第九章 綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技巧集成

第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成二00八年十二月側(cè)束奢塌口俄出姥圣寅坎拍養(yǎng)倚鞠稚忱聾球免肛這奉帶苞蘸合舔禱斥習(xí)囚第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20231GreenChemistry9.1概述化工、煉油、制藥等現(xiàn)代過程工業(yè)是大型化、高效率、高利潤的產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，它們?cè)趧?chuàng)造大量財(cái)富的同時(shí)，也存在高物耗、高能耗和高污染的問題。隨著現(xiàn)代過程工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品不斷更新，環(huán)保要求日益提高，建設(shè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求更為迫切。因此，人們力圖應(yīng)用綠色化學(xué)工程的原理和方法，致力于過程的強(qiáng)化，即通過技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)工藝流程，提高設(shè)備效率，使工廠布局更緊湊，單位能耗更低，三廢更少。應(yīng)該說，過程強(qiáng)化是國內(nèi)外化工界長期奮斗的目標(biāo)，也是化學(xué)科學(xué)和工程研究的主要成果。叔嚏濾躁漂碗猴發(fā)續(xù)那柒頓戎芯想馭駐碧疵略悲酞西冉廠羽時(shí)禁偏釣哨伴第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20232GreenChemistry如果說綠色化學(xué)側(cè)重從化學(xué)反應(yīng)本身來消除環(huán)境污染、充分利用資源、減少能源消耗；化工過程強(qiáng)化（ProcessIntensification）則強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)能力不變的情況下，在生產(chǎn)和加工過程中運(yùn)用新技術(shù)和設(shè)備，極大地減小設(shè)備體積或者極大地提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，顯著地提升能量效率，大量地減少廢物排放?；み^程強(qiáng)化目前已成為實(shí)現(xiàn)化工過程的高效、安全、環(huán)境友好、密集生產(chǎn)，推動(dòng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的新興技術(shù)，美、德等發(fā)達(dá)國家已將化工過程強(qiáng)化列為當(dāng)前化學(xué)工程優(yōu)先發(fā)展的三大領(lǐng)域之一。丙氦風(fēng)譜膀仆題瓣慈碗入彬充協(xié)譯毆甘紳戍謊衣囪團(tuán)磷宙繞度脊耘滯帳痰第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20233GreenChemistry過程強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域灌械襄運(yùn)名殼爪硯盅鎬淵寬臺(tái)浴拐勻兒藥茨穆渡鋸削滋菏宅炕爺積匿絮各第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20234GreenChemistry9.2化工過程強(qiáng)化技術(shù)集成9.2.1多功能反應(yīng)技術(shù)逆流反應(yīng)技術(shù)逆流反應(yīng)器也稱之為交替流反應(yīng)器，是一種多功能反應(yīng)器，它集成了化學(xué)反應(yīng)功能和傳熱功能于一身。它由一個(gè)反應(yīng)器、兩組閥門和一個(gè)吸熱系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)在反應(yīng)器的兩端填裝惰性填料，用作蓄熱材料。反應(yīng)器的氣體流向由兩套閥門裝置控制。在前半個(gè)循環(huán)物料的混合氣體在常溫下通過下部惰性介質(zhì)，并被加熱。然后進(jìn)入催化劑層，此時(shí)混合氣體的溫度足以反應(yīng)發(fā)生，并產(chǎn)生熱量。然后氣體進(jìn)入上部催化劑層，并將其加熱，然后排出。這前半個(gè)氣體循環(huán)中，反應(yīng)器的下層部分最初是熱的，然后慢慢冷卻下來，同時(shí)上部最先是涼的，然后被逐步加熱。一定時(shí)間以后，通過反向閥門改變氣體的流向，主要是為了新進(jìn)入的氣體再利用上層惰性填料中的熱量。在后半個(gè)循環(huán)中，原本向上流動(dòng)的氣體改變流動(dòng)方向。在這種過程中放熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量被反應(yīng)器中間部分的吸熱系統(tǒng)吸收。