Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Реактивная дистилляция – это процесс, в котором химический реактор одновременно является дистилляционной колонной. Отделение продукта от реакционной смеси не требует отдельной стадии дистилляции, что позволяет экономить энергию (на нагрев) и материалы. Этот метод может быть полезен для реакций, ограниченных равновесием, таких как реакции этерификации и гидролиза сложных эфиров. Выход продукта может быть увеличен по сравнению с ожидаемым по равновесию благодаря непрерывному удалению продуктов реакции из реакционной зоны. Такой подход также может снизить капитальные и инвестиционные затраты. Условия в реакционной колонне не являются оптимальными ни для химического реактора, ни для дистилляционной колонны, поскольку реакционная колонна объединяет обе функции. Введение процесса разделения непосредственно в реакционной зоне или, наоборот, приводит к сложным взаимодействиям между фазовым равновесием пар-жидкость, скоростью массопереноса, диффузией и химической кинетикой, что создает значительные трудности при проектировании и синтезе таких систем. Для некоторых реакций, когда оптимальные условия дистилляции и реакции сильно различаются, более эффективными могут быть системы с разделенными реактором и колонной, где отдельная колонна подает вещество в реактор и наоборот.
Reactive distillation is a process where the chemical reactor is also the still. Separation of the product from the reaction mixture does not need a separate distillation step which saves energy (for heating) and materials. This technique can be useful for equilibrium limited reactions such as esterification and ester hydrolysis reactions. Conversion can be increased beyond what is expected by the equilibrium due to the continuous removal of reaction products from the reactive zone. This approach can also reduce capital and investment costs. The conditions in the reactive column are suboptimal both as a chemical reactor and as a distillation column, since the reactive column combines these. The introduction of an in situ separation process in the reaction zone or vice versa leads to complex interactions between vapor–liquid equilibrium, mass transfer rates, diffusion and chemical kinetics, which poses a great challenge for design and synthesis of these systems. Side reactors, where a separate column feeds a reactor and vice versa, are better for some reactions, if the optimal conditions of distillation and reaction differ too much.
Примеры
Эстерификация уксусной кислоты спиртами, включая метанол, н-бутанол, этанол, изобутанол и амиловый спирт. Другой интересной особенностью этой системы является образование минимальнокипящего тройного азеотропа, состоящего из эфира, спирта и воды, который носит гетерогенный характер. Следовательно, в типичной реакционной дистилляционной колонне, состоящей из реакционной и нереакционной зон, в качестве дистиллята можно получить гетерогенный азеотроп или состав, близкий к азеотропному. Более того, водная фаза, образующаяся после конденсации паров, практически является чистой водой. В зависимости от требований, любую из фаз можно отбирать в качестве продукта, а другую возвращать в колонну в качестве рефлюкса. Чистый эфир, то есть бутилацетат, будучи наименее летучим компонентом в системе, получается в качестве продукта, отбираемого из куба. Простой пример – удаление органических кислот из водно-спиртовых смесей (этанола, изопропанола) в колоннах дегидратации. В верхнюю часть колонны подается водный щелочной раствор (NaOH, KOH), в колонне протекают реакции нейтрализации, а образовавшиеся органические соли и избыток щелочи выходят из нижней части колонны вместе с отделенной водой.
The esterification of acetic acid with alcohols including methanol, n butanol, ethanol, isobutanol, and amyl alcohol. Another interesting feature of this system is that it is associated with the formation of a minimum boiling ternary azeotrope of ester, alcohol and water, which is heterogeneous in nature. Hence, in a typical reactive distillation column that consists of both reactive and non reactive zones, the heterogeneous azeotrope or a composition close to the azeotrope can be obtained as the distillate product. Moreover, the aqueous phase that forms after the condensation of the vapor is almost pure water. Depending on the requirement either of the phases can be withdrawn as a product and the other phase can be recycled back as reflux. The pure ester i. e. butyl acetate, being the least volatile component in the system, is realized as a bottom product. Removing organic acids from aqueous alcohol (ethanol, isopropanol) in dewatering columns is a simple example. An aqueous base (NaOH, KOH) is added to the top of the column, acid base reactions occur in the column, and the resulting organic salts and excess base exit the bottom of the column with the separated water.