塔釜产物
峰面积百分比 A52% 平均峰面积百分比 A5%
质量百分比 w5
3、物料衡算
（1）塔顶产品中：
水：
×=
乙醇：
×=
乙酸乙酯： （2）塔釜产品中：
水：
×= ×=
乙醇：
×=
乙酸：
×=
乙酸乙酯：
×=
反应中产生的乙酸乙酯=＋= 消耗的乙醇＝×46/88= 消耗的乙酸＝×60/88=
理论上剩余乙醇＝－＝ 实际剩余乙醇＝+＝
实验一 反应精馏法制乙酸乙酯
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。
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。 反应精馏对下列两种情况特别适用：（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 护在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其连续地从系统 中排出，结果超过平衡转化率，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 一般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。
对于本实验来说，适于第一种情况，但但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏存在也达不到 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。本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。反应的方程式为：
CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5+H2O 实验的进料有两种方式：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。可认为反应精馏的分离塔也是反应器。若采用塔釜进料的间歇式操作，反应只在 塔釜内进行。
回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。 3、采用固体催化剂时，实验室和工业塔怎么装填？ 捆包式包装结构；将催化剂装在规整填料的夹层中；将催化剂装在塔板上的固定容器中；催化剂与填料 混装的结构 4、怎样提高酯化收率？ 答：对于本实验CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5+H2O是可逆反应，为提高酯化反应的收率，可以通过减小 一种生成物的浓度，或者用反应精馏的方法，使生成物中高沸点或者低沸点的物质从系统中连续的排出， 是平衡向生成产物的方向移动，以提高酯化收率。 5、不同回流比对产物分布影响如何？ 答：当回流比增大时，乙酸乙酯的浓度会增加。 6、采用釜内进料，操作条件要作哪些变化？酯化率能否提高？ 答：釜内进料，应保证在釜沸腾条件下进料，塔内轻组分上移，重组分下移，在不同的填料高度上均发 生反应，生成酯和水，转化率会有所提高。
八、思考题
1、试查文献找出除乙酸乙酯反应精馏外，还有那些产品能用反应精馏法制的？ 成醚反应，水解反应，加成反应，醇脱水反应，苯取代反应，聚合物合成反应。 2、连续反应精馏应怎样操作？简单叙述流程。 连续精馏在塔某处或塔釜进料，在塔某处出料，在塔上部某处加带有酸催化剂的乙酸，塔下部某处 加乙醇。连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸 汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送
水
乙醇
峰面积百分比 A1% 上段（1100mm）
质量百分比 w1
10:30 中段（670mm）
峰面积百分比 A2% 质量百分比 w2
下段（230mm）
峰面积百分比 A3% 质量百分比 w3
峰面积百分比 A1’%
Hale Waihona Puke 上段（1100mm）11:00
质量百分比 w1’
中段（670mm） 峰面积百分比 A2’%
7、加料摩尔比应保持多少为最佳？ 答：此反应的原料反应摩尔比为1:1，为提高反应的转化率，应使某组分过量，因乙醇的沸点较低，易被 蒸出，因此应把乙醇多加，比例约为2:1即可。 8、用实验数据能否进行模拟计算？如果数据不充分，还要测定哪些数据？ 答：能进行模拟计算。还要测定的数据还有塔顶温度，塔釜温度，塔板下降液体量，塔板上液体混合物 体积，塔板下降液体量，上升蒸汽量。
