Реакционная ректификация: развитие технологии 

слева показана конфигурация обычной реакционной ректификационной колонны, применимая к четырёхкомпонентным реакционным системам (два реагента и два продукта при наличии определённой разницы летучести). Типичным примером является процесс синтеза метил-трет-бутилового эфира (MTBE);

в центре показана конфигурация азеотропной реакционной ректификации с установленным в верхней части колонны декантером (decanter), предназначенным для разделения гетерогенного азеотропа, образующегося в ходе реакции. Такая конфигурация характерна для систем этерификации: например, при получении бутилацетата этерификацией уксусной кислоты бутанолом образующаяся вода и эфир формируют гетерогенный азеотроп, а удаление воды может быть реализовано посредством фазового разделения;

справа показана конфигурация с предварительным реактором (prereactor) и/или боковым реактором (side-reactor), при этом пунктиром обозначены опциональные элементы. За счёт установки внешнего реактора такая схема увеличивает время пребывания в реакционной зоне и подходит для систем с низкой скоростью реакции. Она позволяет обеспечить требуемую степень превращения, одновременно используя ректификационную колонну для разделения продуктов и рецикла реагентов.

С точки зрения способа катализа реакционного процесса реакционная ректификация может быть разделена на три случая: без катализатора (за счёт термической реакции), с гомогенным катализом и с гетерогенным катализом. В гомогенных каталитических системах катализатор перемещается вместе с жидкой фазой внутри колонны и в дальнейшем может удаляться из системы различными способами: выводиться с верхним или нижним продуктом колонны, отделяться после нейтрализации в виде солевого остатка, извлекаться через дополнительный блок разделения или не отделяться специально, если это не влияет на качество продукта.

Гетерогенная каталитическая реакционная ректификация, то есть каталитическая ректификация, предусматривает фиксацию твёрдого катализатора в определённой зоне колонны с формированием каталитической реакционной секции. Катализатор обычно загружается в колонну в виде насыпного слоя гранул, структурированной каталитической насадки или каталитических пакетов.

Структурированные каталитические насадки (например, DODGEN Cakapak насадка с катализатором, Sulzer Katapak, Koch-KT) совмещают две функции — каталитическую реакцию и газожидкостный контактный массоперенос — и в настоящее время являются одной из наиболее зрелых форм каталитических внутренних устройств для промышленного применения. По мере развития биотехнологий в области каталитической ректификации в последние годы сформировалось особое направление — ферментативная реакционная ректификация (Enzymatic Reactive Distillation, ERD).

Ферментативная реакционная ректификация использует ферменты, закреплённые на поверхности внутри колонны, в качестве биокатализаторов. Это обеспечивает новый технологический путь применения биокатализа в органическом синтезе и демонстрирует особые преимущества, прежде всего при получении хиральных соединений.

Как правило, ферменты фиксируются на поверхности структурированной насадки с помощью гидрофобного биокаталитического покрытия, формируя насадочный слой с каталитической активностью.

Однако применение ферментативной реакционной ректификации сталкивается с жёсткими ограничениями по рабочей температуре. При температурах выше 60-80°C ферменты склонны к необратимой деактивации, тогда как температуры кипения большинства органических реагентов выше этого диапазона. В результате рабочие окна реакции и ректификации трудно согласовать.

Поэтому для таких процессов характерны узкие рабочие окна по температуре и давлению, что в определённой степени ограничивает их промышленное применение.