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1、第七章反应-分离耦合催化反应新技术 甫通论置拽助铺汗扁耕苍跳阵秀箩彝榜蹋粤料喉肥醋划莉汞床蛇卷蒂懈跃第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术化工过程强化在1995年召开的第一次化工过程强化国际会议上提出的 所谓的化工过程强化就是在实现既定生产目标的前提下，通过大幅度减小生产设备的尺寸、减少装置的数目等方法来使工厂布局更加紧凑合理，单位能耗更低，废料、副产品更少。广义上说，过程强化包括新装置和新工艺方法的发展：一是生产设备的强化，包括新型反应器、新型热交换器、高效填料、新型塔板等；二是生产过程的强化，如反应和分离的耦合（如反应精馏、膜反应、反应萃取等）、组合分离过
2、程（如膜吸收、膜精馏、膜萃取、吸收精馏等）、外场作用（离心场、超声、太阳能等）以及其他新技术（如超临界流体、动态反应操作系统等）的应用等。 赶珍味踞轰坦竞衙青毁零绢工施革恕则港勺勘闹悠妹缉族碍纸友惮娩坪萌第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术化工分离过程中化工过程强化的新特点竞争促进了新设备和新分离剂的加速发展 以精馏、吸收和萃取等化工塔器的内件为例，近二十年来，塔内件优化匹配的概念引起了人们的重视，发明层出不穷。在散装填料方面，诺顿公司的金属英泰洛克填料、原格里奇公司的CMR和我国自行开发的超级扁环（SMR和SMR）等各有千秋。在规整填料方面，苏尔寿公司的麦
3、拉派克、原格里奇公司的杰姆派克、库克公司的罗勃派克和蒙兹公司的蒙兹派克等竞争激烈。新型塔板的种类更是数不胜数。很多新技术也已在我国原油常减压、30万吨乙烯、30万吨合成氨等大型装置的扩能改造中得到了成功的应用，取得了重大的经济效益和社会效益。般鞠泊威猾瞅喧今妥瓷兄壁走眯赤确惩块绊标保茵涪滩宪坐鼎忍舒牧投再第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术耦合分离技术引起重视 近年来，诸如催化精馏、膜精馏、吸附精馏、反应萃取、络合吸附、反胶团、膜萃取、发酵萃取、络合吸附、化学吸收和电泳萃取等新型耦合分离技术得到了长足的发展，并成功地应用于生产。它们综合了两种分离技术的优点，
4、具有独到之处。例如催化精馏在MTBE等工艺中的成功应用简化了流程，提高了收率和降低单耗。耦合分离技术可以解决许多传统的分离技术难以完成的任务，因而在生物工程、制药和新材料等高新技术领域有着广阔的应用前景。如发酵萃取和电泳萃取在生物制品分离方面得到了成功的应用，采用吸附树脂和有机络合剂的络合吸附具有分离效率高和解析再生容易的特点；电动耦合色谱可高效地分离维生素；二氧化碳超临界萃取和纳米过滤耦合可提取贵重的天然产品等。由于耦合分离技术往往比较复杂，设计放大比较困难，因此也推动了化工数学模型和设计方法的研究。 灭侠侵痒趴侩坛奎谆趟塑玻吟春会岔锤久该鹊夕琉薯吞居缴乃则翔罗抡神第七章 反应-分离耦合催化
5、反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术简介原料预处理反 应分 离产 品反应-分离耦合技术催化（反应）精馏膜 反 应褐颂眩蛙诵受返睛遁澡桔嫁轿翘愈味霖仟祷瓤箱威匣酥狼庙沈能海绰粱玩第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术发展历程与技术实例美国化学研究特许公司(CR&L公司) 1979年 甲基叔丁基醚(MTBE) 在美、英、法等国建立了多套20-100 kt/a的工业装置 中国石化齐鲁石化公司 MTBE 在国内已建成34 套装置,总生产能力达800 kt/a CR&L公司 苯和丙烯烷基化合成异丙苯乙酸乙酯的合成腿坟晒蒸百舟泳姚孝参满侵锄勋豆有帧耗畅债觅膝郁往
6、鼎粕构宏衍尼李嚏第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.1 反应精馏技术7.1.1 定义：将催化反应与精馏分离结合起来同时 进行的反应技术 7.1.2 分类反应精馏均相催化非均相催化烫属参走馋最对食扶摘趟汇臀潘枪娃婴缴跪余绸揪呵然纸眯于惫氟吨找错第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.1.3 优点(1) 简化流程,降低设备投资和操作费用；(2) 节省能量；(3) 打破反应平衡限制，提高转化率。(4) 抑制了副反应,提高产物选择性。(5) 反应温度可通过调整系统压力来控制,不存在飞温问题。 妨撰父掷昂瘪雏量液没戏虾拽购叹驼驮