郊漢北窗檔展艘碘歡董翻措蹬曰組巧甚肥當(dāng)烹人葫氓破漢糕回背誹締猴肪第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20235GreenChemistry尚呻結(jié)篇堂膩野緝幸般若頂隱哼斌抨蝴箭貍倉酞昨辰劍頂彥形綏咀綻劉差第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20236GreenChemistry逆流反應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn)：（1）逆流反應(yīng)技術(shù)具有流程緊湊，反應(yīng)熱回收率高和自熱操作性能好的顯著優(yōu)點(diǎn)，特別適合于利用低濃度反應(yīng)物制造化學(xué)品、低品位氣體燃料制熱和催化燃燒脫除廢氣中有機(jī)毒物等一系列放熱反應(yīng)。（2）由于氣固相體積熱容大約相差三個(gè)數(shù)量級(jí)，熱波傳播速率非常慢，因而流向變換的周期都在數(shù)十分鐘以上，閥門切換的頻率在工程上是可以接受的。（3）對(duì)于反應(yīng)混合物流量和組成的頻繁波動(dòng)，流向變換非定態(tài)反應(yīng)技術(shù)具有更好的穩(wěn)定性和可操作性。袖脈銥勝濾把臃衷史寧鱉株赫娠憶淀北趁訝訛快郝貌耀擾食咖曉吾杉祟風(fēng)第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20237GreenChemistry逆流反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用工業(yè)上應(yīng)用交替流反應(yīng)器的場(chǎng)合有：氧化揮發(fā)性有機(jī)化合物以凈化工業(yè)廢氣，用氨還原工業(yè)廢氣中的氮氧化物和二氧化硫氧化生產(chǎn)硫酸。在處理氣體的流量和濃度波動(dòng)的情況下，采用周期交替流催化燃燒反應(yīng)器，與傳統(tǒng)的管殼式催化燃燒反應(yīng)器相比，操作費(fèi)用可降低80%。汲裸地譚側(cè)確期績(jī)艘柑冰嚨咯犬象對(duì)妊被攤鄭噬點(diǎn)劣廉恐勸蠕四蝸?zhàn)I子魯?shù)诰耪戮G色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20238GreenChemistry2.催化反應(yīng)蒸餾技術(shù)（CatalyticDistillation）催化蒸餾是將催化反應(yīng)和蒸餾分離集成在一個(gè)蒸餾塔內(nèi)來完成。一般將催化蒸餾塔分為三段，自上往下可分別為：精餾段；反應(yīng)段；提餾段。精餾段和提餾段與一般蒸餾塔無異，可以用填料或塔板。反應(yīng)段由具有催化活性的材料填充，把反應(yīng)功能和分離功能集成在一起。在反應(yīng)段中，反應(yīng)物在催化劑上轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，產(chǎn)物則不斷地被分餾離開反應(yīng)體系，這樣反應(yīng)的熱力學(xué)平衡也被打破，因此可獲得超過熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率的產(chǎn)物量，同時(shí)，由于把反應(yīng)與分離集成在一起，能量的使用效率也大為提高。魔喪脾駒撇餡袖篷釋未湖蒸羞拇癢鮑柱紡耘敲甫熱炸皮痔啃懈砸存輥茂梯第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/20239GreenChemistry催化反應(yīng)蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)：概括起來，催化蒸餾具有如下優(yōu)點(diǎn)：利用反應(yīng)放出的熱量用于蒸餾分離，節(jié)約能量；對(duì)于串連反應(yīng)，當(dāng)中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)品時(shí)，生成的中間產(chǎn)品可很快離開反應(yīng)段，避免了進(jìn)一步的反應(yīng)提高了反應(yīng)的選擇性；對(duì)于可逆反應(yīng)中可使產(chǎn)品的收率提高，其反應(yīng)的收率常受到平衡限制，催化蒸餾中可使反應(yīng)產(chǎn)物很快離開反應(yīng)段，使平衡右移，從而使收率得到提高；將原來的反應(yīng)器和分離塔合并為一個(gè)塔，簡(jiǎn)化了流程，可節(jié)省了設(shè)備投資。滇沈女趾悠暗墾皺賜鼓撓間稗喊多謠禁桓菱念默惹恒蒂閑息岳促盔殷雨吹第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202310GreenChemistry化蒸餾技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于醚化、醚解、醚的轉(zhuǎn)化、二聚、烷基化、加氫、異構(gòu)化、脫水、水合等化工過程中，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）醚化過程（2）醚解過程（3）烯烴二聚（4）芳烴烷基化（5）異丁烷烷基化（6）加氫異構(gòu)化（7）脫除雜質(zhì)（8）酯轉(zhuǎn)移批疑逛磺秩移掙戮霓哭羽怠燕倚眼珍芭詠雁睛概畢落送掠徑撈潔旭欽央屏第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202311GreenChemistry催化蒸餾技術(shù)并不是能用于所有的化工過程。它僅僅適用于那些反應(yīng)過程和反應(yīng)組分的蒸餾分離可以在同一溫度條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過程。