淺析分離過程的強化與集成

馮清華（淮安市廣播電視大學 江蘇 淮安 223005）

一、反應過程與分離過程的耦合

目的：改善不利的熱力學和動力學因數，減少設備、操作費用、節約資源和能源。例如：反應精餾。反應精餾是在進行反應的同時，用精餾方法分離產物的過程。它的目的是為了提高分離效率和反應收率。

反應精餾的主要優點：（1）選擇性高（2）轉化率高（3）生產能力高（4）產品純度高（5）能耗低（6）投資省（7）系統容易控制

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

利用精餾促進反應的反應精餾

可逆反應如：醇與酸進行酯化反應

連串反應：A→R→S

圖1 醋酸甲酯反應精餾塔

二、分離過程與分離過程的耦合

復合分離過程（即多個分離的組合），它的優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。

利用反應促進精餾的反應精餾，利用異構體與反應添加劑之間反應能力的差異，通過反應精餾而實現分離是異構體分離技術之一（比如C 8芳烴異構體），它通常是在雙塔中完成的。

1.萃取結晶（加和結晶）

分離：①揮發度相近的組分。②無機鹽生產（優點：節能），溶劑可萃取出部分水。

2.吸附蒸餾

氣-液-固三相分離過程

吸附分離優點是分離因子高，產品濃度高，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中的泳動速度不同，從而實現不同蛋白質的分離。

4.結晶與精餾的組合

把結晶和精餾結合起來分離易結晶，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。

對這類物質僅利用精餾過程進行分離，沸點接近使分離的難度增大，熔點高造成的易結晶現象使操作控制比較困難，利用它們熔點差較大的特性將精餾與熔融結晶耦合在一起，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分離效果。5.對于用結晶-精餾耦合分離MDI點同分異構體的研究

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體4，4‘-MDI點，2，4’.MDI點和2.2‘-MDI點。這三種異構體的沸點和凝固點都比較相近，工業粗產品中 2，2’-MDI點含量很少。工業生產上普遍采用精餾的方法分離提純MDI點產品，也有專利中采用熔融結晶的方法分離提純MDI點.100，而將精餾和結晶結合起來分離二苯甲基二異氰酸酯同分異構體，相比單純的精餾或者結晶法，具有更大的優越性，和經濟可行性。

圖2 結晶精餾耦合過程流程圖

三、反應過程與反應過程耦合

1.反應與反應耦合

（1）兩個反應相互耦合聯合一體，強化反應過程，比如一個吸熱反應和放熱反應耦合，實現整個反應熱的自供，把一個不能自發進行的反應和另一個比較容易自發進行的反應耦合，從而構成一個可以自發進行的反應，從而提高效率和選擇性。

（2）反應與反應之間耦合要求比較高，技術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的間接熱耦合

甲烷催化燃燒和十二烷脫氫反應分別裝入套管式 反應器中的內側和環隙中，組裝成吸熱反應間接熱耦合套管式反應器，通過內側和環隙的單側反應熱傳遞，溫度分布均勻，從而到達熱量的動態平衡。

3.影響耦合反應因素

（1）反應條件：十二烷液時空速，內側反應混合空速和電爐的溫度。（空速是根據催化劑性能、原料性質及要求的反應深度而變化的。）

（2）反應與反應的耦合優點：

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

四、分離過程的集成

1.傳統分離過程的集成

合理組合傳統分離過程，揚長避短，達到高效、低耗和減少污染的目的。

2.傳統分離過程與膜分離的集成

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

3.膜過程的集成

它的優點是取長補短，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。

結束語

分離過程的應用遍及能源、資源、環保、生物、新材料等領域，它往往是獲得合格產品、充分利用資源和控制環境污染的關鍵步驟。只有通過對分離對象、分離技術透徹的了解，選擇合適分離過程及其組合，才能設計出高效、節能的生產處理過程。

[1]姜福美（導師：胡仰棟）.結晶—精餾耦合分離MDI同分異構體的研究[J].中國海洋大學碩士論文.2008（06）.

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