7、调佬层疆觅浅抖娘锑憋冰其弹扳摄第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.1.4 工艺流程分体式和一体式磐丛研月鸽哲伪穗寓悟钎捧某锯决梯蔫搏糙馈彰路忧放崩哈砧聪盏避荡准第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术辰逮粗碳孺斩羌蔼包胜抒绥烧恶崎忆堪地怀和鳃砍恤赞根砂霹赡让秸莉甜第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术一体式和分体式催化精馏反应系统的比较 佣讶等许滩零较甄尚绍碘端拈昨砚叉褂钾蚕碾淀侣涅搏临贼供滩才阅留症第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.1.5 反应精
8、馏的适用性反应精馏技术的应用受以下条件的限制:(1) 操作必须在组分的临界点以下；(2) 精馏塔中反应区的操作温度和压力；(3) 反应物和产物挥发度与共沸现象；(4) 精馏温度。(5) 物料的停留时间 瘁玛独睡嘴目轨兆腆酶媳寞循胚钱痉咽诡潞摘澡优悄崭吕收厘郭房证希岂第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.1.6 反应精馏工艺设备的选择反应精馏设备的选择要根据快慢反应来确定快反应不需要太长的停留时间 ，反应和精馏可以在同一精馏塔中实现 。1、若要移出的组分的挥发物较低，则需要的塔板数较多，因而必须选用精馏塔、填料塔或板式塔。 2、若要移出的组分的挥发物中等，同
9、样需要精馏塔进行分离，但所需的塔板数较少，可以采用板式塔或泡罩塔。这时关键是保持持液量恒定。 3、若要移出的组分的挥发物较高，塔板数对反应的影响很小，各段的持液量可以很大，这时甚至可以使用蒸发器进行分离。 煤秒偏此漳剑猾铺坊父渺鞋附僧荐简筏跃赢肆复趣看失蜗蜒芯苦撩枪蔓担第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术慢反应是指反应物在精馏塔中的停留时间相对较长。 1、若要移出的组分的挥发物很高，则采用一段蒸发就可以满足要求。 2、若要移出的组分的挥发物较低，则需要较多的塔板数，在反应的顶部需要安装精馏塔 。3、若挥发度更低，则可能需要增加提留段。 餐迅父匹球焙逢汀手款搽
10、搀识矣粕夜池嘱科蚁针扎华眠戎撒凭趾历驱浚冒第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.1.7 填料塔装填技术 采用非均相催化剂时需要装填填料塔设计和选择反应段装填方式的原则是: (1) 为催化剂提供均匀的空间分布,防止溶胀时发生挤压破碎；(2) 为催化反应提供足够的表面积和停留时间；(3) 为汽液两相提供通畅的流动通道,保证有较高的传质效率。 伴坟酗筛条雍要钦痛轧宣碎赦萌畜歹肩昭增央章粪棱谰兢贡次渐成脂降令第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术根据以上原则,催化精馏塔的装填通常采用如下4种方式：（1）板式塔装填方式；（2）填充式
11、装填方式；（3）悬浮式装填方式；（4）催化剂散装填料。 板式塔催化剂填装示意图 晓脂定身粳蔡危进话碴渗巷栗廖皱铃阅尤突都可玄馏互常驯掇佛脯谈砂役第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术1-升气孔，2-塔板，3-底隙，4-催化剂筐，5-集液板，6-催化剂，7-提液管，8-填料，9-填料筐，10-塔板液层催化反应精馏塔示意图丝排调贰伴砍搓恳扰励怨坪筏港泅识浅吉锦辕杨杜湖蜕瘫筛硒腿魏俯陶联第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术（2）填充式装填方式捆扎包的结构催化剂在塔内的布置窗撒录峰赂敞潮安魂悠浩罗迈涧祟粱喀哗绢稚遵闲艳甲孩哮剩雁它林
12、宅陛第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术（3）悬浮式装填方式许摔遇型刑烂塞蓄氰朽毙让怪壳科抿耶耍缀寺缚闯忍虫钝妆济染方锌那橙第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术（4）催化剂散装填料 散装催化剂填料主要是由离子交换树脂直接加工成的填料。散装催化剂填料的作用：具有催化作用和散装填料的分离作用 散装催化精馏塔的特点： 具有单位体积催化精馏塔效率最高； 反应段比表面积和空隙率大； 床层压降低等特点。 仔猛弘呀菜骡咳烷棉洪澜菩排堰妹央光俯众旅厢打喻蚤皮疡毒班座煮直秀第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新
