催化蒸馏

    催化蒸馏 : 伴有催 化反应的蒸馏方法称为催化蒸馏。催化蒸馏 是反应蒸馏中的一部分。使用催化蒸馏 (反 应蒸馏)有两种目的:一是用反应促进蒸馏; 另一目的是用蒸馏促进反应。
用反应促进蒸馏,就是在相对挥发度很 接近但化学性质差异较大的混合溶液中,加 入一种能与被分离组分发生可逆化学反应的 物质(第三组分),使与溶液中某一组分发生 反应,以提高其相对挥发度,使精馏容易进 行。例如对二甲苯和间二甲苯的混合物相对 挥发度小,用普通的蒸馏方法难以分离。在 混合二甲苯中加入异丙苯钠,与两种二甲苯 异构体反应分别生成对二甲苯钠和间二甲苯 钠,但两者的反应平衡常数相差很大,使之 可以改变对二甲苯和间二甲苯的相平衡关 系,使其相对挥发度增大很多,比较容易把 二者分离。采用这种方法对增大相对挥发度 比较有效。但由于第三组分的回收和循环使 用比较困难,使其应用受到限制。
用蒸馏促进反应,就是把反应过程和蒸 馏过程结合在一起,一面反应,一面蒸馏,利 用蒸馏过程把反应产物和原料分离,破坏反 应的平衡关系,使反应继续进行。若反应为 放热过程,还可以利用反应放出的热量供应 蒸馏所需的汽化热,可以大大节约能耗。此 外,在同一设备内完成化学反应和产物分离, 可使设备投资和操作费用大为降低。
把催化反应与蒸馏结合的催化蒸馏技术 早已被应用于酯化、水合等反应过程。酸与 醇生成酯和水的酯化反应是一可逆过程,把 这个反应放在精馏塔中进行时,一边进行化 学反应,一边进行精馏,及时分离出酯和水, 这样可使反应持续向酯化的方向进行。
催化蒸馏另一个成功的例子是甲醇与含 丁烯的气体反应,用阳离子交换树脂作为催 化剂,甲醇可以选择性地与异丁烯反应生成 甲基叔丁基醚,而与其他丁烯异构物分离。整 个蒸馏塔分为三段,上段和下段为精馏段,中 段为反应段。反应段床层类似于一个小固定 床反应器,整台设备既是精馏塔,又是反应 器。在反应段装入催化剂,通入原料进行催 化反应;上段精馏分离出剩余的C₄馏分;下 段精馏分离出甲基叔丁基醚产物。采用催化 精馏生产甲基叔丁基醚是美国Chem. Research & Liecensing公司首次开发成功的, 于1987年实现工业化,目前在工业上已广泛 采用该法生产甲基叔丁基醚。
使用催化蒸馏必须具备以下条件: ①生 成物的沸点必须高于或低于反应物; ②在精 馏的温度下不会导致副反应等不利影响的 增加。