生产仲丁醇催化精馏塔的工艺参数计算文档格式.docx

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主体溶液中无催化剂，因此基本上无催化活性。

然而，在极性溶剂中可观察到酸浸析使得催化活性物质不仅存在于主体溶液也存在于树脂中。

离子交换剂实际上粒状活性物质，当用作催化剂时能提供均相催化的化学优点，以及多相催化剂的物理和机械方面的优点。

根据反应物和溶剂的性质，所有树脂催化的反应都属于两种主要类型之一，也就是A型和B型。

A型再细分微两组：

（A1）被水充分溶胀的树脂在水相中的催化作用；

（A2）混合的水/有机溶剂中的催化作用。

第一种情形中水合质子为催化剂，据发现树脂比均相酸更有效。

Davis 

和Thomas[37]指出对一系列用纯水作溶剂的酯水解反应，树脂催化比盐酸更有效。

Haskell和Hammett[38]以离子交换树脂为催化剂（A2型），用70%的丙酮作不同酯水解的溶剂，发现盐酸比树脂效率更高。

丙酮的存在改变了酯的分布，使其有利于向富含丙酮的主体溶液中分布而导致树脂的低效率（由于水较高的介电常数而使离子交换剂富含水）。

上面的讨论表明反应条件对于树脂催化作用取得成功的重要性。

B型分成两小类：

（B1）非水相（无水）树脂的催化作用，反应产物没有水；

（B2）类非水相树脂的催化作用，其中水为反应副产物。

酚同烯烃的烷基化反应是典型的B1型反应（由非离解的磺酸基团催化）。

Zundel给出了水对B1型反应不利影响的原因。

水与反应物竞争活性为并跟磺酸基团强烈结合。

一个水分子依附四个磺酸基引起可用酸性基数目的减少，从而降低了反应速率。

B2型的例子是醇的脱水、酸和醇的酯化反应等。

随着反应的进行，由B2型转变为A1类而导致催化活性的降低。

因此为保持B型的特性即保持较高催化活性，水一旦生成就必须尽快从体系中脱除。

3.2.2离子交换树脂催化剂的优缺点

离子交换树脂的颗粒本性允许通过过滤或离析作用，进行催化剂和反应物-产物混合物的自动分离，省略了产品分离的蒸馏或萃取过程。

树脂能用作固定床反应器的连续工艺的催化剂。

这种情况下，离子交换树脂的尺寸需要使用特殊的支撑托架。

颗粒最好为均一尺寸，否则小颗粒可填充大颗粒的空隙而引起反应物在树脂床层的不良分布。

离子交换树脂的催化作用降低了设备及操作费用，省略了类似的均相工艺中脱除催化剂所需的步骤和设备。

避免了三废问题的处理。

许多情况下产品纯度和收率得到了提高。

在设计较好的工艺中树脂催化剂可用数百次催化循环而无须再生。

因此树脂的成本分散到树脂的寿命中使得单位产品的催化剂成本低于均相催化剂相应部分的真实费用。

离子交换树脂在水相和非水相体系的适应能力使其具有独特的优点。

憎水体系能用干的大孔树脂催化。

树脂的干燥比P-TSA要容易得多。

甚至具有强无机酸同样强度的树脂可以触摸，对操作人员没有危险。

由于树脂的多相性，尽管它含有高浓度的酸，可方便地用于低碳钢设备中：

与设备接触的珠粒表面的酸性基团的数目只占存在的酸性基团总数目的很小的百分数，从而避免了腐蚀的问题。

搅拌使树脂颗粒与设备接触的机会最小化而进一步减少了腐蚀。

离子交换树脂在催化作用中的主要缺点是相对较低的热稳定性。

离子交换树脂能长时间的经受125℃以下的温度。

对大孔树脂而言，长时间在150℃操作引起脱磺反应，造成磺酸的流失以及活性的下降。

建议这样催化剂不要在120℃以上使用。

正在进行开发具有更高热稳定性的离子交换树脂，这将在下文中讨论。

Nafion能耐200℃的高温，但不幸的是这种材料昂贵；

使用支载的过氟磺酸可降低总操作费用。

第4章工艺计算

4.1物料衡算总表

表4-1物料衡算总表

塔1进料管

塔1出料管（塔2进料管）

塔1塔釜出料管（塔3进料管）

塔2塔顶出料管

温度

TemperatureC

63.1

53.7

70.4

53.6

压力

Pressurebar

1.013

VaporFrac

摩尔流量

MoleFlowkmol/hr

597.508

217.117

507.216

