分离过程的强化和集成

分离过程的强化
1.反应过程与分离过程的耦合 2.分离过程与分离过程的耦合 3.反应过程与反应过程的耦合 4. 分离过程的集成
分离技术过程强化技术工具
1.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。 目的： 提高分离效率 提高反应收率
精馏塔在惰性气氛中结晶出产品流程
中国海洋大学 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。
套管式反应器
• 套管式反应器是根据热传 递； • 内侧通入甲烷和空气催化 燃烧，环隙加入的十二烷 和氢气进行脱氢反应，内 侧燃烧放出来的热量给十 二烷脱氢反应提供反应热。 • T1 ,T2和T3温度计； • 通过气相色谱法进行分析 原材料和尾气温度。 •
效率高
• 通过上图可以得出看 出甲烷的利用率100% • T1表示同一水平位置 上内侧催化剂床层中 间 • T2表示同一水平位置 上环隙催化剂床层中 间 • T3电炉温度的热电偶 T1 、T2和T3温度
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反应精馏的应用：
反应精馏的特点：
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
结晶精馏耦合过程流程图
3.反应过程与反应过程耦合
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； 3.在2011年11月在中国化工学报有一篇说《甲烷催化燃烧与 十二烷脱氢反应的间接热耦合》说到是甲烷催化燃烧放出 来热量来给十二烷脱氢反应。
• 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。例如C8芳烃异构体。 • 通常是在双塔中完成的。
2.1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。
2.2吸附蒸馏
气一液一固三相分离过程
吸附分离优点 ：分离因子高，产品浓度高，能耗低。 缺点：吸附剂用量大 ，收率低。 ——形成互补
反应与反应的耦合优点：
• 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。 • 提高了反应的利用率，选择性和效率。
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。 共沸精馏与萃取集成 环己烷
环己烷 +苯 环己烷+丙酮共 沸物 丙酮 丙酮+水 水
•
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
2.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） 优点：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
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；
•
影响耦合反应因素：
求的反应深度而变化的。）
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
丙酮
纯苯 水
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 ◆渗透蒸发
用来分离挥发性液体混合物，恒沸、近沸点物系。 ◆蒸汽渗透 发酵液脱水制无水乙醇 3.膜过程的集成 优点：取长补短 例：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 或处理过程。
分离过程的集成与强化
• 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，可以让大家了解更多关 于分离过程的知识。
2.3电泳分离
不同蛋白质在一定pH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，实现不同蛋白质的分离。
酰胺凝胶垂直板电泳分离蛋白质
2.4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。