反應(yīng)-分離耦合催化反應(yīng)新技術(shù).ppt

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1、第七章反應(yīng)-分離耦合催化反應(yīng)新技術(shù)化工過程強化在1995年召開的第一次化工過程強化國際會議上提出的美國的研究工作具有新穎性特點；英國側(cè)重于基礎(chǔ)研究；法國重視核領(lǐng)域和數(shù)學(xué)模型的研究；德國重視實驗技術(shù)和工程研究；日本在生物工程和新材料的研究方面投入了很大的力量；加拿大和澳大利亞則以資源利用為研究重點；我國化學(xué)工程研究和應(yīng)用也取得了重大的進展。例如石油工業(yè)的崛起大大推動了催化劑、反應(yīng)工程和精餾技術(shù)的發(fā)展，核燃料后處理和濕法冶金的發(fā)展推動了溶劑萃取技術(shù)水平的提高等。所謂的化工過程強化就是在實現(xiàn)既定生產(chǎn)目標的前提下，通過大幅度減小生產(chǎn)設(shè)備的尺寸、減少裝

2、置的數(shù)目等方法來使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗更低，廢料、副產(chǎn)品更少。廣義上說，過程強化包括新裝置和新工藝方法的發(fā)展：一是生產(chǎn)設(shè)備的強化，包括新型反應(yīng)器、新型熱交換器、高效填料、新型塔板等；二是生產(chǎn)過程的強化，如反應(yīng)和分離的耦合（如反應(yīng)精餾、膜反應(yīng)、反應(yīng)萃取等）、組合分離過程（如膜吸收、膜精餾、膜萃取、吸收精餾等）、外場作用（離心場、超聲、太陽能等）以及其他新技術(shù)（如超臨界流體、動態(tài)反應(yīng)操作系統(tǒng)等）的應(yīng)用等。化工分離過程中化工過程強化的新特點競爭促進了新設(shè)備和新分離劑的加速發(fā)展以精餾、吸收和萃取等化工塔器的內(nèi)件為例，近二十年來，塔內(nèi)件優(yōu)化匹

3、配的概念引起了人們的重視，發(fā)明層出不窮。在散裝填料方面，諾頓公司的金屬英泰洛克填料、原格里奇公司的CMR和我國自行開發(fā)的超級扁環(huán)（SMR和SMR＋）等各有千秋。在規(guī)整填料方面，蘇爾壽公司的麥拉派克、原格里奇公司的杰姆派克、庫克公司的羅勃派克和蒙茲公司的蒙茲派克等競爭激烈。新型塔板的種類更是數(shù)不勝數(shù)。在利用新型高效塔內(nèi)件改造現(xiàn)有生產(chǎn)裝置方面，國內(nèi)外都已取得了明顯的進展，顯著減小了設(shè)備的尺寸，大大降低了能耗。很多新技術(shù)也已在我國原油常減壓、30萬噸乙烯、30萬噸合成氨等大型裝置的擴能改造中得到了成功的應(yīng)用，取得了重大的經(jīng)濟效益和社會效益。耦合分離

4、技術(shù)引起重視近年來，諸如催化精餾、膜精餾、吸附精餾、反應(yīng)萃取、絡(luò)合吸附、反膠團、膜萃取、發(fā)酵萃取、絡(luò)合吸附、化學(xué)吸收和電泳萃取等新型耦合分離技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并成功地應(yīng)用于生產(chǎn)。它們綜合了兩種分離技術(shù)的優(yōu)點，具有獨到之處。例如催化精餾在MTBE等工藝中的成功應(yīng)用簡化了流程，提高了收率和降低單耗。某廠在對原有MTBE裝置進行技術(shù)改造時采用了催化精餾新技術(shù)，并對后續(xù)的精餾和萃取設(shè)備進行了改造，結(jié)果使裝置的年處理能力從2萬噸提高到6萬噸，大大節(jié)約了投資。荷蘭的DSM公司在已內(nèi)酰胺生產(chǎn)的肟化工藝中成功地應(yīng)用了反應(yīng)萃取新工藝，具有流程短、能耗低和副

5、產(chǎn)物少等優(yōu)點。耦合分離技術(shù)還可以解決許多傳統(tǒng)的分離技術(shù)難以完成的任務(wù)，因而在生物工程、制藥和新材料等高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如發(fā)酵萃取和電泳萃取在生物制品分離方面得到了成功的應(yīng)用，采用吸附樹脂和有機絡(luò)合劑的絡(luò)合吸附具有分離效率高和解析再生容易的特點；電動耦合色譜可高效地分離維生素；二氧化碳超臨界萃取和納米過濾耦合可提取貴重的天然產(chǎn)品等。由于耦合分離技術(shù)往往比較復(fù)雜，設(shè)計放大比較困難，因此也推動了化工數(shù)學(xué)模型和設(shè)計方法的研究。簡介原料預(yù)處理反應(yīng)分離產(chǎn)品反應(yīng)-分離耦合技術(shù)催化（反應(yīng)）精餾膜反應(yīng)發(fā)展歷程與技術(shù)實例美國化學(xué)研究特許公司(CR&

6、L公司)1979年甲基叔丁基醚(MTBE)在美、英、法等國建立了多套20-100kt/a的工業(yè)裝置中國石化齊魯石化公司MTBE在國內(nèi)已建成34套裝置,總生產(chǎn)能力達800kt/aCR&L公司苯和丙烯烷基化合成異丙苯乙酸乙酯的合成傳統(tǒng)乙酸甲酯生產(chǎn)工藝與催化精餾工藝的流程比較Eastman-/KodakChemicals7.1反應(yīng)精餾技術(shù)7.1.1定義：將催化反應(yīng)與精餾分離結(jié)合起來同時進行的反應(yīng)技術(shù)7.1.2分類7.1.3優(yōu)點(1)簡化流程,降低設(shè)備投資和操作費用；(2)節(jié)省能量；(3)打破反應(yīng)平衡限制，提高轉(zhuǎn)化率。(4)抑制了副反應(yīng),提高產(chǎn)物選擇

7、性。(5)反應(yīng)溫度可通過調(diào)整系統(tǒng)壓力來控制,不存在飛溫問題。7.1.4工藝流程分體式和一體式一體式和分體式催化精餾反應(yīng)系統(tǒng)的比較7.1.5反應(yīng)精餾的適用性反應(yīng)精餾技術(shù)的應(yīng)用受以下條件的限制:(1)操作必須在組分的臨界點以下；(2)精餾塔中反應(yīng)區(qū)的操作溫度和壓力；(3)反應(yīng)物和產(chǎn)物揮發(fā)度與共沸現(xiàn)象；(4)精餾溫度。(5)物料的停留時間7.1.6反應(yīng)精餾工藝設(shè)備的選擇反應(yīng)精餾設(shè)備的選擇要根據(jù)快慢反應(yīng)來確定快反應(yīng)不需要太長的停留時間，反應(yīng)和精餾可以在同一精餾塔中實現(xiàn)。1、若要移出的組分的揮發(fā)物較低，則需要的塔板數(shù)較多，因而必須選用精餾塔、填料塔或板

8、式塔。2、若要移出的組分的揮發(fā)物中等，同樣需要精餾塔進行分離，但所需的塔板數(shù)較少，可以采用板式塔或泡罩塔。這時關(guān)鍵是保持持液量恒定。3、若要移出的組分的揮發(fā)物較高，