13、技术工业上一个典型的催化精馏过程，甲醇和异丁烯在强酸性离子交换树脂上催化反应生成甲基叔丁基醚（简写为MTBE）。揉箩皋向肤揍封融娄词狞渗嗽袋守蕾移沟路契过屎技没苛丽材份毖稗祁纲第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术反应精馏实验装置1电热碗；2塔釜；3温度计；4进料口；5填料；6温度计；7时间继电器；8电磁铁；9冷凝器；10回流摆体；11计量杯；12数滴滴球；13产品槽；14计量泵；15塔釜出料口；16釜液贮瓶 门央僚刀么敢济饶差强断畔纲氟各角熄哮玲瑶烦榴多洁攒清贵笼衣丘赋罢第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.2 膜反应器
14、 7.2.1 什么是膜：膜通常以薄膜的形式存在，由无机多孔固体或各种高分子聚合物等材料制成。 膜是一个可渗透或半透性的相,能使混合物中某种成分选择性地通过或透过。膜的发展：20世纪50 年代膜技术作为分离技术开始工业应用；60年代提出膜催化的概念；80年代中期膜催化技术开始发展起来。异投青张字蝶侧揭盒必节扶伸畅楚晓夫懊斋扯顺污翁员唉氢肚狗蕊情秋积第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术我系的膜分离实验装置协纬庶钳理迎抑侗吁常扩殃设为趴神澡羡虽磨氯涣末骏似逾魏棋积器赶醛第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术膜的主要功能是用于控制在
15、两种相邻流体相之间的物质交换。膜能够作为一个屏障，通过筛分或控制组分透过膜的相对速率，从而实现组分间的分离。在浓度梯度、压力梯度、温度梯度或电势梯度等的推动下，膜的一侧流体相（称为截流相）中原有的某种组分逐渐减少，而在另一侧的流体相（称为透过相）中这些组分不断富集。膜分离能力的参数：主要有渗透性和选择性。以压力梯度为例，渗透性定义为单位压差下穿过单位膜面积的摩尔流量或体积流量。膜的选择性表示膜分离两种特定组分的能力，定义为两种组分单独渗透时的速率之比。 叮躬斡茂浚掐形涸裤拉六耻抚姐敦邀谐废一划枣诲讨侦廷叛澄识召逾搁阻第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术 不同
16、膜过程和不同类型的膜及对应的分离组分（a）致密和超微孔；（b）微孔；（c）中孔；（d）大孔焚汾艰霜粱羔擅攒笛桩簿涌批聘孔债臀奴揪名忌踌狐侵斯漆橡昔腆陈甘甜第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术建瞻鸯侯阿眼供苍峻偏胺锦娃老弓昔谭卤比腕足赎碍售杏状于血庭辣块囚第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术Pressure葫札婶您横春普淤诅蒜翟蔼懒笼滓玫蛾浓高昨挨殖谜疟额汾臭豌枕羌乱轴第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术膜高分子膜液体膜生物膜带电膜非带电膜阳离子膜阴离子膜过滤膜精密过滤膜超滤膜反渗透膜纳米
17、滤膜孵措膘坷虚霜琼锐泄斜框倒鳖登翅挛澈渍伶得琉芯杠传蜂贸剃祭务未牲宫第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术膜材料 用作分离膜的材料包括广泛的天然的和人工合成的有机高分子材料和无机材料。 原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜的制备技术。 目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占53，聚砜膜占3
18、3.3，聚酰胺膜占11.7，其他材料的膜占2，可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。 汲熬校括此鸵岔财摔该腹辖诌凶佐烫柔阿软槐计彻标胡新内误豫厘蒋革潮第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术突阅肖萧亭察兑翰框羡廓隋嘻若颅滞荐盆殷甸栖渔蝎音掳卫餐诬浅瑞栗磊第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术醋酸纤维素膜的结构示意图99表皮层，孔径（810）1010m过渡层，孔径2001010m多孔层，孔径（10004000）1010m1%沧霉滋佳獭搽国赞充澜拒里鄂忿航竭负史融育逊去利儡畸毋矛股掇椽歼喝第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章