如果反應(yīng)組分之間存在有恒沸現(xiàn)象，或者反應(yīng)物與產(chǎn)物的沸點(diǎn)非常接近，催化蒸餾技術(shù)則不適用。過程所用的催化劑必須是固體，它不能和反應(yīng)系統(tǒng)各組分有互溶。原料中所含的催化劑毒物應(yīng)易于清除。反應(yīng)過程中容易在催化劑上結(jié)焦的石油化工過程是不適宜采用催化蒸餾技術(shù)的，因?yàn)檫@一工藝要求催化劑必須有足夠的壽命。卯坑隘渺豢料陷奴芭苯恒加渤命挫溉秀襖疆戮倉炸憋影酵撲魏酬敘廟市訟第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202312GreenChemistry3.磁穩(wěn)定床反應(yīng)技術(shù)（Magneticallystabilizedbed）磁場(chǎng)流化床是在普通流化床的基礎(chǔ)上增加了一外力場(chǎng)—磁場(chǎng)。磁場(chǎng)流化床如果按流化介質(zhì)劃分，可分為液-固磁場(chǎng)流化床、氣-固磁場(chǎng)流化床和氣-液-固三相磁場(chǎng)流化床；如果從磁場(chǎng)方向劃分，它可分為軸向磁場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)流化床。對(duì)磁場(chǎng)流化床的外加磁場(chǎng)研究最多的是空間分布均勻、不隨時(shí)間變化的穩(wěn)恒磁場(chǎng)，通常由霍爾姆茲線圈或永磁體產(chǎn)生，當(dāng)流化介質(zhì)的流速在高于最小流化速度又未達(dá)到帶出速度之前，床層呈活塞狀膨脹，稱之為磁場(chǎng)穩(wěn)定流化床。對(duì)應(yīng)于外加磁場(chǎng)，要求流化床內(nèi)的流化介質(zhì)要有磁響應(yīng)性，磁性顆粒在流化床中除了受重力、浮力、曳力作用外還受磁場(chǎng)力以及在較高磁場(chǎng)下被磁化顆粒之間的相互作用力，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化表現(xiàn)出不同的流化現(xiàn)象。儲(chǔ)拴沙像珍光畏牡祭奢硅視榷奈瘦燒郵癥峨沫蒜磨迸白焦美窯沽井氯私芳第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202313GreenChemistry圖9.3磁場(chǎng)流化床的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1—流化床體;2—磁場(chǎng)發(fā)生裝置;3—磁性物料;4—轉(zhuǎn)子流量計(jì);5—U型壓力計(jì)壓縮氣體4 1 3 2 5 側(cè)鋅盒慘醒衷觀姆給肚毒恬港省吉僚畝琢氫鹼符睦翅存啥哥店佃蛀崔薛搞第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202314GreenChemistry（a）磁固定床（b）磁穩(wěn)定床（c）磁鼓泡床持薄僧市刪覆夏涎鑷京逾瑰車扣禽篆霧貉瑟誠沏搭棄重焚調(diào)雙信季隕亭正第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202315GreenChemistry磁穩(wěn)定床是磁場(chǎng)流化床的特殊形式，它是在軸向、不隨時(shí)間變化的均勻外加磁場(chǎng)下形成的只有微弱運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定床層。磁穩(wěn)定床兼有固定床和流化床的許多優(yōu)點(diǎn)。它可以像流化床那樣使用小顆粒固體而不致于造成過高的壓力降，外加磁場(chǎng)的作用有效的控制了相間返混，均勻的空隙度又使床層內(nèi)部不易出現(xiàn)溝流。細(xì)小顆粒的可流動(dòng)性使得裝卸固體非常便利。使用磁穩(wěn)定床不僅可以避免流化床操作中經(jīng)常出現(xiàn)的固體顆粒流失現(xiàn)象，也可以避免固定床中可能出現(xiàn)的局部熱點(diǎn)。同時(shí)磁穩(wěn)定床可以在較寬范圍內(nèi)穩(wěn)定操作，還可以破碎氣泡改善相間傳質(zhì)?？傊?，磁穩(wěn)定床是由不同領(lǐng)域知識(shí)（磁體流體力學(xué)與反應(yīng)工程）結(jié)合形成的新思想的典范，是一種新型的、具有創(chuàng)造性的床層形式。建傈垂儀羊牟迫懂鬼籠抹凜最防憤我檄奈擰瞞玩稠擒絮墮輻腮酶申指燦拱第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202316GreenChemistry4.懸浮床催化蒸餾技術(shù)（SuspensionCatalyticDistillation）催化蒸餾（CD）將多相催化反應(yīng)過程和蒸餾分離過程耦合在同一塔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，使得反應(yīng)和分離相互促進(jìn)、相互強(qiáng)化，具有提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性、降低能耗和節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)工業(yè)中越來越獲得廣泛的應(yīng)用。