浅析分离过程的强化与集成

一、反应过程与分离过程的耦合

目的:改善不利的热力学和动力学因数, 减少设备、操作费用、节约资源和能源。例如:反应精馏。反应精馏是在进行反应的同时, 用精馏方法分离产物的过程。它的目的是为了提高分离效率和反应收率。

反应精馏的主要优点: (1) 选择性高 (2) 转化率高 (3) 生产能力高 (4) 产品纯度高 (5) 能耗低 (6) 投资省 (7) 系统容易控制

反应精馏的应用也有其局限性: (1) 仅适用于那些反应和精馏分离可以在同一温度条件下进行的工艺过程。 (2) 对于所有产物的相对挥发度介于反应物的相对挥发度之间和反应物和产物的相对挥发度基本相同的两类情况不适用。

利用精馏促进反应的反应精馏

可逆反应如:醇与酸进行酯化反应

连串反应:A→R→S

二、分离过程与分离过程的耦合

复合分离过程 (即多个分离的组合) , 它的优点是集原分离过程之所长, 避其所短。适用于特殊物系的分离。

利用反应促进精馏的反应精馏, 利用异构体与反应添加剂之间反应能力的差异, 通过反应精馏而实现分离是异构体分离技术之一 (比如C8芳烃异构体) , 它通常是在双塔中完成的。

1. 萃取结晶 (加和结晶)

分离: (1) 挥发度相近的组分。 (2) 无机盐生产 (优点:节能) , 溶剂可萃取出部分水。

2. 吸附蒸馏

气-液-固三相分离过程

吸附分离优点是分离因子高, 产品浓度高, 能耗低。缺点是吸附剂用量大, 收率低。

3. 电泳分离

不同蛋白质在一定p H值的缓冲溶液中, 其溶解度不同, 在电场作用下, 这些带电的溶胶离子在介质中的泳动速度不同, 从而实现不同蛋白质的分离。

4. 结晶与精馏的组合

把结晶和精馏结合起来分离易结晶, 沸点相近, 熔点差较大的混合物是最近提出的一种新型的分离工艺。

对这类物质仅利用精馏过程进行分离, 沸点接近使分离的难度增大, 熔点高造成的易结晶现象使操作控制比较困难, 利用它们熔点差较大的特性将精馏与熔融结晶耦合在一起, 这样既可以解决操作过程的困难, 也可以利用熔点差大的特点增强分离效果。

5. 对于用结晶-精馏耦合分离MDI同分异构体的研究

二苯甲烷二异氰酸酯 (MDI) 是一种重要的异氰酸酯, 是生产聚氨酯的重要原料之一;二苯甲烷二异氰酸酯主要有三种同分异构体4, 4‘-MDI, 2, 4’.MDI和2.2‘-MDI。这三种异构体的沸点和凝固点都比较相近, 工业粗产品中2, 2’-MDI含量很少。工业生产上普遍采用精馏的方法分离提纯MDI产品, 也有专利中采用熔融结晶的方法分离提纯MDI.100, 而将精馏和结晶结合起来分离二苯甲基二异氰酸酯同分异构体, 相比单纯的精馏或者结晶法, 具有更大的优越性, 和经济可行性。

三、反应过程与反应过程耦合

1. 反应与反应耦合

(1) 两个反应相互耦合联合一体, 强化反应过程, 比如一个吸热反应和放热反应耦合, 实现整个反应热的自供, 把一个不能自发进行的反应和另一个比较容易自发进行的反应耦合, 从而构成一个可以自发进行的反应, 从而提高效率和选择性。

(2) 反应与反应之间耦合要求比较高, 技术上的限制也是比较多的;

2. 甲烷催化燃烧与十二烷脱氢反应的间接热耦合

甲烷催化燃烧和十二烷脱氢反应分别装入套管式反应器中的内侧和环隙中, 组装成吸热反应间接热耦合套管式反应器, 通过内侧和环隙的单侧反应热传递, 温度分布均匀, 从而到达热量的动态平衡。

3. 影响耦合反应因素

(1) 反应条件:十二烷液时空速, 内侧反应混合空速和电炉的温度。 (空速是根据催化剂性能、原料性质及要求的反应深度而变化的。)

(2) 反应与反应的耦合优点:

1) 反应与反应耦合充分利用能源和原材料, 主要可以简化很多工艺流程, 强化了反应过程。2) 提高了反应的利用率, 选择性和效率。

四、分离过程的集成

1. 传统分离过程的集成

合理组合传统分离过程, 扬长避短, 达到高效、低耗和减少污染的目的。

2. 传统分离过程与膜分离的集成

将膜技术应用到传统分离过程中: (1) 渗透蒸发:用来分离挥发性液体混合物, 恒沸、近沸点物系。 (2) 蒸汽渗透:发酵液脱水制无水乙醇。

3. 膜过程的集成

它的优点是取长补短, 例如:分离悬浮液为高固体含量物料, 将超滤、反渗透、渗透蒸馏组合在一起。

结束语

分离过程的应用遍及能源、资源、环保、生物、新材料等领域, 它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。只有通过对分离对象、分离技术透彻的了解, 选择合适分离过程及其组合, 才能设计出高效、节能的生产处理过程。

摘要：分离过程普遍存在于工业生产、三废处理及人们的日常生活中。分离过程的好坏决定了产品或处理过程的质量及成本。有效地应用分离过程的组合, 既能提高分离效率, 又能降低分离成本。本文根据分离过程的特性, 介绍了分离过程的集成与强化。

关键词：分离

参考文献

[1] 姜福美 (导师:胡仰栋) .结晶—精馏耦合分离MDI同分异构体的研究[J].中国海洋大学硕士论文.2008 (06) .

[2] 张琴花, 李会泉, 柳海涛.二苯甲烷二异氰酸酯 (MDI) 聚合反应动力学研究[J].化学学报.2011 (03) .