反应精馏法制醋酸乙酯

1、实验二 反响精馏法制醋酸乙酯反响精馏是精馏技术中一个特殊领域。在操作过程中，化学反响与别离同时进行，故能显著提高总体转化率，降低能耗。此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到日益广泛的应用，而且越来越显示其优越性。 一实验目的 1. 了解反响精馏工艺过程的特点，熟悉反响精馏的工业应用，增强工艺与工程相结合的观念. 2. 掌握反响精馏装置的操作控制方法，学会通过观察反响精馏塔内的温度分布,判断浓度的变化趋势，并采取正确调控手段。 3. 能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。 4. 了解反响精馏与常规精馏的区别。5. 获得反响精馏法制醋酸乙酯的最优工艺条件，明确主要影响因素。6讨论温度、压力

2、及反响物的比率对平衡转化率和反响速度的影响。7了解反响精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。 8学会分析塔内物料组成。 二实验原理1、反响精馏的特点及工业应用反响精馏过程不同于一般精馏，是将反响与别离过程结合在一起于一个装置内完成的操作过程；当反响处在非均相催化状态下时，即为催化精馏过程，两者都是反响精馏。它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变化的化学反响现象，两者同时存在，相互影响，使过程更加复杂。因此，反响精馏对以下两种情况特别适用：1可逆平衡反响。一般情况下，反响受平衡影响，转化率至多到达平衡转化的水平；但假设生成物中有低沸点或高沸点物质存在，那么反响精馏过程可使其连续

3、地从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。2异构体混合物别离。通常因它们的沸点接近，靠精馏方法不易别离提纯，假设异构体中某组分能发生化学反响并能生成沸点不同的物质，这时可在反响精馏过程中得以别离。 1反响精馏的特点是：1) 反响和别离在同一设备中进行，简化了流程，可节省设备费用和操作费用； 2)对放热反响可有效的利用能量；3)对可逆反响因能即时别离产物而提高了平衡转化率；4)对某些体系可因即时别离产物而抑制副反响；5)可采用低浓度原料；6)因反响物存在可改变系统组分的相对挥发度，能实现沸点相近或具有恒沸组成的混合物之间的完全别离。2反响精馏的应用主要用于酯化、醚化、皂化、水解、异构体

4、别离等，如：异丁烯 + 甲醇 甲基叔丁醚或其逆反响醋酸 + 醇类 醋酸酯类异丁烯 + 水 叔丁醇氯乙醇、氯丙醇(皂化) 环氧乙烷、环氧氯丙烷等环氧乙烷 + 醇 聚氧乙烯醚3反响精馏过程的选择何种过程才能选用反响精馏尚未有准确的规定，但从反响物和产物之间挥发度关系去分析考虑还是可行的。把四种物质挥发度大小依次写成Al，A2，A3，A4时，可参照以下几种分析选择：1当A 2+A3 A1+A4，那么反响物挥发度均介于生成物挥发度之间，选用反响精馏肯定有利。可使转化率超过平衡转化率，甚至到达完全转化。最有利的是能实现产物之间的别离，在塔顶或塔底得到纯品。2当A1十A2 A3十A4(Al+A2 A3)或

5、A3十A4 Al+A2(A2十A3 A1)，产物挥发度全部大于或小于反响物挥发度，那么采用催化精馏有利。3当A1+A4 A2+A3，那么所有产物挥发度均介于反响物挥发度之间，不太适于反响精馏。4当A1+A3 A2+A4或A2+A4 Al+A3，那么反响物和产物挥发度相同也不太适于反响精馏。5当Al+A2A3 A4或Al+A2A3，且A1+A3A4，A3为目的产物，产物与反响物挥发度不同，串联反响适于反响精馏，因产物能不断地被别离可抑制副反响，提高选择性。反响精馏存在许多复杂因素，要求温度比拟缓和，要维持在塔内的个各塔板均有液体，即为其泡点温度，靠调节压力来维持。操作条件相互影响，如进料位置、塔

6、板数、停留时间、催化剂、原料配比、塔内结构，填料形式等都有影响。2. 反响精馏法制醋酸乙酯的原理对醇酸酯化反响来说，适于第一种情况。但该反响假设无催化剂存在，单独采用反响精馏操作也达不到高效别离目的，这是因为反响速度非常缓慢，故一般都用催化反响。酸是有效的催化剂，常用硫酸。反响随酸浓度增高而加快，浓度在0.21.0%wt。此外，还可用离子交换树脂，重金属盐类和丝光沸石分子筛等固体催化剂。反响精馏的催化剂用硫酸，由于其催化作用不受塔内温度限制，在全塔内都能进行催化反响，而应用固体催化剂那么由于存在一个最适宜的温度，精馏塔本身难以到达此条件，故很难实现最正确化操作。本实验是以醋酸和乙醇为原料、在酸

7、催化剂作用下生成醋酸乙酯的可逆反响。反响的化学方程式为： CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O实验的进料有两种方式：一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。前者有间歇或连续式操作；后者只有连续式。当实验采用连续操作时，即在塔上段某处加带有酸催化剂的醋酸，塔下段某处加乙醇。釜沸腾状态下塔内轻组分逐渐向上移动，重组分向下移动。具体地说，醋酸从上段向下段移动，与向塔上段移动的乙醇接触，在不同填料高度上均发生反响，生成酯和水。塔内此时有4组元。除醋酸外，其它三个组分形成三元或二元恒沸物。，与水形成恒沸物，恒沸点78.15 ，乙醇含量12.4%，酯含量60.1%。水-酯、水-醇恒

