反应精馏塔是将化学反应和产物分离耦合到一个塔中的典型的化工过程强化技术。内部热集成反应精馏将内部热集成概念应用于反应精馏塔中,将传统的反应精馏塔分割为两个独立的塔,并在不同的压力下操作,两塔之间通过塔壁、换热翅片等换热介质进行热量交换,通过热量的内部集成来提高能量的利用效率,降低系统能耗和费用。本文建立了一种内部热集成反应精馏塔设计的方法,并将方法应用于环氧乙烷水合反应体系,对其进行了内部热集成反应精馏塔的设计。(一)建立一种内部热集成反应精馏塔设计的方法。(1)对传统的反应精馏塔进行设计,然后将反应精馏塔分割至两个独立的塔中,并且在不同的压力下操作,然后对两塔分割后塔内的温度分布进行内部热集成热力学可行性分析；(2)选择合适的塔结构,根据塔的流程参数及结构特点选择合适的换热位置和换热量设计方法,设计内部热换热量；(3)研究塔内的物理空间条件,通过计算塔内能提供的换热面积,并与换热所需的换热面积进行比较,对塔进行水力学可行性分析。(4)调整塔结构或改变内部换热量,使水力学达到可行,完成内部热集成反应精馏塔的设计。(二)将建立方法应用到环氧乙烷水合体系中,分别设计了同心轴式内部热集成反应精馏塔(同心轴式塔)和多管式内部热集成反应精馏塔(多管式塔)。(1)首先以理想内部热集成(再沸器负荷为零)为目标,以等换热量设计的方法,设计了EO水合反应的同心轴式塔,然后对塔进行了水力学分析,发现由于达到再沸器负荷为零需要的换热量非常大,塔内空间不足以提供内部换热所需的换热面积,水力学不可行。然后研究了塔内换热量对塔内温度、汽液相流量、塔径、塔负荷等的影响,结果表明,降低塔内换热量可以解决理想内部热集成水力学不可行的问题。因此降低了塔内换热量,以水力学可行前提下的最大内部热集成为目标,设计了EO水合体系同心轴式部分内部热集成反应精馏塔。通过能耗分析发现同心轴式塔比传统反应精馏塔节省能耗达29%。(2)设计了多管式部分内部热集成反应精馏塔。内塔分为41个塔径为0.4m的小塔时负荷设计规定,比传统反应精馏塔节能约13.5%。(3)分别对传统反应精馏塔、同心轴式塔和多管式塔进行了经济性评价,结果表明,同心轴式塔与多管式塔年度费用相差不大,同心轴式塔年度费用略低于多管式塔0.9%。与传统反应精馏塔相比,同心轴式塔和多管式塔能大约节省达63%的年度总费用。本文建立的方法,将为内部热集成反应精馏塔的设计优化提供理论指导和模型支持,特别是考察水力学的内部热集成反应精馏塔的设计提供方法借鉴。