滲透汽化耦合酯化反應(yīng)精餾研究新進(jìn)展.pdf

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1、增刊化學(xué)世界滲透汽化耦合酯化反應(yīng)精餾研究新進(jìn)展馬曉華，許振良。．袁海寬(華東理工大學(xué)化學(xué)工程研究所膜科學(xué)與工程研發(fā)中心，上海200237)關(guān)鍵詞：滲透汽化；酯化反應(yīng)；精餾；耦合；經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢滲透汽化(Pervaporation，簡稱PV)的突出優(yōu)點(diǎn)是分離系數(shù)高且不受汽一液平衡的限制，所以它在用精餾方法難以分離的恒沸物和近沸物的分離中具有廣闊的應(yīng)用前景。就分離對象而言，用滲透汽化法分離有機(jī)混合液將是很有發(fā)展前途的。滲透汽化的缺點(diǎn)是滲透通量小、滲透物在低溫下易冷凝，它一般適用于從混合液中分離出少量物質(zhì)，不宜采用多級操作。所以通常要與其他分離過程聯(lián)合

2、使用才能獲得更好的經(jīng)濟(jì)效果。lPV的特點(diǎn)和應(yīng)用眾所周知，滲透汽化膜分離過程具有如下特點(diǎn)口]：(1)高效，選擇合適的膜，單級就能達(dá)到很高的分離度；(2)能耗低，一般比恒沸精餾節(jié)能1／2～2／3；(3)過程簡單，附加處理少，操作簡單，而且系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高；(4)過程不引入其它試劑，產(chǎn)品和環(huán)境不受任何污染；(5)滲透汽化系統(tǒng)具有很高的適應(yīng)性，而且可以用來處理濃度范圍很大的同種分離體系，或不同的分離體系。(6)滲透汽化過程的操作溫度較低，適應(yīng)熱敏性物質(zhì)的分離；(7)便于放大，便于與其它過程耦合和集成?；谝陨咸攸c(diǎn)，滲透汽化得到了越來越廣泛的應(yīng)用

3、。(1)從混合物中分離出少量物質(zhì)。鉑nzalezB等人[2]利用精餾和滲透汽化的耦合，分離乙醇／酯共沸混合物，同時作了耦合過程的模型和模擬。RautenbachR等人[3’4]提出滲透汽化體系用于處理脫丁烷塔的側(cè)線采出流股，除去其中的甲醇。Lu等人[5]設(shè)計和模擬了特定精餾和滲透汽化復(fù)合過程。wang等人[6]以非平衡熱力學(xué)和現(xiàn)象學(xué)理論的觀點(diǎn)提出了分析耦合膜分離的反應(yīng)精餾的新方法。楊三八[7]以乙醇和叔丁醇為原料，通過催化反應(yīng)、精餾與滲透蒸發(fā)膜分離三單元耦合過程合成了乙基叔丁基醚(ETBE)。(2)恒沸點(diǎn)、近沸點(diǎn)混合物及同分異構(gòu)體的分離，在

4、很大程度上降低了成本。(3)與生化反應(yīng)耦合。在生化反應(yīng)過程中，利用滲透汽化單級分離度高的特點(diǎn)，有選擇地不斷排出生成目的產(chǎn)物或副產(chǎn)物，因而可使受平衡限制的反應(yīng)進(jìn)行到底。這·173·方面的研究已廣泛引起人們的興趣。2Pv／精餾耦合過程的分類PV作為基礎(chǔ)的耦合過程的潛在應(yīng)用領(lǐng)域是較廣泛的。通常情況下，基于PV過程的耦合過程有三種不同類型：(1)PV作為初始步驟與過程中其它步驟結(jié)合達(dá)到滲余物或透過物所要求濃度，即在精餾過程前設(shè)PV來消除共沸物，其常見流程見圖1a所示；(2)PV作為過程的最終步驟來實(shí)現(xiàn)滲余物或透過物所要求的濃度，即將PV作為精餾塔塔

5、頂或塔底產(chǎn)品的精加工過程，此步可與消除共沸物的上一步聯(lián)合使用，其常見流程見圖1b所示；(3)PV與精餾過程聯(lián)合操作來減少所需的塔板數(shù)，這可通過在精餾塔中加一側(cè)線流股來實(shí)現(xiàn)，其常見流程見圖1c所示。FP、ly2B，3D=M'lBF。2、苣13-●●圖1滲透蒸發(fā)／精餾耦合過程的流程圖類型3PV．／酯化反應(yīng)精餾耦合工藝研究現(xiàn)狀。3．1耦合工藝滲透汽化與酯化反應(yīng)的耦合工藝有兩種：一種是采用膜反應(yīng)器的耦合工藝，這種耦合將酯化反應(yīng)室與膜反應(yīng)器合二為一，如圖2a。該工藝流程簡單，易于操作，實(shí)驗(yàn)室研究多采用這種工藝。但膜反應(yīng)器限制了膜的使用面積，從而降低了

6、反應(yīng)效率。另一種耦合工藝是將滲透汽化膜反應(yīng)器與酯化反應(yīng)室分開，如圖2b?？梢愿鶕?jù)實(shí)驗(yàn)的具體要求選用合適的膜面積，反應(yīng)過程中，料液用泵循環(huán)往復(fù)送入膜反應(yīng)器進(jìn)行脫水。3．2滲透汽化膜膜是膜反應(yīng)器的核心組件。Kita和Ok鋤oto反應(yīng)器+膜器困一f進(jìn)料液氮冷阱膜器液氮冷阱密鹺真空泵化學(xué)世界÷RJ：．．．一真空泵真空泵反應(yīng)器(b)圖2膜反應(yīng)器耦合流程等[8]制備了具有良好滲透性能和物化性能的聚醚酰亞胺非對稱滲透蒸發(fā)膜。黃碧純等L9]也以乙酸和正丁醇的酯化為探針反應(yīng)，以多元酸交聯(lián)的PVA／PsA復(fù)合膜為分離膜。王樂夫等[10]研究了酯化反應(yīng)耦聯(lián)滲透汽

7、化膜過程對平衡移動的影響。Jafar等[11]采用A型分子篩滲透汽化膜提高酯化反應(yīng)產(chǎn)品的收率。Liu等[12]研究了將H。PW。204。嵌入PVA催化膜。Da、，id等[13]制備聚苯乙烯磺酸(PSSA)／聚乙烯醇(PVA)，(PssA)／聚丙烯腈(PAN)兩類共混催化功能膜。4耦合工藝與常規(guī)方法的經(jīng)濟(jì)比較滲透汽化是一種正在發(fā)展的膜技術(shù)，盡管耦合過程會減少塔板數(shù)、降低回流比，但耦合過程的經(jīng)濟(jì)性需考慮由于耦合而帶來的膜的成本，膜再生周期等問題。耦合過程的應(yīng)用研究在于對高通量、足夠選擇性的膜的開發(fā)，試制適用物系廣泛以及操作條件穩(wěn)定的膜和膜組件，

8、并在應(yīng)用中不斷改進(jìn)、提高和完善。表l不同集成過程生產(chǎn)乙酸乙酯能耗集成體系能耗反應(yīng)+精餾反應(yīng)+滲透汽化反應(yīng)+滲透汽化+精餾膜反應(yīng)器10022427Lipnizki[14]對已工業(yè)化