【摘 要】
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反应蒸馏技术可减少化工过程中的操作能耗和设备投资而被广泛应用。在分离具有最有利相对挥发度排序的反应物系时,常规反应蒸馏塔中反应操作和分离操作之间的耦合程度较高,具有较高的节能潜力。但是当反应具有不利动力学特性（低反应速率、低转化率和低选择性）时,未反应的反应物会在精馏段和提馏段堆积,与产物之间的分离操作能耗较高且热力学效率低下,因此,有必要通过新型的结构设计对常规反应蒸馏塔进行改进。为此,本文根据
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反应蒸馏技术可减少化工过程中的操作能耗和设备投资而被广泛应用。在分离具有最有利相对挥发度排序的反应物系时,常规反应蒸馏塔中反应操作和分离操作之间的耦合程度较高,具有较高的节能潜力。但是当反应具有不利动力学特性（低反应速率、低转化率和低选择性）时,未反应的反应物会在精馏段和提馏段堆积,与产物之间的分离操作能耗较高且热力学效率低下,因此,有必要通过新型的结构设计对常规反应蒸馏塔进行改进。为此,本文根据反应蒸馏和隔离壁蒸馏技术的优势,创新性地提出了一种有效的反应蒸馏过程强化原理,并以此对常规反应蒸馏塔进行改进:使塔内的混合组分进行不完全分离并通入隔壁塔中进行后续分离,其目的是为强化分离操作之间的物质和能量耦合。随后在两塔之间引入物质传递操作集成得到一种有效的双隔壁反应蒸馏塔,该结构可最大限度提高过程中的能量利用效率。以理想四元可逆反应和碳酸二甲酯与乙醇之间的酯交换反应为例,在Aspen Plus软件中对不同结构模型进行搭建,并以再沸器热负荷最小化为优化目标,得到各结构的最优构型,从而实现对所提出反应双隔壁蒸馏塔结构的评价分析。此外,本文基于反应系统性质的参数（相对挥发度和化学平衡常数）变化对不同结构节能效果的影响进行了研究,并结合结构内部液相组成、反应温度和反应速率分布,对不同结构性能进行了详细评估。结果表明:与常规结构相比,这种双隔壁反应蒸馏塔在研究的两个物系中再沸器热负荷分别降低了17.91%和18.62%,具有更好的稳态性能。参数摄动分析结果表明,得到该双隔壁反应蒸馏塔适用于难反应与难分离的反应系统,并且其稳态性能具有优越性和鲁棒性。总之,在分离具有不利动力学性质的最有利相对挥发度排序反应物系时应引入双隔壁蒸馏塔结构以节省能耗。
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