精馏是蒸馏操作的一种，根据液体的挥发性不同的原理，将不同的液体通过蒸馏进行分离[4]。将液体混合物加热至沸腾使其中一部分汽化，或将混合蒸汽冷却至冷凝点一下使部分冷凝，部分汽化及部分冷凝都可以让混合物得到分离，这就是蒸馏及精馏分离的原理。论文网

反应精馏可以在一个装置中同时实现反应及分离两个过程，通过精馏的方法将反应物与产物分离开来，以破坏可逆反应的平衡关系，使反应继续向生产产物的方向进行，从而提高可逆反应的转化率及选择性[5]。 此外，反应精馏过程还可以通过化学反应打破气-液平衡关系，从而加快传质速率，缩短反应时间。对于放热反应，反应所释放出的热量可作为精馏所需的汽化热，从而降低能耗和操作费用。

本实验选择利用乙酸与乙醇反应生成乙酸乙酯的例子，通过使用Aspen Plus软件在反应精馏模拟[6]中的应用，了解Aspen Plus模拟的基本流程，及掌握软件中的Radfrac模块的具体计算过程，对分离塔各参数进行计算和设计计算，并算出不同数量降液管下的直径。

2反应动力学及热力学

乙酸乙酯的合成反应是以乙醇和乙酸为原料，在酸的催化下直接酯化生产乙酸乙酯[7]。常用氯化氢、浓硫酸、对甲苯磺酸或者强酸性的阳离子交换树脂等作为催化剂。

主反应方程为：

CH3COOH(乙酸，AA)+CH3CH2OH(乙醇，ETOH)→

CH3COOCH2CH3(乙酸乙酯，EA)＋H2O                             （1）

副反应方程为:

2CH3CH2OH→CH3CH2OCH2CH3＋H20                       （2）

 CH3CH2OH→CH2－CH2＋H20                            （3）

本反应中温度恒定，所以副反应（2）（3）可忽略不计。

正反应的反应动力学方程为:

r1＝1.9×108 [AA][ETOH]                    （4）

逆反应的反应动力学方程为:

r2＝5.0×107 [EA][H2O]                      （5）

其中，方程中的浓度单位采用kmol/m3,反应速率单位采用kmol/(m3·s)，活化能单位采用J/kmol。进料温度30℃，压力0.1Mpa，塔内理论板数为15，进料位置为第7块理论版（On-Stage）,塔顶采用全凝器，回流比为0.7，塔产品（DIST）流率为30kmol/h，反应在全塔内进行（不包括冷凝器），塔内每块板上的液相持液量为0.3L，再沸器为1.0L。文献综述

3用户模型建立

本文选择RadFrac模块计算反应精馏塔[8]。RadFrac是一个严格模型,可用于模拟所有类型的多级气-液分离操作。对气液两相存在强非理想性的物系和理想物系都能实现良好的模拟效果。可利用RadFrac模块设计、校核板式塔或填料塔 。对于板式塔,软件一样带有若干种类常规板式的数据库,包括浮阀和泡罩;对于填料塔,软件带有若干种类常规填料的数据库,包括乱堆填料和规整填料[9]。

建立如图3-1所示的反应过程模拟流程图。乙醇及乙酸在反应进料处进料，经过反应精馏后，获得乙酸乙酯产物。

图3-1.乙酸乙酯反应精馏工艺流程图

4流程模拟

4.1设计全局属性及化学组分并进行重命名

    模拟软件提供多种组分选择方法，如分子式，英文名称，编号等。本文选择利用分子式在模拟软件数据库中选择组分，并重命名，结果如图4-1。

图4-1.模拟过程中化学组分及命名