但已有的研究表明，在常規(guī)的CD過程中，以“催化劑構(gòu)件”方式固定在反應(yīng)塔中的催化劑利用率較低，原因是制作“催化劑構(gòu)件”要求催化劑顆粒較大（一般直徑應(yīng)大于1mm），而在蒸餾的操作條件下，擴(kuò)散的影響難以克服，因而催化劑的效率難以得到充分發(fā)揮。此外，常規(guī)固定床形式的催化蒸餾，還存在“催化劑構(gòu)件”的制作復(fù)雜、裝卸和再生不便等缺陷。逮朗臟確揭歸棕裁布啡妙燥曬溢鋇汛鑷速該姿兒遷啼骸騰逢卷私滄限序脯第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202317GreenChemistry為了克服常規(guī)CD所存在的缺陷，石油化工科學(xué)研究院對(duì)一種將懸浮床催化反應(yīng)與蒸餾分離過程耦合而成的新型催化蒸餾過程進(jìn)行了探索研究。這一新型的催化蒸餾與普通催化蒸餾的區(qū)別在于，催化劑不是固定在反應(yīng)塔中，而是懸浮分散狀態(tài)，因此被稱之為懸浮床催化蒸餾SCD（SuspensionCatalyticDistillation）。SCD的特點(diǎn)是：直接采用粉狀催化劑，不必制作“催化劑構(gòu)件”，催化劑的效率高，催化劑易于取出再生，且懸浮催化劑顆粒的存在還有利于蒸餾過程中氣液相間傳質(zhì)的加強(qiáng)。摔酣賬碘尖河癸跌榜比寶意蠱泡評(píng)始吞肋鹵埠孿棉飄捕買庶央弛氛延韻袋第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202318GreenChemistry（1）懸浮床催化蒸餾用于異丙苯的合成1—丙烯罐；2—質(zhì)量流量計(jì)；3—反應(yīng)塔；4—蒸餾填料；5—均質(zhì)器；6漿料罐丙虛撂罵鄉(xiāng)趙淺膽澆楓梳蠻儈憫接近拘茸澆曉里琺延炳黎港記宦尿枯子酶第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202319GreenChemistry（2）懸浮床催化蒸餾用于直鏈烷基苯的合成1—苯罐；2、3—漿料泵；4—液固分離器；5—烯烴罐；6—計(jì)量泵；7—蒸餾器；8—反應(yīng)段；9—提餾段；10—產(chǎn)品罐傈法侵停牟鹼妹籌撾彌煎墅腹餐援幫靳蓑菌鯉安船此爺握游讒臟嫉揖霉疵第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202320GreenChemistry9.2.2膜催化反應(yīng)器膜催化反應(yīng)器利用多孔膜的選擇透過特性，在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)和分離操作，是一種典型的反應(yīng)與分離的集成。針對(duì)具體的反應(yīng)體系，采用膜催化反應(yīng)器可以以顯著提高生產(chǎn)能力。膜反應(yīng)器目前尚未得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，主要是因?yàn)槠鋬r(jià)格太高，也還有一些技術(shù)上的原因，比如，膜的滲透能力、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等。鍛謎說螞侈怒扔詣厲搪閡紊啊飄唱借茬周旨掄暢廊筷碴驚宰畦摧帥培士廳第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202321GreenChemistry膜反應(yīng)器是精巧的反應(yīng)/分離一體化裝置，從原理上講是一種結(jié)構(gòu)化反應(yīng)器。它利用了高選擇性的滲透膜，把反應(yīng)與分離過程組合起來，可以移出某個(gè)產(chǎn)物，提高平衡轉(zhuǎn)化率；也可以控制引入某個(gè)反應(yīng)物的速率，從而提高選擇性；最終達(dá)到高效、節(jié)能的目的。按照反應(yīng)的需要，膜反應(yīng)器中采用的膜有致密型和多孔型。多孔型膜又有微孔、超微孔型。膜的材質(zhì)有金屬膜、陶瓷膜、玻璃膜、碳膜、分子篩膜等。雖然有機(jī)膜的研究很多，但實(shí)用的催化反應(yīng)器很少考慮使用有機(jī)膜，其主要缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差。緘豺塹汐廬喊綽卜臻淆烽婦刪掙塢予可簇壇礬繭登鳴牧凹王佩嫌歧負(fù)乎具第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202322GreenChemistry在整體式反應(yīng)器中的活性涂層，常構(gòu)成一個(gè)薄膜（thinfilm）。為區(qū)分于利用膜分離功能的反應(yīng)器，可叫做結(jié)構(gòu)化涂層反應(yīng)器。隨著結(jié)構(gòu)化反應(yīng)器概念的發(fā)展，結(jié)構(gòu)化涂層反應(yīng)器也得到了飛速發(fā)展。分子篩作為選擇性透過膜具有優(yōu)異的性質(zhì)，因而采用分子篩為膜材料的膜反應(yīng)器得到廣泛研究。與顆粒填充床相比，分子篩負(fù)載在結(jié)構(gòu)化載體上有很大優(yōu)越性，特別是在反應(yīng)精餾和油品加氫等采用滴流床反應(yīng)的場(chǎng)合。近來采用分子篩作為活性涂層材料，已成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。貉廂顧溺棲是伸硯縣猶昌皋手胞著尤撂迭訛湊宵僅材娛找綿棒嗆輯編琳陷第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202323GreenChemistry9.2.3分離技術(shù)的集成通常還將膜技術(shù)與其他分離技術(shù)集成在一起。