反应精馏作为化工过程强化的手段之一,因其高选择性、低能耗、低污染、节约成本的优势一直备受关注。反应精馏设计包括有可行性分析、概念设计、稳态模拟和优化、过程控制和内构件设计。目前反应精馏的大多数研究集中在前几个部分,关于内构件结构开发的文献也很多,却鲜有关于内构件具体结构优化的报道。本课题组开发的渗流型催化填装内构件(Seepage Catalyst Packing Internal,SCPI)具有催化剂床层阻力小,催化剂利用率高,操作条件优良等优点。本文主要内容是对SCPI的结构进行优化设计,以期为反应精馏内构件结构优化设计和工业应用提供指导。本文首先对SCPI结构进行分析,考虑到气体流经渗流型催化填装内构件(SCPI)会经历多次的扩张和收缩。将气体经历两次扩张和收缩的结构定义为最小重复单元。在此基础上,对SCPI内构件进行合理假设并构建数学模型,模型方程包括有:动力学方程,质量守恒方程,汽液相方程,混合方程,归一化方程等,并确定SCPI内构件单元结构优化所包含的设计参数有催化剂网盒与填料区横截面宽度比、塔半径、催化剂床层高度、防溢流挡板高度、填料高度等。其次,基于传统精馏自由度分析提出针对SCPI结构的自由度分析方法。以年度总成本(TAC)最低为目标提出了模型的计算优化策略,采用MATLAB软件进行程序编写完成模型方程的求解。最后本文将SCPI内构件数学模型,优化策略应用于本课题组乙酸戊酯反应精馏中试塔内构件的结构优化中。分别以反应精馏塔反应段的单级和多级为研究对象,以年度总成本(TAC)为优化目标,压降为辅助目标,对SCPI内构件结构进行优化。同时探讨了内构件结构参数(催化剂填料宽度比、反应精馏塔半径)对压降的影响。相关成果可以为本课题组SCPI热模中试内件结构设计和改进提供指导,并为SCPI工业化应用设计提供理论基础。