由于乙酸在气相中有缔合作用，除乙酸外，其它三个组分形成三元或二元共沸物。水－酯， 水－醇共沸物沸点较低，醇和酯能不断地从塔顶排出。由于乙酸的沸点较高，不能进入到塔体，故塔 体内共有3组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。
本实验采用间歇式进料方式，物料衡算式和热量衡算式为： （1）物料衡算方程 对第 j 块理论板上的 i 组分进行物料衡算如下
七、实验结果分析与讨论
1、实验注意事项 ①使用微量注射器在 3 个不同高度取样，应尽量保持同步。 ②在使用微量进样器进样时速度尽量要快。 ③因水出峰较早，可以先点击开始后进样。 ④在称取釜残液的质量时，尽量等到持液全部流至塔釜后才取釜残液，实验中等到塔釜温度降至 50℃ 后取样。 2、实验误差分析 ①可能是有部分液体残留在精馏塔中所致。 ②可能是色谱分析中出现的误差所致。 3、反应精馏的优点 由于该反应是一个放热反应，反应精馏可以利用这部分能量推动精馏的进行，很大程度上的达到节 能的效果；将精馏和反应过程耦合起来大大节省了空间和设备；破坏了可逆反应平衡，增加了反应的选 择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了生产能力。
六、实验数据处理及举例
1、计算塔内浓度分布
已知：
；
故以 11：00 精馏塔上段液体的含量作为计算举例：
且 xi
Ai f i Ai fi
已知乙酸的沸点较高，不能进入到塔内，故塔体内共有 3 个组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。
对其余各组实验采用相同的处理，可得到以下表格：
表 1：侧线采出样品的色谱分析结果
组分
四、实验步骤
1． 称取乙醇、乙酸各75g，用漏斗倒入塔釜内，并向其中滴加2~3滴浓硫酸，开启釜加热系统至0.4A， 开启塔身保温电源，开启塔顶冷凝水。每10min记下温度。
2． 当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作，全回流15min后，开启回流，调整回流比为R=3:1 （别忘了开小锤下边的塞子），30min后，用微量注射器在1，3，5三处同时取样，将取得的液体进行色 谱分析，30min后，再取一次进行色谱分析。
乙酸乙酯
质量百分比 w2’ 峰面积百分比 A3’% 下段（230mm）
质量百分比 w3’ 根据上表分别绘制出 10：30 和 11:00 各个组分塔内分布，如下图所示。
图 2：10:30 塔内各组分浓度分布图
图 3：11:00 塔内各组分浓度分布图
如图所示，不同时间段分别在精馏塔的上部、中部和底部取样做色谱分析可知，原料乙醇在精馏塔 底部含量最多；而产物乙酸乙酯在精馏塔上部含量最多，水在全塔含量大致相同。随时间增加，产物含 量逐渐增加，反应物含量逐渐减少，反映了反应精馏可以起到分离产物和提高反应程度的作用。
（2）气液平衡方程
对平衡级上某组分i的有如下平衡关系：
每块板上组成的总和应符合下式：
（3）反应速率方程
（4）热量衡算方程 对平衡级进行热量衡算，最终得到下式：
三、实验装置及实验流程示意图
实验装置如图2所示。 反应精馏塔用玻璃制成。直径20mm，塔高1500mm，塔内填装φ3×3mm不锈钢填料(316L)，填料高度 1400mm。塔外壁镀有金属膜，通电流使塔身加热保温。塔釜为一玻璃容器，并有电加热器加热。采用 XCT-191，ZK-50可控硅电压控制釜温。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。 所用的试剂有乙醇、乙酸、浓硫酸、蒸馏水。
3． 将加热和保温开关关上，取出产物和塔釜原料，称重进行色谱分析，关上电源，将废液倒入废 液瓶，收拾实验台。
五、实验原始数据记录表
实验时由于操作失误，误将废液当做乙醇加入反应釜，导致实验彻底失败，数据无法处理。
故不得不采用他组数据，所用数据为第四组李远，吴刚等三人数据，所用原始实验数据见李 远。本组实验原始数据记录表见最后。
2、进行乙酸和乙醇的全塔物料衡算 塔顶产品的质量：m 顶==
塔釜产品质量：m 釜=以塔顶产品分析作为计算举例：
其他数据计算同理，计算结果如下
表 3：塔顶、塔釜产品色谱分析结果
组分
水
乙醇
乙酸乙酯
塔顶产品
峰面积百分比 A41% 峰面积百分比 A42% 平均峰面积百分比 A4%
质量百分比 w4
峰面积百分比 A51%
理论上剩余乙酸＝－＝ 实际剩余乙酸＝ 原料总质量＝＋＝
产物总质量＝＋＝ 4、转化率及收率的计算
乙酸转化率=[乙酸加料量-釜残液乙酸量]/乙酸加料量×100% =；
乙醇转化率=[乙醇加料量-釜残液乙醇量]/乙醇加料量×100% =乙酸乙酯的收率=产品乙酸乙酯的物质的量/原料乙酸的物质的量×100%
={[×+×/88]/60)}×100% =%