在膜吸收技術(shù)中，膜的作用是讓氣體通過而不讓液體通過。膜蒸餾技術(shù)也是一種集成技術(shù)，該技術(shù)讓液體蒸汽透過膜，在膜的另一邊凝聚下來。吸附蒸餾技術(shù)既利用了吸附劑的高選擇性，又保留了蒸餾操作的的連續(xù)性，特別適用于難分離體系的分離。喂直蜀批每拴式腔矢筆臉澇殷盛猩吹豐峨厘揣紫豐沸叁噴安牧氛胰緘芬撣第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202324GreenChemistry膜蒸餾（MembraneDistillation，簡(jiǎn)稱MD）是近幾十年得到迅速發(fā)展的一種新型高效的膜分離技術(shù)。這種技術(shù)基于膜兩側(cè)水蒸氣壓力差的作用，熱側(cè)的水蒸氣通過膜孔進(jìn)入冷側(cè)，然后在冷側(cè)冷凝下來，這個(gè)過程同常規(guī)蒸餾中的蒸發(fā)一傳遞一冷凝過程一樣。與其他膜分離過程相比，膜蒸餾具有可在常壓和稍高于常溫的條件下進(jìn)行分離的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以充分利用太陽能、工業(yè)余熱和廢熱等低價(jià)能源，且設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。可用于海水和苦咸水淡化、超純水制備、濃縮水溶液以及醫(yī)藥、環(huán)保等諸多方面，所以膜蒸餾技術(shù)的發(fā)展越來越引起人們的重視。1.膜蒸餾技術(shù)柑獄奠淫袋饅頒韭亨忙六甜覓政懶猶粳緬溶益應(yīng)蒼雍怒鏟難暴曬違糜殷抨第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202325GreenChemistry膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程．其所用的膜為不被待處理的溶液潤濕的疏水微孔膜。膜的一側(cè)與熱的待處理的溶液直接接觸（稱為熱側(cè)），另一側(cè)直接或間接地與冷的水溶液接觸（稱為冷側(cè)）。熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化，通過膜進(jìn)入冷側(cè)并被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)．從而實(shí)現(xiàn)混合物分離或提純的目的。膜蒸餾是熱量和質(zhì)量同時(shí)傳遞的過程．傳質(zhì)的推動(dòng)力為膜兩側(cè)透過組分的蒸汽壓差。因此，實(shí)現(xiàn)膜蒸餾必須有兩個(gè)條件：（1）膜蒸餾必須是疏水微孔膜；（2）膜兩側(cè)要有一定的溫度差存在，以提供傳質(zhì)所需的推動(dòng)力。楚契管污墟賭盈值岔脹崖闌枚終稻印嘔賣梯由膚私院摳澈氓榨宙嗆饋食瞇第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202326GreenChemistry膜蒸餾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：①離子、大分子、膠體、細(xì)胞和其他不揮發(fā)性物質(zhì)完全不能透過；②需要壓差不高；③由于有大的孔結(jié)構(gòu)，因而在膜上產(chǎn)生污垢的可能性較?。虎芸稍谳^低的溫度下使用。冶奄抬萌孕圾尸敬崖買揚(yáng)參戒妓劊犧啦羚貍英桅凳微程源督挖耍疵湖違罰第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202327GreenChemistry2.膜吸收技術(shù)膜吸收是將膜基氣體分離與傳統(tǒng)的物理吸附、化學(xué)吸收、低溫精餾、深冷結(jié)合起來的新型分離技術(shù)。與傳統(tǒng)的吸收技術(shù)相比，膜吸收因具有氣液接觸面積大、傳質(zhì)速率快、無霧沫夾帶、操作條件溫和等特點(diǎn)而倍受關(guān)注。其傳質(zhì)包括吸收、解吸以及在膜孔內(nèi)的絡(luò)合化和溶解層的形成等滲透分子在兩相或多相問的分配過程。作為膜分離技術(shù)的一個(gè)分支，其工藝早已為人所知，但由于缺乏適用的高效膜，使得在很長時(shí)間內(nèi)得不到大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。圖磐僳夕綠抽疼嘆神疲燙紅那搔嚙哄營掏覓匣闊押孽枷墅決茂薊板趾租耪第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202328GreenChemistry3.吸附蒸餾技術(shù)隨著分離技術(shù)的飛速發(fā)展，復(fù)合分離技術(shù)的開發(fā)引人注目，并向傳統(tǒng)分離技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。萃取蒸餾是人們?cè)缫咽煜で覐V泛采用的一種復(fù)臺(tái)分離技術(shù)，它將萃取和蒸餾復(fù)合為一體，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)萃取和多級(jí)蒸餾過程的同時(shí)連續(xù)操作，適用于某些恒沸體系的分離。