《分离技术概论》耦合与集成技术

分离技术——耦合与集成技术浙江大学材料与化工学院陈欢林教授、张林博士chenhl@linzhang@主要内容概述反应-分离的耦合与集成过程催化膜反应器渗透汽化反应器膜生物反应器分离-分离的耦合与集成过程膜与吸收-汽提的集成精馏-渗透汽化的集成集成过程的设计与优化基与RO、NF、UF、MF等膜分离的集成过程概述集成与耦合的特点将二种或以上的单元操作通过优化组合来实现常规工艺难以适应的分离过程具有十分重要的意义，这类过程被称之为耦合(couplingprocess)或集成过程(integratedorhybridprocess)。

什么是耦合过程？耦合过程指的是反应与分离两者相结合并具有相互影响的过程，典型的代表为各类膜式反应器，将催化剂固定在膜上，使反应物生成的同时，及时移走抑制反应进行的部分生成物或副产物，使反应进一步进行。什么是集成过程？集成过程是指将两个不同的分离单元操作或反应与某一分离单元操作组合在一起的过程，在不同的分离单元中完成各自的功能，二者之间可以发生物料循环。具有代表性的，如精馏与渗透汽化集成过程浓缩与提纯发酵酒精，具有节能和提高产品纯度的优点。反应-分离的耦合与集成过程典型代表是膜与反应器相偶合的膜反应器，具有反应分离一体化的功能。此类膜反应器包括催化膜反应器、渗透汽化膜反应器、膜生物反应器等三种。与普通反应器相比，膜反应器特色非常明显：在反应产物生成的同时不断地将其移走，使反应转化率不受反应平衡的限制，提高反应速度；对某些中间反应物为目标产物的连串反应，及时将目标产物分离，可提高选择性；可缩短生产工艺路线，实现降低能耗与资源的合理利用。催化膜反应器（a）惰性膜反应－分离的集成(b)催化膜反应－分离的耦合

常用的无机膜反应器类型

1)无活性而有选择性的膜内填充催化剂；2)具有催化活性和选择透过性膜；3)具有催化活性膜内填充催化剂；4)具有催化活性而无选择性的膜；5)电解质膜催化膜反应的典型反应分离系统

渗透汽化膜反应器渗透汽化膜反应器(a.PFPMR；b.CSPMR；c.BPMR；d.RFPMR；e.RCSPMR；f.RBPMR)渗透汽化膜反应器主要用于：酯化反应；醚化反应；生化反应；其它反应。膜生物反应器废水淤泥净化水1废水净化水淤泥(a)(b)一体式分置式2233分离-分离集成过程膜与吸收-汽提的集成膜与吸收-汽提的集成UOP氢气回收示意图膜与吸收-汽提的集成膜法回收有机蒸汽示意图

精馏-渗透汽化的集成见渗透汽化相关章节耦合与集成过程的设计与优化软件法

AspenPlusHYSIMMcCabe-Thele图解法根据所给的膜面积，进入膜组件的物料流量和组成等操作参数，根据物料平衡和膜的传递性质计算出透过物和透余物的流量和组成当精馏塔所有进、出料被给定之后，可以确定精馏塔的每个操作段的物料平衡关系，利用McCabe-Thiele图解法划出各段的操作线；根据操作线和汽液平衡线，用迭代法或者Smoker方程计算精馏塔每个操作段的平衡级数，利用操作线斜率和截距以及组分的相对挥发度分析各操作段理论级数。集成与耦合过程的应用基与RO、NF、UF、MF等膜分离的集成过程井水除