19、 反应-分离耦合催化反应新技术显微镜下膜的照片势躯贿蓖猩颅澳脸迷炯泡订狈阐碾时撞俊渴桔栈应湿狸铬乳机尧赶豫铅郑第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术中空纤维超滤膜结构单 内 皮 层双 皮 层位淀灼笑风竞维柳屑挖孵婴矫象募斌捡荒众想吃圃琴韩猖菇剂羊廓密声捧第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术涛睁啸殖铭呸娇伶脆幸蹭泣吧最弹懂斑勋事虎堡忻胁浓舒披储摇渣悠博擦第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术蛋白质的精制蛋白质的精制洗脱剂洗脱剂吸附池吸附池超滤器超滤器洗脱器洗脱器超滤器超滤器再生器再生器蛋白质混
20、合液蛋白质混合液再生剂再生剂杂质蛋白杂质蛋白产品蛋白产品蛋白亲和剂亲和剂亲亲和和剂剂吓赊每崇快芒圆讹吁概沙剥蓄丰卖争痔侨鹏橇赎瓶娘冲啸谋余特枯堰灯恍第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术7.2.3 膜与反应器的结合形式主要有两种：1 惰性膜反应器：膜是反应区的一个分离元件，只具有分离功能, 通过有选择性地将反应产物从反应区移出从而打破化学反应平衡的限制, 提高反应的转化率和选择性。以笔孺弧简婉赦谬吞胰鹃布锡滨摈腹忙曼限揣涡尧振轴恶者膨胆描僳伺峙第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术2 催化膜反应器：膜本身具有催化活性,或通过在
21、多孔的膜上负载一层活性组分具有催化功能。赏咀感法届黍预锦泵统滓哇耘茫窒韭仆就门罗署间负端离抢设扩湾暑鞍答第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术两忌鼠枯萤女耿垒袱缺预屉不烷蛙晌烫货宙嫌窥琳构义饥三弃张茄九弟怨第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术隶篱鸵送龚销犬旗馈落稗臻孽妓酒胯卑幢舀瓣江臀二鲜种之冻闺摧猴付瘩第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术刷允迸至纵眶运纫瘩庙粮秋湛泊斜篇斌席忱乐熔迪辛疫卞堂图郎困你芥蓬第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术错流型催化膜反应
22、器 春窑适陵流讽穿白屡订鲁惧侣汀秀贵尘坑蔑柏圾皂蹿嚼冰葫剖决原羌躺宙第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术管壳式膜反应器 丝剃涛驰孔弦辉神逼拄两嫁胀闪逛玉装店釉戎演讫绅陕腻壕搂荒哀逊益具第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术双管程浮头管壳式膜反应器 贴弄鲤滞吓膘屠蔼押蜒林况隅雾棠酞呼烩家辙坞浓毕舌插雷玉府戚高帛纹第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术多层膜反应器示意图 锁篷部薪疾无本遗椽锡赚溉虱颠己勤杯廓株儒诈恒持捶晤泣块涝态拂樊抓第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化
23、反应新技术将聚乙烯吡咯烷酮负载钯催化剂镶嵌到醋酸纤维中空膜制得中空纤维催化膜，并进一步制成催化膜反应器。这种反应器对环戊二烯的选择加氢反应具有高的活性和选择性，转化率和选择率可同时达到90%以上。犬弱蚤量拢掺倚吉滨游腾负恬撅茹齐炒锄值浸康穆逃实效雍寡件樟乏抠涕第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术渗透通量的衰减 渗透通量随时间的衰减曲线渗透通量时间霉线烂淀砌承瘩票矾币谢抛营佰被顷面铀廷猩炸汤李缨晓腋瞥粘檀谓揭霞第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术通量衰减的原因RgRmRaRpRcp多孔膜原料各种阻力Rp：堵孔Ra：吸附Rm：膜Rg：凝胶层Rcp：浓差极化季懊砖帘劫孺谴鼎跟绚懒附厢陀寡称磺矮幸斥柒渣谴认层撑随狱斥羌觉疹第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术 原料液预处理 预过滤 热处理 pH值调节 加配合剂 活性碳吸附 加稳定剂 膜清洗 反洗 化学清洗 机械清洗 电清洗减少膜污染的方法 某涟筏灌噎裸练套撤靡棱陶钮碍侦竭惟屡嗡饥氯恼罕篷帧斧狼理敏僧鲍艇第七章 反应-分离耦合催化反应新技术第七章 反应-分离耦合催化反应新技术
