淺析分離過程的強(qiáng)化與集成

馮清華（淮安市廣播電視大學(xué) 江蘇 淮安 223005）

一、反應(yīng)過程與分離過程的耦合

目的：改善不利的熱力學(xué)和動力學(xué)因數(shù)，減少設(shè)備、操作費(fèi)用、節(jié)約資源和能源。例如：反應(yīng)精餾。反應(yīng)精餾是在進(jìn)行反應(yīng)的同時，用精餾方法分離產(chǎn)物的過程。它的目的是為了提高分離效率和反應(yīng)收率。

反應(yīng)精餾的主要優(yōu)點：（1）選擇性高（2）轉(zhuǎn)化率高（3）生產(chǎn)能力高（4）產(chǎn)品純度高（5）能耗低（6）投資省（7）系統(tǒng)容易控制

反應(yīng)精餾的應(yīng)用也有其局限性：（1）僅適用于那些反應(yīng)和精餾分離可以在同一溫度條件下進(jìn)行的工藝過程。（2）對于所有產(chǎn)物的相對揮發(fā)度介于反應(yīng)物的相對揮發(fā)度之間和反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對揮發(fā)度基本相同的兩類情況不適用。

利用精餾促進(jìn)反應(yīng)的反應(yīng)精餾

可逆反應(yīng)如：醇與酸進(jìn)行酯化反應(yīng)

連串反應(yīng)：A→R→S

圖1 醋酸甲酯反應(yīng)精餾塔

二、分離過程與分離過程的耦合

復(fù)合分離過程（即多個分離的組合），它的優(yōu)點是集原分離過程之所長，避其所短。適用于特殊物系的分離。

利用反應(yīng)促進(jìn)精餾的反應(yīng)精餾，利用異構(gòu)體與反應(yīng)添加劑之間反應(yīng)能力的差異，通過反應(yīng)精餾而實現(xiàn)分離是異構(gòu)體分離技術(shù)之一（比如C 8芳烴異構(gòu)體），它通常是在雙塔中完成的。

1.萃取結(jié)晶（加和結(jié)晶）

分離：①揮發(fā)度相近的組分。②無機(jī)鹽生產(chǎn)（優(yōu)點：節(jié)能），溶劑可萃取出部分水。

2.吸附蒸餾

氣-液-固三相分離過程

吸附分離優(yōu)點是分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。缺點是吸附劑用量大，收率低。

3.電泳分離

不同蛋白質(zhì)在一定pH值的緩沖溶液中，其溶解度不同，在電場作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動速度不同，從而實現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。

4.結(jié)晶與精餾的組合

把結(jié)晶和精餾結(jié)合起來分離易結(jié)晶，沸點相近，熔點差較大的混合物是最近提出的一種新型的分離工藝。

對這類物質(zhì)僅利用精餾過程進(jìn)行分離，沸點接近使分離的難度增大，熔點高造成的易結(jié)晶現(xiàn)象使操作控制比較困難，利用它們?nèi)埸c差較大的特性將精餾與熔融結(jié)晶耦合在一起，這樣既可以解決操作過程的困難，也可以利用熔點差大的特點增強(qiáng)分離效果。5.對于用結(jié)晶-精餾耦合分離MDI點同分異構(gòu)體的研究

二苯甲烷二異氰酸酯(MDI點)是一種重要的異氰酸酯，是生產(chǎn)聚氨酯的重要原料之一；二苯甲烷二異氰酸酯主要有三種同分異構(gòu)體4，4‘-MDI點，2，4’.MDI點和2.2‘-MDI點。這三種異構(gòu)體的沸點和凝固點都比較相近，工業(yè)粗產(chǎn)品中 2，2’-MDI點含量很少。工業(yè)生產(chǎn)上普遍采用精餾的方法分離提純MDI點產(chǎn)品，也有專利中采用熔融結(jié)晶的方法分離提純MDI點.100，而將精餾和結(jié)晶結(jié)合起來分離二苯甲基二異氰酸酯同分異構(gòu)體，相比單純的精餾或者結(jié)晶法，具有更大的優(yōu)越性，和經(jīng)濟(jì)可行性。

圖2 結(jié)晶精餾耦合過程流程圖

三、反應(yīng)過程與反應(yīng)過程耦合

1.反應(yīng)與反應(yīng)耦合

（1）兩個反應(yīng)相互耦合聯(lián)合一體，強(qiáng)化反應(yīng)過程，比如一個吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)耦合，實現(xiàn)整個反應(yīng)熱的自供，把一個不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)和另一個比較容易自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)耦合，從而構(gòu)成一個可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，從而提高效率和選擇性。

（2）反應(yīng)與反應(yīng)之間耦合要求比較高，技術(shù)上的限制也是比較多的；

2.甲烷催化燃燒與十二烷脫氫反應(yīng)的間接熱耦合

甲烷催化燃燒和十二烷脫氫反應(yīng)分別裝入套管式 反應(yīng)器中的內(nèi)側(cè)和環(huán)隙中，組裝成吸熱反應(yīng)間接熱耦合套管式反應(yīng)器，通過內(nèi)側(cè)和環(huán)隙的單側(cè)反應(yīng)熱傳遞，溫度分布均勻，從而到達(dá)熱量的動態(tài)平衡。

3.影響耦合反應(yīng)因素

（1）反應(yīng)條件：十二烷液時空速，內(nèi)側(cè)反應(yīng)混合空速和電爐的溫度。（空速是根據(jù)催化劑性能、原料性質(zhì)及要求的反應(yīng)深度而變化的。）

（2）反應(yīng)與反應(yīng)的耦合優(yōu)點：

1）反應(yīng)與反應(yīng)耦合充分利用能源和原材料，主要可以簡化很多工藝流程，強(qiáng)化了反應(yīng)過程。2）提高了反應(yīng)的利用率，選擇性和效率。

四、分離過程的集成

1.傳統(tǒng)分離過程的集成

合理組合傳統(tǒng)分離過程，揚(yáng)長避短，達(dá)到高效、低耗和減少污染的目的。

2.傳統(tǒng)分離過程與膜分離的集成

將膜技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)分離過程中：（1）滲透蒸發(fā)：用來分離揮發(fā)性液體混合物，恒沸、近沸點物系。（2）蒸汽滲透：發(fā)酵液脫水制無水乙醇。

3.膜過程的集成

它的優(yōu)點是取長補(bǔ)短，例如：分離懸浮液為高固體含量物料，將超濾、反滲透、滲透蒸餾組合在一起。

結(jié)束語

分離過程的應(yīng)用遍及能源、資源、環(huán)保、生物、新材料等領(lǐng)域，它往往是獲得合格產(chǎn)品、充分利用資源和控制環(huán)境污染的關(guān)鍵步驟。只有通過對分離對象、分離技術(shù)透徹的了解，選擇合適分離過程及其組合，才能設(shè)計出高效、節(jié)能的生產(chǎn)處理過程。

[1]姜福美（導(dǎo)師：胡仰棟）.結(jié)晶—精餾耦合分離MDI同分異構(gòu)體的研究[J].中國海洋大學(xué)碩士論文.2008（06）.

[2]張琴花,李會泉,柳海濤.二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）聚合反應(yīng)動力學(xué)研究[J].化學(xué)學(xué)報.2011（03）.