8、沸物沸点较低，醇和酯能不断地从塔顶排出。假设控制反响原料比例，可使某组分全部转化。因此，可认为反响精馏的别离塔也是反响器。全过程可用物料衡算式和热量衡算式描述。 1物料平衡方程 全塔物料总平衡如图一所示。 图一全塔物料总平衡 对第j块理论板上的i组分进行物料衡算如下： 12气液平衡方程 对平衡组上某组分i有如下平衡关系： 2 每块板上组成的总和应符合下式： 3 3反响速率方程 4 式4指原料中各组分的浓度相等条件下才能成立，否那么应予修正。 4热量衡算方程 对平衡级上进行热量衡算，最终得到下式： 5 符号说明 j板进料流量，； j板上液体焓值，； j板上气体焓值，； j板上原料焓值，； j板上

9、组分i的反响热，； j板下降液体量，； 组分的汽液平衡常数；j板上的反响速率常数； j板上液体混合物体积持液量； j板上冷却或加热的热量，；单位时间j板上单位液体体积内i组分反响量，； j板上升蒸汽量，； j板上组分i的液相摩尔分数； j板上组分i的气相摩尔分数； j板上i组分的摩尔分数； 反响混合物i组分在j板上的体积； 三实验装置见图二 图二 反响精馏塔示意图 TI测温 TCI控温12.进料泵 13.加料罐 14.馏出液出集瓶 反响精馏塔用玻璃制成。直径20mm，塔高1500mm，塔内填装2×2mm不锈钢填料316mL。塔外壁镀有金属膜，通电流使塔身加热保温。塔釜为一玻璃容器并有

10、电加热器加热。塔顶冷凝液体的回流采用摆动式回流比控制器操作。此控制系统由塔头上摆锤、电磁铁线圈、回流比计数拨码电子仪表组成。所用的试剂有乙醇、醋酸、浓硫酸。四实验步骤 间歇操作将乙醇、乙酸各80g，浓硫酸6滴约0.24参加塔釜内，开启釜加热系统。开启塔身保温电源。待塔身有蒸气上升时，开启塔顶冷凝水。当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作。15分钟后，设定回流比为3：1，开启回流比控制电源。30分钟后，用微量注射器在塔身三个不同高度取样，应尽量保证同步。L样品注入色谱分析仪，记录结果。注射器用后应用蒸馏水、丙酮清洗，以备后用。重复3、4步操作。关闭塔釜及塔身加热电源及冷凝水。对馏出液及釜残液进

11、行称重和色谱分析当持液全部流至塔釜后才取釜残液，关闭总电源。五实验数据处理自行设计实验数据记录表格。根据实验测得的数据，按以下要求写出实验报告： 实验目的与实验流程步骤； 实验数据与数处理； 实验结果与讨论及改良实验的建议；有关思考题的讨论。进行醋酸和乙醇的全塔物料衡算，计算塔内浓度分布、反响收率、转化率等。 色谱分析条件：载气1柱前压0.05MPa 30ml/min载气2柱前压0.05MPa 桥电流100 讯号衰减1柱温130， 汽化130， 检测130组分质量校正因子fi水乙醇1乙酸乙酯乙酸进样量L2. 对侧线产品的色谱分析对塔釜加热15分钟后，把回流比调到3：1，每半小时取样分析：时间/

12、min塔顶温度/釜温/取样口高度/mm物质Area%W%30350水乙醇乙酸乙酯670水乙醇乙酸乙酯890水乙醇乙酸乙酯2047360350水乙醇乙酸乙酯670水乙醇乙酸乙酯890水乙醇乙酸乙酯计算例如：以第一组的350mm为例水的含量×1004.65乙醇的含量×10024.77乙酸乙酯的含量×10070.581塔顶产品物质AreaW水乙醇乙酸乙酯2塔釜产品物质AreaW水乙醇乙酸乙酯乙酸转化率【乙酸加料量釜残液乙酸量】/乙酸加料量 ×10076.44 收率×100×10071.92××××&#

13、215;×× 消耗的乙醇× 消耗的乙酸× 所以乙醇根本衡算； 所以乙酸根本衡算。 所以总质量根本衡算。六思考题1、 怎样提高酯化收率？答：对于酯化反响CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5H2O，为可逆反响，一般情况下，反响受平衡的影响，转化率受平衡影响至多维持在平衡转化的附近；但是可以通过减小一种生成物的浓度，使平衡向有利于提高转化率的方向进行。反响精馏可以使生成物中高沸点或者低沸点物质从系统中连续的排出，使结果超过平衡转化率，大大提高效率。2、 不同回流比对产物分布有何影响？答：当回流比增大时，乙酸乙酯的浓度比回流比小时要大，但当回流比过大时，传质推动力减小不明显，理论塔板数减小不显著，但塔径增加，那么需要的投资增加注意:一般反响精馏中R对别离的影响不如普通精馏大。3、 加料摩尔比应保持多少为最正确？答：此反响原料反响摩尔比为1:1，为加大反响的转化率通常使某种组分过量，因此在此反响中使乙醇过量，而且乙醇的沸点较低，容易随产物被蒸出，所以参加乙醇的摩尔数应该大于乙酸的摩尔数，比例约为2:1。4