分離技術(shù)——耦合與集成技術(shù)浙江大學(xué)材料與化工學(xué)院陳歡林教授、張林博士chenhl@linzhang@主要內(nèi)容概述反應(yīng)-分離的耦合與集成過程催化膜反應(yīng)器滲透汽化反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器分離-分離的耦合與集成過程膜與吸收-汽提的集成精餾-滲透汽化的集成集成過程的設(shè)計與優(yōu)化基與RO、NF、UF、MF等膜分離的集成過程概述集成與耦合的特點將二種或以上的單元操作通過優(yōu)化組合來實現(xiàn)常規(guī)工藝難以適應(yīng)的分離過程具有十分重要的意義，這類過程被稱之為耦合(couplingprocess)或集成過程(integratedorhybridprocess)。

什么是耦合過程？耦合過程指的是反應(yīng)與分離兩者相結(jié)合并具有相互影響的過程，典型的代表為各類膜式反應(yīng)器，將催化劑固定在膜上，使反應(yīng)物生成的同時，及時移走抑制反應(yīng)進(jìn)行的部分生成物或副產(chǎn)物，使反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。什么是集成過程？集成過程是指將兩個不同的分離單元操作或反應(yīng)與某一分離單元操作組合在一起的過程，在不同的分離單元中完成各自的功能，二者之間可以發(fā)生物料循環(huán)。具有代表性的，如精餾與滲透汽化集成過程濃縮與提純發(fā)酵酒精，具有節(jié)能和提高產(chǎn)品純度的優(yōu)點。反應(yīng)-分離的耦合與集成過程典型代表是膜與反應(yīng)器相偶合的膜反應(yīng)器，具有反應(yīng)分離一體化的功能。此類膜反應(yīng)器包括催化膜反應(yīng)器、滲透汽化膜反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器等三種。與普通反應(yīng)器相比，膜反應(yīng)器特色非常明顯：在反應(yīng)產(chǎn)物生成的同時不斷地將其移走，使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不受反應(yīng)平衡的限制，提高反應(yīng)速度；對某些中間反應(yīng)物為目標(biāo)產(chǎn)物的連串反應(yīng)，及時將目標(biāo)產(chǎn)物分離，可提高選擇性；可縮短生產(chǎn)工藝路線，實現(xiàn)降低能耗與資源的合理利用。催化膜反應(yīng)器（a）惰性膜反應(yīng)－分離的集成(b)催化膜反應(yīng)－分離的耦合

常用的無機(jī)膜反應(yīng)器類型

1)無活性而有選擇性的膜內(nèi)填充催化劑；2)具有催化活性和選擇透過性膜；3)具有催化活性膜內(nèi)填充催化劑；4)具有催化活性而無選擇性的膜；5)電解質(zhì)膜催化膜反應(yīng)的典型反應(yīng)分離系統(tǒng)

滲透汽化膜反應(yīng)器滲透汽化膜反應(yīng)器(a.PFPMR；b.CSPMR；c.BPMR；d.RFPMR；e.RCSPMR；f.RBPMR)滲透汽化膜反應(yīng)器主要用于：酯化反應(yīng)；醚化反應(yīng)；生化反應(yīng)；其它反應(yīng)。膜生物反應(yīng)器廢水淤泥凈化水1廢水凈化水淤泥(a)(b)一體式分置式2233分離-分離集成過程膜與吸收-汽提的集成膜與吸收-汽提的集成UOP氫氣回收示意圖膜與吸收-汽提的集成膜法回收有機(jī)蒸汽示意圖

精餾-滲透汽化的集成見滲透汽化相關(guān)章節(jié)耦合與集成過程的設(shè)計與優(yōu)化軟件法

AspenPlusHYSIMMcCabe-Thele圖解法根據(jù)所給的膜面積，進(jìn)入膜組件的物料流量和組成等操作參數(shù)，根據(jù)物料平衡和膜的傳遞性質(zhì)計算出透過物和透余物的流量和組成當(dāng)精餾塔所有進(jìn)、出料被給定之后，可以確定精餾塔的每個操作段的物料平衡關(guān)系，利用McCabe-Thiele圖解法劃出各段的操作線；根據(jù)操作線和汽液平衡線，用迭代法或者Smoker方程計算精餾塔每個操作段的平衡級數(shù)，利用操作線斜率和截距以及組分的相對揮發(fā)度分析各操作段理論級數(shù)。集成與耦合過程的應(yīng)用基與RO、NF、UF、MF等膜分離的集成過程井水除