化工过程强化技术研究进展

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1、化工过程强化技术研究进展化工过程强化技术研究进展摘要：化工过程强化技术是节能减排的重要途径，简要介绍了化工过程强化技术及其实现途径，阐述了静态混合反应器、膜催化反应器、反应蒸馏、超临界萃取和超声波反应器等化工过程强化技术。关键词：化工过程强化化工装置化学反应化学过程1前言化工过程的最终目标是将原材料全部转换为符合要求的产品，实现生产过程的零排放。化学工业生产的一个明显趋势是安全、清洁、高效节能的生产[1]。目前我国的能源消耗主要集中在化工生产过程中。“十一五”期间国家制定了节能减排的目标，化工界刮起了一阵低碳经济节能减

2、排的热风。如何在化工生产过程中有效地降低能耗，是科学家、工程师以及化工企业管理者的共同目标。为了实现这一目标，我们既可以从化学反应本身入手，寻找新的催化剂和工艺过程，也可以从反应器和设备入手，采用新的技术和设备，实现化工过程的强化。其中，化工过程强化是实现化工生产过程节能减排降低能耗的有效手段。2化工过程强化及其实现途径化工过程强化技术是指能显著减小工厂和设备体积、高效节能、清洁和可持续发展的化工新技术[2]。化工过程强化的实现途径主要包括设备强化和过程集成两个方面。设备的强化也就是设备的小型化微型化，主要包括反应器和

3、单元操作设备两个方面，如撞击流式反应器、静态混合反应器、超重力吸收反应器、微分反应器、超声波反应器等。随着科技的不断进步，近些年来开发了许多新型的反应器和单元操作设备，其中有不少应经应用于工业生产，并取得了显著的效果。这些新型的反应器被运用于合适的化工过程中，可以显著减小设备的体积，并能够显著增加设备的生产能力，从而强化了生产过程。过程集成主要是指化工过程集成化，主要包括化学反应与分离、换热、物质相变的集成，组合分离，还有替代能源，超临界流体和离子液体，非定态操作等新技术。过程集成的技术实质是反应-分离多序的综合，质量

4、交换网络、热量交换网络等多种综合优化，不仅要考虑稳态过程的综合，同时又考虑动态过程的特性，是一项系统的生产优化和设计优化技术[3]。3化工生产中的过程强化技术3.1静态混合反应器7化工过程强化技术研究进展静态混合反应器就是指在流体混合过程中，没有机械转动装置，是依靠流体自身的动力流过设置在管路中的静止插件实现的。如利用扭曲叶片或交错平板的组合等，流体流经这些结构单元后，受到混合元件的约束，产生分流、合流、旋转等行为，是流体达到有效的混合。设计高效的混合设备，实现有效混合，对于提高产品的质量、减少副产物的收率、优化整个生

5、产过程具有重要的意义[4]。静态混合反应器作为一种新型高效的反应混合装置，可以有效地进行化工过程强化，在过程工业中应用越来越广泛，甚至在很多场合有取代传统的搅拌反应器的趋势[5]。静态混合反应器具有无须机械搅拌、可连续生产、无污染、占地面积小、分散混合效果好等优点，被广泛应用于混合、反应、分散、传质和传热等方面。郑州工业大学开发的SMGK型换热器[6]是由GK静态混合元件、换热束、折流杆构成的折流圈、壳体和带导流板的夹套组成，实践证明GK型静态混合元件强化了管内传热，提高了管内传热膜系数。方书起的研究发现[7]，在同样

6、的功率消耗条件下，GK型静态混合元件传热系数高于K型元件，大约是K型元件的1.35倍。孟中磊等[8]利用管式静态混合反应器制备生物柴油时，将管式混合反应器和共溶剂结合起来，提高了生物柴油的产率，使反应更快地进行。3.2膜催化反应器膜分离技术自上世纪60年代问世以来，由于具有无相变、设备简单、操作容易、能耗低和无污染等传统分离过程没有的优点而受到广泛关注。目前膜技术已包括反渗透、超过滤、微滤、渗析、电渗析、气体分离、液膜、渗透蒸发、膜反应、膜传感、控制释放及膜蒸馏等多个分支，广泛应用于化工、气体分离和生物工程等方面，强化

7、了化工生产中的分离工程，较传统的萃取、蒸馏等分离技术有很大的技术优势。例如膜萃取技术可以避免液滴分散在另一液相中引起的夹带现象和随之产生的溶剂损失等问题，同时，由于膜萃取相中两相分开流动，互不影响，因而使萃取剂的选择余地大大放宽，而且还可避免逆流萃取中的返混现象。随着新膜研制的进展，其与化学反应过程的进一步耦合，以强化化工过程，设计新型反应器将成为膜技术应用于化工强化的发展方向。膜催化反应是催化转化和产品分离组合起来的过程，它在催化反应发生的同时，选择性地脱除产物，以加速反应且突破反应平衡的限制，提高反应的产率、转化率

8、和选择性[9]。采用膜催化反应器能够显著的提高反应能力，具有广泛的应用。彭少洪等[10]用多孔钛片为支撑体，将杂多化合物和具有氧溢流效应的氧化物Sb2O4制成催化膜，在特制的膜催化反应器中进行异丁烯选择氧化反应，结果表明杂多化合物-Sb2O4催化膜具有较高的催化活性。刘庆林等[11]考察了PVA-Zr(Ⅳ)膜催化乙酸和丁醇酯化反应