叔丁醇是一种重要的精细有机化学品,可用于汽油添加剂,以提高汽油的辛烷值,对于替代燃料叔丁醇使用性能及成本优于现用的乙醇,已成为比较有前途的乙醇燃料替代品。现用的乙醇用粮食发酵方法获取,不适合中国国情及长期发展,而叔丁醇则以廉价的水与含异丁烯的炼厂催化裂化混合碳四烃为原料反应-分离制得。因此,进行采用催化精馏技术合成叔丁醇的研究,对于提高我国炼厂混合碳四烃资源的综合有效利用及汽油替代品的发展具有重要意义。本文改进传统生产流程,在催化精馏塔的反应段中加入规整填料,利用催化精馏技术将C4混合物中的异丁烯水合合成叔丁醇。首先,在釜式搅拌反应器中分别测定离子交换树脂有捆包和无捆包的反应动力学。将动力学方程和催化剂捆包的效率因子归入到催化精馏塔的数学模型当中。然后,利用ASPEN Plus软件中RadFrac模型对整个工艺流程进行模拟并优化,确定最优的操作条件(如回流比、进料位置等),优化全系统能量消耗,寻找可能出现的多重定态。结果表明,改进流程异丁烯的转化率由原流程的60%提高到67.7%,单位产品再沸器的总能耗减少了4.72%。最后,利用冷模实验装置,测定规整填料的传递特性,包括流体力学和传质性能,并与传统催化剂散装填料的压降进行对比。研究结果表明,当填料的喷淋密度一定时,塔的压降随着气体动能因子的增大而增大；当气速一定时,塔的压降随着液体喷淋密度的增大而增大。通过计算对比规整填料的压降远远小于固体散装催化剂填料的压降,充分体现出规整填料低压降的特点。