化剂,由混合碳四中的异丁烯水合制叔丁醇为可逆反应,在单釜试验条件下,详细考察了反应时间、反应温度、搅拌转速以及物料中水油比对反应结果的影响,并确定了异丁烯催化水合制取叔丁醇的最佳反应条件。在对异丁烯水合操作条件详细考察的基础上,设计制作了多级逆流反应器,经过改良后的反应器,在优化的反应条件下,首次在多级逆流连续反应器中实现了异丁烯转化率≥99.5%的指标,达到了工厂设定目标。考虑水合反应存在反应控制或传递控制两种可能,利用参数回归法对实验数据处理分别得到了异丁烯水合的反应模型一和模型二,由模型计算数据与实验数据的的对比发现,认为该水合反应为传质控制的反应,由此确定了异丁烯催化水合反应的动力学公式为：(?)由于杂多酸催化水合异丁烯生产叔丁醇的反应产物成分复杂,除含有叔丁醇外,还含有仲丁醇、异丁烷、正丁烯、异丁烯及二聚物、三聚物等众多C4及其他衍生成分,并含有需分离回收的杂多酸催化剂,难以采用数学模型法解决叔丁醇的分离精制的优化计算。采用结合小试试验探索数据加优化条件的研究方案发现：①操作压力的变化不影响叔丁醇—水恒沸物的组成。②精馏操作压力必须保证在较低压力(或较高真空)条件下进行,适宜的操作温度≤60℃。用常温工业冷却水冷凝塔顶产物有困难。③为达到塔顶的分离要求(塔顶产物叔丁醇含量≥85%,塔釜产物叔丁醇含量≤0.5%),需要理论板数11,最小回流比为5,适宜回流比为10,实际塔板数需要32块。④水洗平衡数据表明：水洗剩余C4体系,叔丁醇在水、油二相中的分配系数平均值为2。⑤为达到规定的水洗效果,保证剩余C4中叔丁醇低于200ppm,萃取相比R=0.5时,所需理论级数为9。因此,单纯通过水洗回收反应剩余C4中叔丁醇的工艺,设备投资及回收成本较大。⑥采用液相剩余C4汽化—水洗—膨胀后剩余C4气再压缩液化工艺,汽化所需的热量很小,压缩液化消耗的功率也较小,工艺较为适宜。材质的腐蚀性试验表明：碳钢在50%P-Mo杂多酸水溶液中发生很严重的全面溶解腐蚀。不锈钢在PMo,2杂多酸水溶液中耐全面腐蚀性能很好。温度≤80℃时,304、国产1Cr18Ni9Ti和316I的平均腐蚀率在10-3mm/y以下。304和18-8的耐蚀性基本相近,316L最好。