反应精馏是一种反应和分离耦合在一起的高效强化过程,是一种既有物质间相互转化的化学反应现象,又有组分间物理相变的传递现象的复杂过程,反应和分离过程相互影响。适合于反应精馏塔的体系需要满足以下2个条件:(1)反应为可逆反应,反应物及时离开反应体系,平衡不断向正反应,使反应更加彻底,此外,反应物最好是体系中最重或最轻组分,只有这样,才很容易在塔顶和塔底得到产品;(2)反应体系的物质分离较困难,比如存在共沸或近沸现象,在反应精馏塔中可以显著提高原料的总体转化率和降低生产能耗。醋酸和甲醇酯化反应生产醋酸甲酯方法,完全满足这些条件。本文选择的酯化催化剂为强酸性阳离子交换树脂。强酸性阳离子交换树脂的主要交换基团为磺酸基(-SO3H),一般是以苯乙烯为聚合单体、二乙烯基苯为交联剂的聚合物为基底,经浓硫酸磺化后得到类似于苯磺酸的树脂材料,而且可以重复使用。本文选用两种新型的强酸性阳离子交换树脂-ILC-1催化剂和ILC-2催化剂,来催化醋酸与甲醇的酯化反应来生产醋酸甲酯,并对两种离子交换树脂的催化性能进行比较,并对最优者进行更加深入的研究。常压下,在间歇反应器中,实验研究了温度范围在318.15~338.15 K之间,反应物摩尔比(n甲醇:n醋酸)在0.8~1.3之间该酯化过程中时间-醋酸转化率的变化关系。在固定床反应中,研究了空时和转化率的关系。在本文中,对代表反应物非理想行为的NRTL,Wilson和UNIFAC模型进行了深入。动力学数据分别与Quasi-Homogeneous,Langmuir-Hinshelwood,Eley-Rideal,修正的Langmuir-Hinshelwood和Langmuir–Hinshelwood–Hougen–Watson模型关联比较。使用Aspen Plus软件,选择较为合理的热力学物性方程和较为合理的数学模型,输入实验数据回归的动力学方程,对催化酯化反应精馏塔进行了模拟和计算,对反应精馏塔的总板数、回流比、进料位置进行了优化。由于树脂小颗粒粒径较小,很明显不能直接填充在精馏塔中,因此本文还研究树脂在反应精馏塔中的装填方式。此外为了系统的研究树脂的结构和性质,通过红外、XRD和光学显微镜表征来考察催化剂的结构、物化性能、酸度、失活和再生性。最后本文对反应精馏塔进行了设计放大。