耦合化工過程，在一套設備中同時進行多個單元操作或(和)反應過程。
基本介紹
- 中文名：耦合化工過程
- 所屬學科：化學工程
這是化學工程的新的生長點。多個過程的耦合可以使流程和設備簡化、降低能耗、增加處理能力和收率。可分為三大類：反應–分離過程的耦合 其中又可分為三種情況：①在反應過程中不斷把產物分離，利用反應不斷把難分離的組分分開。前者可以打破反應平衡的限制，使轉化率提高，甚至接近100％轉化，已工業化的有反應蒸餾。例如以強酸性樹脂為催化劑把甲醇和異丁烯合成甲基叔丁基醚。把固體催化劑裝在蒸餾塔內組成一個反應蒸餾塔，一面反應，一面把產物分離，使甲醇的轉化率接近100％，利用釋出的反應熱供蒸餾之用，可節能1/3～1/2。用一個反應蒸餾塔代替原有工藝的五個設備，大幅度節省投資。這過程已廣泛用在醚化、酯化、水合、烷基化等過程。後者是通過反應強化分離。近年發展較快的有反應萃取、反應結晶等。反應與膜分離耦合的膜反應器更受到人們的重視。②反應中不斷清除有害物質。最常用的是在催化反應中及時除去使催化劑失活的物質。如循環流化床催化裂化中一方面進行裂化反應，另一方面不斷把催化劑取出再生，保持高的活性。對生物反應，產物對反應常有抑制作用。在反應的同時把產物分離，也有利於提高轉化率和反應速率。③對原料中參加反應的組分進行預分離。即把反應器與分離器耦合組成一個設備，使某一原料先進入分離器，使參加反應的組分預先分離或濃縮，再進入反應器。這樣做，不但可以提高反應速率和選擇性，而且可以使反應產物的分離過程簡化。典型的例子是用循環流化床由空氣把丁烷氧化制順丁烯二酸酐。催化劑在反應器和分離器間循環。在分離器中，空氣中的氧和催化劑結合，預先與氮氣分離。催化劑作為氧的載體把氧送入反應器中把丁烷氧化。與把空氣直接通入反應器中傳統的反應過程相比，產品收率從54％增大至70％，成本下降20％。多個分離過程的耦合 也可分為兩類：①利用被分離組分的不同物性，把不同單元操作耦合，增大分離的選擇性。如膜分離與蒸發過程耦合的滲透蒸發，膜分離與蒸餾耦合的膜蒸餾，蒸餾與吸附耦合的吸附蒸餾。其他還有萃取結晶、萃取離子交換、電泳萃取等。②原料分離與分離劑回收過程的耦合，可使流程、設備簡化，節約能耗。研究最多的是支撐液膜萃取。即把少量萃取劑固定在固體膜上，膜的一側通入被萃取原料，膜的另一側通入反萃溶液。被萃取的組分進入膜中的萃取劑後，很快被反萃液萃出。由於溶劑比很小，與傳統的萃取過程相比，能耗大大下降。多個反應過程的耦合 即在一個反應器中同時進行兩個或多個反應。這些反應的作用是互補的。如一個反應的產物為另一個反應的原料；或一個反應是放熱的，另一個反應是吸熱的。前者的例子是澱粉通過澱粉酶轉化為葡萄糖，接著又通過葡萄糖異構酶轉化為果糖。後者的例子是丁烷經空氣部分氧化制丁烯，氧化是放熱反應、脫氫是吸熱反應，二者相結合使反應器的換熱設備大大簡化，反應溫度大大降低。推薦書目 袁乃駒,丁富新.分離和反應工程的“場”“流”分析.北京:中國石化出版社,1996.
