中间再沸式热泵反应精馏生产乙酸异丁酯的设计与控制

张青瑞， 李海英， 闫 森， 刘 艳

(青岛科技大学 化工学院， 山东 青岛 266042)

乙酸异丁酯(IBAC)主要用作漆类稀释剂，也可用作制药行业的溶剂、萃取剂等，还可作为药物和食品工业中的添加剂。合成IBAC的方法有乙酸与异丁醇酯化法[1]、异丁醇与乙酸甲酯酯交换法[2]、乙酰化合成法[3]等。酯化法合成IBAC的优点在于原料廉价易得，因此研究人员对该方法进行了较多的研究。

在化工工业中，精馏工艺的再沸器提供的热量大部分在冷凝器中被消耗，使精馏过程热量利用率很低。热泵精馏是实现余热回收的有效手段，研究表明，热泵精馏具有显著的节能效果[4-6]。Diez等[7]将热泵精馏技术应用于三氯氢硅的提纯中，每年可节约29%的能耗。Alantara-Avila等[8]将热泵精馏技术用于丙烷-丙烯精馏塔的优化设计中可以节能75%。丁良辉等[9]研究了热泵反应精馏制取乙二醇的工艺，年操作费用降低68%，年总费用降低47.9%。而热泵反应精馏合成IBAC的研究还未见报道。

关于反应精馏控制方面的研究已很成熟[10-12]。但是热泵系统与反应精馏的耦合增加了过程的非线性，使过程的自由度降低，增加系统的控制难度。Zhu等[13]研究了热泵精馏分离异丙醇-氯苯混合物的可控性。Cristian等[14]研究了热泵精馏塔的特性与控制。

笔者根据CRD工艺合成IBAC塔顶塔底温差较大的特点，提出了中间再沸式热泵反应精馏(IR-HPRD-1)、带预热器的中间再沸式热泵反应精馏(IR-HPRD-2)流程，以年总费用(TAC)为目标函数对工艺进行优化。将热泵反应精馏工艺与常规反应精馏工艺进行对比，考察热泵反应精馏的可行性。……