1、实验九 用反应精馏技术制备乙酸乙酯一、实验目的1. 了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。2. 掌握反应精馏的操作。3. 能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。4. 了解反应精馏与常规精馏的区别。5. 学会分析塔内物料组成的方法。二、实验原理 反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。两者同时存在，相互影响，使过程更加复杂。因此，反应精馏对以下两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维持在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其从系统中排出，结果超过平衡转化
2、率，大大提高了效率。（2）异构体混合物分离。通常因它们的沸点接近，靠精馏方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过程中得以分离。 对醇酸酯化反应来说，适于第一种情况。但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏操作也达不到高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。酸是有效的催化剂，常用硫酸。反应随酸浓度增高而加快，浓度在0.21.0%（wt.）。此外，还可用离子交换树脂，重金属盐类和丝光沸石分子筛等固体催化剂。反应精馏的催化剂用硫酸，是由于其催化作用不受塔内温度限制，在全塔内都能进行催化反应，而应用固体催化剂则由于存在一个最适宜的温度
3、，精馏塔本身难以达到此条件，故很难实现最佳化操作。本实验是以醋酸和乙醇为原料、在酸催化剂作用下生成醋酸乙酯的可逆反应。反应的化学方程式为： 实验的进料方式有两种：一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。前者有间歇和连续式操作；后者只有连续式。本实验采用塔釜间歇式进料。反应精馏过程中，塔内有四组元。由于醋酸在气象中有缔合作用，除醋酸外，其他三个组分形成三元或者二元共沸物。水酯，水醇共沸物沸点较低，醇和酯能不断地从塔顶排出。若控制反应原料比例，可使某组份全部转化。因此，可认为反应精馏的分离塔同时也是反应器。全过程可用物料衡算式和热量衡算式描述。三、装置流程与结构 精馏塔内物料平衡如图1所示，实
4、验的流程如图2所示。 四、实验装置与试剂 反应精馏塔用玻璃制成。直径20 mm，塔高1500 mm，塔内填装33 mm2不锈钢网环型填料（316 L）。塔釜为四口烧瓶，容积500 ml，塔外壁镀有金属膜，通电流使塔身加热保温。塔釜置于500 W电热包中。采用智能可控硅电压控制器控制釜温。塔顶冷凝液体的回流采用摆动式回流比控制器操作。此控制系统由塔头上摆锤、电磁铁线圈、回流比计数拨码电子仪表组成。五、实验步骤1. 将90 ml 乙醇和70 ml乙酸混合，滴入3滴浓H2SO4，搅拌后注入塔釜。2. 开启加热系统，将电热包温度设为360 C。3. 待釜液沸腾，开启塔身保温温度电源，开启塔头冷却水。4
5、. 待塔头有液体出现，全回流10 min后，分别在塔釜、侧线1、塔顶取样分析，并记录所有数据。5. 设置回流比为3:1，稳定10 min后，分别在塔釜、侧线1、塔顶取样分析，并记录所有数据。6. 关闭加热、塔身冷却后，将全部塔顶采出液和全部塔釜采出液取出称重分析组成，记录所有数据。7. 停止通冷却水，整理清理实验仪器，结束实验。六、实验数据处理 自行设计实验数据记录表格。根据实验测得数据，按下列要求写出实验报告：1. 实验目的与实验流程步骤；2. 实验数据与数据处理；3. 实验结果与讨论及改进实验的建议。 可根据下式计算反应转化率： 进行醋酸和乙醇的全塔物料衡算，计算反应转化率。七、思考题1. 怎样提高酯化收率？2. 如何采用连续进料操作方式，操作条件需要做哪些调整？3. 进料摩尔比采用多少最佳？为什么？4. 讨论一下反应精馏的优点与缺点。5. 不同回流比对产物有何影响？
