反应蒸馏塔是反应操作和蒸馏操作的强化装置。单纯地将两者偶合在一起,并不能充分地发挥反应蒸馏塔的潜在优势,例如: 提高热力学效率和降低设备成本等。因此,怎样合理地将反应操作和蒸馏操作有机地结合起来是反应蒸馏塔综合与设计的首要问题。为此,我们提出了一种基于系统强化技术的开发方法。它通过综合地考虑内部物质偶合和能量偶合的强度以及两者的相互协调来优化反应操作与蒸馏操作相互偶合的效果,并以此为目标系统化地演绎出或逼近系统的最佳结构,例如:反应段在系统中的配置,进料的位置以及催化剂的分布等。由于兼顾到内部物质偶合和内部能量偶合的相互平衡,系统的动态特性和可控性也有望得到改善。本课题旨在于解决反应蒸馏塔的综合与设计问题, 提供出一种简便,实用且为化学工程师们易于接受的系统开发策略。它不但能最大限度地挖掘反应蒸馏塔的潜在优势,而且也极有可能对其它化工过程的系统强化技术的研究起到积极的推动作用。 2100433B

一、蒸馏塔系统组成及布置

蒸馏塔系统由简单蒸馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备组成，一般按流程顺序，在符合规范的要求下，尽可能靠近布置，形成独立的操作系统。同类设备集中布置，如冷凝器一般布置在三层楼面上，回流罐布置在二

层楼面上，再沸器安装在蒸馏塔底部，泵布置在一层楼面上。这样不但整齐，美观，而且操作也方便。由于再沸器的特殊性，与其相关的设备及管路需精心设计。

二、蒸馏塔系统操作

通过再沸器加热塔底的液体，使其部分气化，由塔底再沸器入塔口进入塔，与下降液进行逆流两相接触，下降液中易挥发(低沸点)组分不断向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接

近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝液体的一部分作为回流液返回塔顶，其余部分则作为馏出液送出。塔底流出的液体，其中一部分送入再沸器加热返回塔中，另一部分液体作为釜残液采出。

三、热虹吸再沸器

1、热虹吸再沸器原理

热虹吸再沸器利用蒸馏塔的液面和再沸器液面的压头差作为动力驱动液体重力循环流动，使蒸馏塔底部的液体流向再沸器。液体一部分在再沸器内被气化，回到塔内，达到蒸气和液体分离。为了保证再沸器的正常工作，必须保证有一定的压差来克服管道、再沸器内压降和两相的静压。

2、热虹吸再沸器安装高度要求

蒸馏塔底部的液体流入管道，越往上压力就越低。如果液体上升的管子很高，压力会降低到使管内产生气泡(由空气或其他成分的气体构成)。虹吸作用高度就是由气泡的生成而决定的。因为气泡会使液体断开，气泡两

端的气体分子之间的作用力减至0，从而破坏了虹吸作用。热虹吸再沸器安装位置不是越低越好。

3、立式热虹吸再沸器特殊要求

立式热虹吸式再沸器如为真空操作，则不适宜黏性较大的液体和带固体的物料，同时还要求塔裙的高度较高。卧式热虹吸式再沸器则对塔釜液位和压降要求不高，比较适用于真空精馏。蒸馏塔是一个高效的、节能的蒸馏塔型，根据所设计参数可设计多种规格，满足不同生产能力的要求。

本课题将内部热集成精馏塔（HIDiC）的思想应用至以环氧乙烷为原料的乙氧基化反应精馏体系，提出内部热集成乙氧基化反应精馏（IHIERD）新工艺，同时开展系统优化综合和节能研究。研究拟采用一种层次设计和优化方法。首先，对常规的反应精馏塔进行模拟计算和优化，取得过程设计的基础信息和数据。其次，针对过程特性，提出IHIERD构造方法，建立系统的数学模型和模型方法，取得IHIERD塔内参数的分布。再次，采用夹点分析等热力学分析方法，对IHIERD过程中的换热网络进行优化综合，实现系统热量的最优集成。最后，归纳和总结IHIERD的适用性、不同方案的节能效果及工程化设计原则。研究成果将为开发环境友好型乙氧基化反应精馏工艺提供理论和模型支持，同时发展反应精馏的理论和方法。

本课题将内部热集成精馏塔（HIDiC）的思想应用至以环氧乙烷为原料的乙氧基化反应精馏体系，提出了内部热集成乙氧基化反应精馏（IHIERD）新工艺，同时开展系统优化综合和节能研究。首先，对常规反应精馏塔进行模拟计算，基于（火用）损失分析对反应体积分布进行了优化，使反应精馏塔能耗降低18%，取得过程设计的基础信息和数据。其次，针对过程特性，检验IHIERD的可行性，确定最大可能的内部集成热量。最后，提出了一种层次设计和优化方法，基于水力学、传热学对IHIERD塔结构进行合理设计。经优化后，最优设计方案相比于传统的反应精馏塔，可将再沸器负荷降为0，总成本降低20%。研究结果将为开发环境友好型乙氧基化反应精馏工艺提供理论和模型支持，同时发展了反应精馏的理论和方法。