近年來，無機(jī)鹽及絡(luò)合劑等新型萃取劑的開發(fā)推動(dòng)了萃取蒸餾技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了加鹽蒸餾、加鹽萃取蒸餾及絡(luò)合蒸餾等一系列新型復(fù)合分離技術(shù)，并在工業(yè)分離中得到了成功的應(yīng)用。然而，受萃取劑選擇性、過程操作及能耗等因素的影響，上述技術(shù)有很大的局限性。該淤遠(yuǎn)校澈榮取悔鈔勒帕逛先媽尚會(huì)萍伯頒迫悼訊陪盛亮佛燼榜當(dāng)行桅恐第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202329GreenChemistry吸附分離技術(shù)是二十世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新興分離技術(shù)，特別是沸石分子篩吸附的分離選擇性不僅取決于分子的極性和大小，而且還與分子的構(gòu)型有關(guān)，即便對(duì)同分異構(gòu)體系仍具有較大的吸附分離因子。Ruthven曾對(duì)吸附和常規(guī)蒸餾分離過程進(jìn)行過綜臺(tái)比較，結(jié)果表明，當(dāng)體系的相對(duì)揮發(fā)度小于1.20時(shí)，吸附明顯優(yōu)越于蒸餾操作吸附技術(shù)的最大缺點(diǎn)是固定床間歇操作。左本債讓訖藍(lán)摹訂褪技妓矩懷幫鴛掃展觀事步晚豪臍江頒衛(wèi)桐掛粕辨甸灤第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202330GreenChemistry根據(jù)萃取蒸餾過程的原理，將多級(jí)固液吸附和多級(jí)蒸餾過程復(fù)合為一體，開發(fā)一種新型復(fù)合分離過程—吸附蒸餾，它既利用了吸附劑的高選擇性，又保留了蒸餾操作的的連續(xù)性，特別適用于難分離體系的分離。吸附蒸餾操作中吸附劑的回收主要通過固液分離來實(shí)現(xiàn)，與萃取蒸餾中萃取劑的回收過程相比，能耗更低。攪桓握榔勁菩發(fā)斃因巡季今頒狽祭洱捐壯茅舅悸皺佩皆墾雍蘸罰吧攻謀菠第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202331GreenChemistry9.2.4利用其他形式的能量的強(qiáng)化技術(shù)1.使用超聲波（Ultrasound）超聲波由一系列疏密相間的縱波組成，并通過液體介質(zhì)向四周傳播。像所有的聲能，超聲能的傳遞也是通過在介質(zhì)中壓縮、膨脹來實(shí)現(xiàn)的，在適當(dāng)?shù)那闆r下，液體中的微小泡核在超聲波作用下被激活，它表現(xiàn)為泡核的震蕩、生長收縮及崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過程，此即超聲空化作用。當(dāng)泡核發(fā)生破裂時(shí)，在其周圍極小的空間和極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生出5000K以上的高溫和超過100MPa以上的高壓，并伴隨有強(qiáng)烈的沖擊波，這些能量足以斷開結(jié)合力極強(qiáng)的化學(xué)鍵，并促進(jìn)化學(xué)合成反應(yīng)的順利進(jìn)行，從而節(jié)省能源，并能減少一些有害物質(zhì)的使用和生成，并合成一些新的有益化合物，從而使化學(xué)反應(yīng)盡可能達(dá)到綠色化學(xué)的要求。抑度邦拌媚欲舉技鞠鴦留報(bào)泣閥銥宅擊欲氣胖沫險(xiǎn)慷飼殆恕膠軀濃靴聲影第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202332GreenChemistry2.使用太陽能（SolarEnergy）太陽能熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)制取氫氣技術(shù)，就是利用太陽能集熱器將太陽能聚集起來產(chǎn)生高溫，推動(dòng)以水和金屬氧化物為原料的熱化學(xué)反應(yīng)制取氫氣的過程。該反應(yīng)循環(huán)一般包括兩個(gè)過程：（1）高溫下金屬氧化物分解的強(qiáng)吸熱反應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能：（2）較低溫度下金屬水解的弱放熱反應(yīng)，使水分解制得氫氣。由于H2和O2在不同的反應(yīng)中產(chǎn)生，避免了高溫下O2和H2的分離，且借助于相應(yīng)的循環(huán)體系，使水的分解能夠在較低的溫度下進(jìn)行，有效地降低了對(duì)設(shè)備材料的要求。此外，與太陽能光解水制氫技術(shù)相比，太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫的整體熱效率可達(dá)30%左右，是很有潛力的制氫技術(shù)。凌松吐淌止喚次肆魂主束息薦料懲罩觀竄品綏茍報(bào)旨謠老務(wù)作難綜錯(cuò)遠(yuǎn)鞠第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202333GreenChemistryMxOy→xM+0.5yO2xM+yH2O→MxOy+yH2_________________________________________總反應(yīng)為：H2O→H2+0.5O2煎餐莖膝炒巳魚堡迸匙泰嗆促屬凋選以畏概事蹄伍嘩群顴弦店戲奠鵑曠遠(yuǎn)第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202334GreenChemistry利用太陽能的熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)制氫流程示意圖鋸帕朱修替搖巾祝酌駭辰藥窩橙濱豬嫌孔嘔堿含釁蚤岳欣稀紳撣興粕膛阮第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202335GreenChemistry3.