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反応蒸留は、化学反応器が蒸留器を兼ねるプロセスです。反応混合物から生成物を分離するには、別の蒸留ステップは不要で、エネルギー（加熱用）と材料を節約できます。この技術は、エステル化やエステル加水分解反応などの平衡制限反応に有効です。反応生成物を反応ゾーンから継続的に除去するため、平衡によって予測される以上に変換率を高めることができます。このアプローチは、資本および投資コストを削減することもできます。[1]
反応塔内の条件は、化学反応器としても蒸留塔としても最適とは言えません。反応塔はこれらを組み合わせているためです。反応ゾーンでのその場分離プロセスの導入、またはその逆は、気液平衡、物質移動速度、拡散、化学反応速度論の間の複雑な相互作用につながり、これらのシステムの設計と合成に大きな課題をもたらします。蒸留と反応の最適条件が大きく異なる場合、一部の反応では、別の塔から反応器に供給したり、その逆を行ったりする副反応器の方が適しています。
適用可能なプロセス
反応蒸留は、次のようなさまざまな化学物質に使用できます。
例
酢酸とメタノール、[2]、 n-ブタノール、エタノール、イソブタノール、アミルアルコールなどのアルコールとのエステル化。
このシステムのもう 1 つの興味深い特徴は、エステル、アルコール、水の最低沸点の三成分共沸混合物の形成に関係しており、これは本質的に不均一であるということです。したがって、反応ゾーンと非反応ゾーンの両方で構成される一般的な反応蒸留塔では、不均一共沸混合物または共沸混合物に近い組成を留出物として得ることができます。さらに、蒸気の凝縮後に形成される水相は、ほぼ純水です。要件に応じて、いずれかの相を製品として取り出すことができ、もう一方の相は還流としてリサイクルできます。純粋なエステル、つまり酢酸ブチルは、システム内で最も揮発性の低い成分であるため、底部生成物として実現されます。
脱水カラムで水性アルコール (エタノール、イソプロパノール) から有機酸を除去するのは簡単な例です。カラムの上部に水性塩基 (NaOH、KOH) を加えると、カラム内で酸塩基反応が起こり、結果として生じた有機塩と過剰の塩基が分離された水とともにカラムの下部から排出されます。
参考文献
- ^ Fogler, H. Scott (2002). 「4」.化学反応工学の要素(第3版). インド: Prentice-Hall India. pp. 197–200. ISBN 81-203-2234-7。
- ^ Scott D. Barnicki「合成有機化学物質」、James A. Kent編『工業化学およびバイオテクノロジーハンドブック』、ニューヨーク：Springer、2012年。第12版。ISBN 978-1-4614-4259-2。