天津大学 化学工艺学41.ppt

离子、大分子、胶体、细胞和其他不挥发性物质完全不能透过；需要压差不高；由于有大的孔结构，因而在膜上产生污垢的可能性较小；可在较低的温度下使用。过程强化实例——膜蒸馏技术过程强化——替代能源替代能源：采用非热能的能量进行化学反应或分离工程，包括离心场、超声、微波、电场和等离子体等。等离子体：是电离状态的气体物质，由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的非凝聚体系，具有宏观尺度内的电中性与高导电性。微波：介于红外和无线电波之间的电磁波，波长1~100cm的的区域内。超声波：频率为2×104~2×109Hz的声波。过程强化实例——等离子体技术应用领域实例应用领域实例甲烷转化甲烷部分氧化制甲醇高分子材料处理引发接枝聚合甲烷CO2重整表面改性甲烷裂解制乙炔分子筛催化剂分子筛制备、活化、改性、再生甲烷转化合成烯烃等离子体在化工领域的应用举例等离子体是由最清洁的高能粒子组成，对环境和生态系统无不良影响；等离子体中的粒子、电子、激发态原子、自由基等都是极活泼的反应性物种，因此等离子体反应速率快，原料转化率高。三、产品绿色化产品绿色化包含两个层次：化学产品对人类健康和环境无毒害当化学产品的功能使命完成后，应以无毒害的降解物形式存在绿色化学品的设计需要在分子结构分析、分子构效关系和毒理学及毒性动态学基础上，遵照生物利用率最大化和辅助物质量最小化原则进行绿色化学奖美国的总统绿色化学挑战奖；Hancock绿色化学纪念奖学金；JosephBreen绿色化学领导奖和JosephBreen纪念联谊会员奖；英国绿色化学技术奖；英国绿色化学优胜奖；AstraZeneca绿色化学和工程奖；澳大利亚化学会绿色化学挑战奖；意大利保护环境大学化学联盟奖励计划；日本的绿色和可持续发展化学奖；过程绿色化-过程强化过程强化的概念和内容过程强化结构化工过程强化包括发展新设备和新技术。这些新设备和新技术与现行设备和技术相比在设备体积/产量比、能量消耗、废物排放和成本等方面具有明显优势，即新设备和新技术的设备体积/产量比小、能量消耗小、废物排放少和成本大为降低。也就是说，使反应体积变得更小、使过程变得更清洁、使能量的利用更为有效的任何化学工程的进步都可认为是化工过程强化。典型的对进行化学反应的设备的改进有：旋转盘反应器（SpinningDiskReactor）静态混合反应器（StaticMixerReactor或简记为SMR）静态混合催化剂（StaticMixingCatalysts或简记为KATAPAKs）整体式反应器（MonolithicReactor）微型反应器（Microreactors）热交换（HEX）反应器（HeatExchangeReactors）超声波气体/液体反应器（SupersonicGas/LiquidReactor）射流碰撞反应器（Jet-ImpingementReactor）转动填充床反应器（RotatingPacked-BedReactor）等。a、通过设备改进实现过程强化典型的对操作过程设备进行的改进有：静态混合器（StaticMixers）紧凑热交换器（CompactHeatExchangers）微孔道热交换器（MicrochannelHeatExchangers）转子/定子混合器（Rotor/StatorMixer）转动填充床（RotatingPackedBeds）离心吸附器（CentrifugalAdsorber）等。a、通过设备改进实现过程强化静态混合反应器搅拌技术在过去25年中得到了很大的改进。但有趣的是，搅拌技术的改进并非是通过改进搅拌机械而完成的，刚好相反，这一改进正是摒弃了搅拌机械，采用静态混合器而实现的。静态混合反应器是化工过程强化的一个很好的例子，与传统设备相比，它的体积更小、能量利用更充分。通过设备改进实现过程强化实例Sulzer型静态混合反应器，其混合单元由热传导管构成，可用于混合或反应需要提供大量的热能或产生大量热而需要移去的过程，比如硝化反应、中和反应等。静态混合器的一个重要缺陷是容易堵塞，因而不能用于需要使用浆状催化剂的情况。Sulzer通过采用既有很好的混合性能又可用作催化剂载体的特殊填充物的办法克服了这一困难。过程强化实例——静态混合反应器这一类敞开交叉流动结构催化剂（称为KATAPAKs）已用于放热的气相氧化反应和催化蒸馏过程，这些过程传统上是采用固定床反应器实现的。KATAPAKs具有很好的混合性质和径向传热特性，但其比表面较小。用于催化的整