侧反应器-精馏塔集成系统(Distillation coulumn coupled with side reactors，简称SRC)由于反应与精馏工况可以分别设定，反应空间不受分离设备的空间限制、催化剂装卸方便等优点，近年来备受关注。在该过程中，精馏塔塔板上的物料进入侧反应器，完成反应任务后返回至精馏塔，最终的产品则从塔顶或塔釜采出。然而，由于侧反应器与精馏塔的耦合结构与物料交换方式的灵活性，造成系统的自由度高、设计变量多且模型方程复杂，对该过程的模拟与优化设计难度大，至今关于该过程的理论研究与应用研究较少。　　甲苯氯化反应是典型的连串反应体系，且氯化苄、苄叉二氯均是重要的医药化工中间体，传统工艺消耗高、污染严重，采用SRC技术建立高选择性生产氯化苄或苄叉二氯的新型工艺，对于生产过程节能降耗具有重要的现实意义。本文以用于甲苯氯化的侧反应器-精馏塔集成系统SRC为研究对象，建立该过程的模拟与优化方法，以探明反应与分离的耦合机制、反应能力与分离能力的匹配关系，并对其进行能量集成分析，揭示该过程的节能机制，为该过程的工业应用做基础。　　建立稳定、可靠的模拟方法对侧反应器-精馏塔集成系统的理论研究至关重要。针对反应动力学与气液相平衡方程的交互作用带来的计算收敛问题，本文建立基于独立反应量的数学模型及模拟方法。定义关键原料氯气在侧反应器中的反应量为独立反应量。采用连续搅拌釜式反应器模拟侧反应器，建立了基于独立反应量与反应速率常数之比的侧反应器的数学模型方程，开发了基于平衡级塔板模型的精馏塔MESH方程组，并建立了基于Newton-Raphson的内-外层求解方法。将建立的模拟方法对生产氯化苄的常压反应（绝热）-常压精馏耦合工艺进行计算，并通过改变氯气的进料流率及其分配系数、塔釜上升蒸汽量、提馏段塔板数、相邻反应器间间隔塔板数等，探讨不同的反应、分离条件对反应精馏耦合性能的影响。结果表明，无论分离能力不足或反应能力过大均会导致氯化苄的选择性降低。　　为了使侧反应器-精馏塔集成系统的反应能力与分离能力达到最佳匹配，得到过程最佳的结构参数与操作参数，本文建立了以生产成本为目标函数的序贯优化设计方法。即在固定的塔釜上升蒸汽量的基础上，结构变量按一定次序进行优化，而在每个结构变量优化的过程中，同时调用优化函数对连续变量进行优化，直至反应能力与分离能力达到最佳匹配。利用建立的优化设计方法分别对生产氯化苄的常压反应（绝热）-常压精馏、常压反应（绝热）-减压精馏这两种耦合工艺进行设计，并探讨了分离能力与反应能力间定性与定量的关系。　　为了解决反应精馏过程由反应热和工况差异产生的多品级能量的综合利用问题，实现反应精馏过程的能量优化利用，以生产氯化苄的常压反应-常压精馏、常压反应-减压精馏这两种耦合工艺为考察对象，通过改变侧反应器的操作状态，提出三种能量集成方案，并在其优化设计的基础上，考察侧反应器与精馏塔、环境间不同的能量交换方式对系统性能的影响。方案1:侧反应器处于恒温状态;方案2:侧反应器处于泡点状态;方案3:侧反应器处于绝热状态。结果表明，通过控制侧反应器的操作状态可以改变反应热的利用程度或外界能量供给的大小，在相同的塔釜上升蒸汽量下，随着反应热利用程度、外界供应能量的增加，系统性能明显增强。　　由于在塔内耦合反应精馏中适用的体系理应在侧反应器-精馏塔集成系统中具有适用性，本文以氯化苄生产反应精馏过程为研究对象，在相同的塔釜上升蒸汽量和总塔板数条件下，在反应与精馏处于常压工况下，对塔内耦合的反应精馏、塔外耦合的侧反应器-精馏塔集成过程进行了一致性分析，且对侧反应器-精馏塔集成过程在其反应与精馏处于相同工况、不同工况时进行了对比分析。结果表明，当反应与精馏处于相同压力工况(反应与精馏压力均为101.3 kPa)时，在塔内耦合的反应精馏、侧反应器-精馏塔集成过程中，不仅两者的汽/液流率、温度、组成分布具有一致性，而且优化计算得到的装置产能与产品质量大致相同;此外，反应与精馏处于不同压力工况的侧反应器-精馏塔集成工艺在产能与产品质量方面具有明显的优势。　　在建立的侧反应器-精馏塔集成系统的模拟与优化设计理论的基础上，本文设计并建设了年产5000t氯化苄的反应精馏工业装置。该装置将真空操作的精馏塔与常压操作的侧反应器进行不同工况反应精馏耦合，通过试车运行，在所设计的工艺条件下，不仅装置能够达到规定的设计要求，且氯化苄的选择性达到98％，取得了很好的结果。