185.429

质量流量

MassFlowkg/hr

19151

12110

21773

11094

体积流量

VolumeFlowcum/hr

25.676

13.975

28.72

12.675

焓

EnthalpyMMkcal/hr

-33.585

-18.199

-31.601

-16.418

SEC-B-01

0.012

494.174

METHA-01

19141.232

3029.038

12184.761

2014.197

2-BUT-01

6.449

9091.742

METHY-01

3.307

9080.962

2.323

9079.803

MassFrac

0.023

0.999

0.25

0.56

0.182

0.418

0.75

0.818

4.254

597.376

94.533

380.273

62.861

0.087

122.658

0.045

122.584

0.031

122.568

MoleFrac

0.008

1

0.435

0.339

0.242

0.565

0.661

气相

***VAPORPHASE***

Enthalpy

HeatCap

Conductivity

Density

Viscosity

***LIQUIDPHASE***

Enthalpykcal/kg

-1753.694

-1502.8

-1451.382

-1479.867

加热量

HeatCapcal/gm-K

0.739

0.529

0.761

0.51

导热性

Conductivitykcal-m/hr-sqm

0.163

0.129

0.13

0.127

密度

Densitykg/cum

745.861

866.533

758.116

875.296

粘度

ViscositycP

0.35

0.318

0.401

0.308

表面张力

SurfaceTendyne/cm

19.011

20.496

18.259

20.624

第五章主要设备、管路的工艺计算和选型

5.1催化精馏塔衡算

5.1.1填料的选择

本设计选用规整填料，丝网波纹CY-700填料。

CY700型不锈钢（金属）丝网波纹规整填料金属丝网填料是国内外应用比较广泛的高效填料，是由垂直排列的波纹网片组成的盘状规整填料，波纹峰高与塔轴线倾角按45°

和30°

分成CY、BX两种型号。

特性：

1、理论板数高，通量大，压力降低；

2、低负荷性能好，理论板数随气体负荷的降低而增加，几乎没有低负荷极限；

3、操作弹性大；

4、放大效应不明显；

5、能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求。

材质：

不锈钢、黄铜、磷铜、低碳钢等。

应用：

难分离物系、热敏性物系及高纯产品的精馏分离等。

CY-700型金属丝网波纹填料，一般用于同位素分离或需要大量理论板数的难分离物精密分馏，也可用于高度受到严格限制或要求达到高纯度产品的场合。

5.1.2塔径设计计算

采用Bain-Hougen关联式：

式中

1、精馏段

由Aspen模拟数据得:

,

得：

解得

因为空塔气速u可取（0.6~0.8）

所以u=0.7=

2、提馏段

,

得:

圆整后D=2.8m，精馏段u=0.747m/s，提馏段u=0.7345m/s。

3、反应段

催化剂类型：

固体酸性树脂

空塔速：

进料体积流量：

催化剂填充量：

因为阳离子树脂交换催化剂占小袋体积的0.8，

则

设填料层高度为2m，则填料截面积为

圆整后D=2.8m，,，

所以

5.1.2精馏段、提馏段填料层高度的计算

丝网波纹CY-700填料的等板高度HETP=0.1m，安全系数取1.2，由Aspen模拟数据得精馏段的塔板数为16，提馏段的塔板数为4，则

精馏段的高度为：

，

提馏段的填料高度为：

。

5.1.3精馏段、提馏段喷淋密度的核算

精馏段：