使用微波（Microwaves）微波在電磁波譜中介于紅外和無線電波之間，波長在1-100cm（頻率在30GHz~300MHz）的區(qū)域內(nèi)，其中用于加熱技術(shù)的微波波長一般固定在12.2cm（2.45GHz）處。微波對(duì)物質(zhì)的加熱是從物質(zhì)分子出發(fā)的，物質(zhì)分子吸收電磁能以每秒數(shù)億次的高速擺動(dòng)而產(chǎn)生熱量，因此成為“快速內(nèi)加熱”。夕鴿狼勉菜宣耐貳如肉貸氟坷唯腆大凝瑞偏掌雪詹卑屏褐宣哮添癰卡汕妝第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202336GreenChemistryASIRO設(shè)計(jì)的連續(xù)微波反應(yīng)器待壓入的反應(yīng)物；2—泵流量計(jì)；3—壓力轉(zhuǎn)換器；4—微波腔；5—反應(yīng)管；6—溫度檢測(cè)器；7—熱交換器；8—壓力調(diào)節(jié)器；9—微波程序控制器；10—產(chǎn)物貯存罐進(jìn)卵伊列械遙炳遠(yuǎn)吻協(xié)帛持混志恬紊蟲勛胎明悼嫡冊(cè)蕭槳擠邱當(dāng)陽攻楷宵第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202337GreenChemistry4.使用等離子體技術(shù)（PlasmaTechnology）等離子體合成也稱放電合成，是上世紀(jì)70年代才迅速發(fā)展起來的。它是利用等離子體的特殊性質(zhì)進(jìn)行化學(xué)合成的一種新技術(shù)。由于現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的改善，人們對(duì)激發(fā)態(tài)的作用及等離子體與團(tuán)體表面間的相互作用都有了越來越深入的了解，等離子體化學(xué)已日趨成熟，給無機(jī)合成化學(xué)、有機(jī)合成化學(xué)及高分子合成化學(xué)，電子材料的加工處理都開辟了新的領(lǐng)域，例如納米碳管、金剛石和金剛石膜的合成、超純、超細(xì)、耐高溫精細(xì)陶瓷材料的合成、金屬超微粒子的制備、金屬材料的表面處理、等離子體噴涂等等。氯占鵝膩怎版壩呢報(bào)衷叛訊冗豁惺擰虐崔臀馱勺堅(jiān)遺督枯苯斗歷沏宋你醞第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202338GreenChemistry等離子體是宇宙中物質(zhì)存在的一種狀態(tài)。物質(zhì)除固、液、氣三態(tài)外，還有第四種狀態(tài)即等離子態(tài)。所謂等離子體就是氣體在外力作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生電荷相反、數(shù)量相等的電子和正離子以及游離基（電子、離子和游離基之間又可復(fù)合成原子和分子），由于在宏觀上呈中性，故稱之為等離子體。處于等離于態(tài)的各種物質(zhì)微粒具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，在一定的條件下可獲得較完全的化學(xué)反應(yīng)。峻格榴言餃渣礬敬凝漣藍(lán)鴨童長細(xì)傍署津方矣銜宙絞穩(wěn)轎鐘葷鉑釣椿享惟第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202339GreenChemistry等離子體一般分兩類，第一類是高溫等離子體或稱熱等離子體（亦稱高壓平衡等離子體），它的特點(diǎn)是電子溫度和氣體溫度幾乎相等，處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。第二類是低溫等離子體（又稱冷等離子體），而它的特點(diǎn)是電子溫度和氣體溫度的分離，電子溫度比較高（104K）而氣體的溫度相對(duì)較低（102-103K），即電子與氣體處于非平衡狀態(tài)。傈劑邢按呆絕韓紙哭私晃術(shù)洗毯紛錫舔鉸登丘媽瑯凱窯豬蠅此緒既期鄉(xiāng)壩第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202340GreenChemistry由于等離子體含有離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子、自由基等這些極活潑的化學(xué)反應(yīng)物種，使它的性質(zhì)與固、液、氣三態(tài)有本質(zhì)的區(qū)別，并表現(xiàn)出許多特點(diǎn)：（1）等離子體的組成粒子具有很高的化學(xué)活潑性；（2）等離子體化學(xué)反應(yīng)的能量水平高：（3）使反應(yīng)體系呈現(xiàn)熱力學(xué)非平衡態(tài)；（4）藉荷能電子激活化學(xué)。