丙酸乙酯是重要的有机合成原料和溶剂,在化工、制药、食品等领域应用广泛。传统的丙酸乙酯生产工艺都是间歇或半连续的,以浓硫酸作催化剂,在反应釜或固定床中进行酯化反应,后经中和、水洗、精馏得到成品。这种方法设备投资大、后续的产品提纯也比较困难。而反应精馏能实现连续化生产,原料转化率高、产品纯度高,故本课题选用反应精馏技术来合成丙酸乙酯。本文在筛选出强酸性阳离子交换树脂Amberlyst 45为较佳催化剂后,在间歇搅拌釜式反应器中对酯化法合成丙酸乙酯的本征动力学进行研究。考察搅拌转速、催化剂用量、酸醇摩尔比、反应温度等因素对反应过程的影响。建立拟均相反应模型,利用最小二乘法拟合动力学数据,获得反应动力学方程。将动力学方程作为基础数据输入化工设计软件中,对反应精馏合成丙酸乙酯过程进行模拟优化。得到的优化结果为:精馏塔的精馏段、反应段、提馏段板数分别为8、20、3,丙酸和乙醇分别从反应段的顶部和底部进料,进料酸醇摩尔比为1.3:1,塔顶酯相部分回流,酯相回流比为1.8。搭建不锈钢催化精馏塔进行酯化法合成丙酸乙酯实验,反应段装载催化剂包,精馏段、提馏段装填Φ3×3 mm的不锈钢θ网环填料。在模拟所得最佳条件下,研究进料位置、进料酸醇摩尔比、酯相回流比等因素对产品纯度的影响。最终确定全塔共有24块板,丙酸从第7块板进料,乙醇从第21块板进料,进料酸醇摩尔比为1.3:1,酯相回流比为1.8。在此条件下,乙醇转化率为93.13%,塔顶产品中丙酸乙酯含量为89.97%,经分相器分离出水和乙醇后,丙酸乙酯含量可达95.88%,且丙酸含量符合产品的工业标准。实验结果与模拟结果吻合良好,模型选取准确可靠。