《分离技术概论》耦合与集成技术

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
催化膜反应的典来自百度文库反应分离系统
渗透汽化膜反应器
渗透汽化膜反应器
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
井水除硝酸盐
基与RO、NF、UF、MF等膜分 离的集成过程
MF/UF与蒸发相结合
基与RO、NF、UF、MF等膜分 离的集成过程
饮用水处理
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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@zju.edu.cn linzhang@zju.edu.cn
主要内容
1. 2. 3. 1. 2. 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(coupling process)或集成过程(integrated or hybrid process) 。
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。
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
Aspen Plus
HYSIM
McCabe-Thele图解法
1. 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 2. 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； 3. 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。
(a.PFPMR；b.CSPMR；c.BPMR；d.RFPMR；e.R CSPMR；f. R BPMR)
渗透汽化膜反应器
1. 2. 3. 4.
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
1
废水
废水
2 3
净化水
2 3
净化水
淤泥
(a)
分置式
(b)
淤泥
一体式
分离-分离集成过程