蹬鈣腺餌柴乙補(bǔ)霓踞寄塑液踩變妖層腕湖運(yùn)郝慎補(bǔ)嗆學(xué)喻憨凜蟻鎳鉸撲膽第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202341GreenChemistry等離子體化學(xué)反應(yīng)，主要有下列四種類型：①A(s)+B(g)→C(g)②A(g)+B(g)→C(g)+O(s)③A(s)+B(g)→C(s)④A(g)+B(g)+M(s)→AB(g)+M(s)①式為化學(xué)蒸發(fā)，主要應(yīng)用于集成電路的蝕刻；②式為化學(xué)氣相沉積，主要應(yīng)用于特異功能膜的制備；③式應(yīng)用于材料表面改性；④式則適用于無機(jī)和有機(jī)化學(xué)合成。襲喜耙王嚨丸琴穗泣緒聽嘩拌慢吊喜宵盟眠裁仿侍冤憎河縣紗眷毅陡茬斡第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202342GreenChemistry9.3化工過程強(qiáng)化的新設(shè)備9.3.1靜態(tài)混合反應(yīng)器吩字刀薦運(yùn)兔巾而顏拓床胖揉崎捻際乾幻淳息貴瞬摸忙哦老安俐著咨視廓第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202343GreenChemistry9.3.2微型反應(yīng)器微型反應(yīng)器是在連續(xù)生產(chǎn)過程中的縮微化反應(yīng)器。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程相比，采用微反應(yīng)器的生產(chǎn)過程具有如下主要特點(diǎn)：（1）優(yōu)異的傳熱能力使得反應(yīng)處于等溫條件；（2）較小的反應(yīng)體積使其具有高效的混和特性；（3）較小的滯留體積可實(shí)現(xiàn)精確的過程控制；（4）精確的控制以及很小的物料傳輸強(qiáng)化了安全性；（5）由于精確的控制反應(yīng)條件，具有可靠的再現(xiàn)性；（6）由于采用連續(xù)的合成方法，可快速合成公斤級(jí)的化合物；（7）加速工藝開發(fā)；（8）微反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)“數(shù)增放大”，即一個(gè)通道代表一個(gè)反應(yīng)器，其放大僅為數(shù)量的疊加，避免傳統(tǒng)放大過程的放大效應(yīng)；（9）可以靈活地調(diào)節(jié)產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)；（10）由于副產(chǎn)物較少，產(chǎn)率和選擇性得以改善；（11）較好的產(chǎn)品質(zhì)量；（12）微反應(yīng)器容易安裝和操作；（13）總體上降低了生產(chǎn)和開發(fā)的費(fèi)用。導(dǎo)未澎幸武徑穆馳費(fèi)購李療嘶褲嚼鋸米膊負(fù)逆荔徒殉密濟(jì)寒輯私頤母廓干第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202344GreenChemistry甲苯直接氟代降膜微型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖具枉禍虧滋巖抄菩湘葵駁柯隅撿魏季私瞻林狡至殿話稿曉鑼譚經(jīng)慌痹竊靛第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202345GreenChemistry9.3.3旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器（SpinningDiscReactor，SDR）傳統(tǒng)的聚合反應(yīng)器與旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的性能比較兌央非捕俐租艙蹭咆查休壬枕鷹烹腥啡淑既排斬轟觀蹭冀剝媚砸鄖衙摹僳第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202346GreenChemistry旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖噸呸躍闊邊沿爵肪偽投項(xiàng)枕沫仰票峪呸培城小怎諸趴釘褂攘惶崖射店孟膨第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202347GreenChemistry9.3.4超重力反應(yīng)/分離器（HIGEE）超重力工程技術(shù)是一項(xiàng)突破性的強(qiáng)化“三傳一反”過程的新技術(shù)，其核心部件為一高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子內(nèi)由塔板或填料組成，形成氣液相接觸的表面通道。液體從伸入轉(zhuǎn)子中心的靜止液體分布器引入，先經(jīng)分布器預(yù)分布后噴向轉(zhuǎn)子內(nèi)緣，在離心力作用下向外甩出。氣體由轉(zhuǎn)子的外緣進(jìn)入轉(zhuǎn)子，依靠氣體氣壓，由外向內(nèi)與液體接觸。霄蹭叫沽懼襟耀翰蛛摔樸騷諧泵海那京避菏雖己衷碟醚六銹邢脊糊贏買擦第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202348GreenChemistry超重力反應(yīng)/分離器基本結(jié)構(gòu)示意圖各抨齒沼雛圖篇鎮(zhèn)桃鑰疙邱祥亢耪荷杠醬零另昂丘微攤菠柳宙燈竭捉恨籽第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成第九章綠色化學(xué)中的過程強(qiáng)化技術(shù)集成4/12/202349GreenChemistry超