新型反應(yīng)器-膜反應(yīng)器.ppt

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1、姓名：許曉茗班級：制藥工程學號：1511315042新型反應(yīng)器----膜反應(yīng)器1新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器簡介:膜分離技術(shù)被認為是20世紀末至21世紀中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。膜分離具有設(shè)備簡單、操作方便、處理效率高和節(jié)能等優(yōu)點,適合于熱敏性物料、無相變和無化學變化的分離過程,已成為一種新型的分離單元操作之一。膜分離技術(shù)主要應(yīng)用于分離純化、控制釋放、膜反應(yīng)器、能量轉(zhuǎn)換4個領(lǐng)域。其中膜反應(yīng)器是膜過程和反應(yīng)過程相結(jié)合的新技術(shù)。隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展,膜反應(yīng)器也有了很大的發(fā)展。膜反應(yīng)器已經(jīng)在物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)化、

2、發(fā)酵、廢水處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。2新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器目錄展望膜反應(yīng)的特點膜反應(yīng)的類型膜生物反應(yīng)器的研究與應(yīng)用膜催化反應(yīng)的研究與應(yīng)用216433新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器第一章膜反應(yīng)的特點許多重要的化學反應(yīng)都是平衡反應(yīng),使用普通的反應(yīng)器無法突破平衡轉(zhuǎn)化率的限制,而膜分離技術(shù)利用膜作為隔離介質(zhì),可以實現(xiàn)各種分離要求(從非均相物質(zhì)顆粒到均相的分子和離子分離)。膜反應(yīng)器主要有以下特點:1對受化學平衡限制的反應(yīng),膜反應(yīng)器能移動化學平衡243有可能提高復雜反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率反應(yīng)可在較低的溫度和壓力下進行

3、有可能使化學反應(yīng)、產(chǎn)物分離和凈化等幾個單元操作在一個膜反應(yīng)器中進行4新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器第二章膜反應(yīng)類型膜反應(yīng)類型膜反應(yīng)主要包括膜生物反應(yīng)和膜催化反應(yīng),其相應(yīng)的反應(yīng)器稱為膜生物反應(yīng)器和膜催化反應(yīng)器;根據(jù)膜在膜反應(yīng)器中作用的不同,一般將膜反應(yīng)器分為2類:1.惰性膜反應(yīng)器2.催化膜反應(yīng)器膜本身無催化活性,只起分離作用,反應(yīng)所需的催化劑需另行裝入,一般的膜生物反應(yīng)器屬于此類;膜具有催化和分離雙重功能,用于制備催化膜的基膜材料可根據(jù)具體的反應(yīng)和分離過程選用無機材料或有機高分子材料,根據(jù)所選材料種類的不同,所

4、制成的催化膜可分為無機催化膜和高分子催化膜。最近的膜催化反應(yīng)器的發(fā)展主要集中在石油化化工領(lǐng)域,如催化加氫反應(yīng)及烴類催化氧化反應(yīng)等。5新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器第三章膜反應(yīng)類型膜催化反應(yīng)器的研究與應(yīng)用3.1無機膜反應(yīng)器無機膜是指以金屬、金屬氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等無機材料制成的半透膜,常用的材料有Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。6新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器3.1無機膜反應(yīng)器脫氫加氫反應(yīng)控制氧化反應(yīng)反應(yīng)偶聯(lián)脫硫反應(yīng)7新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器膜反應(yīng)類型3.1.1脫氫、加氫反應(yīng)環(huán)己烷、乙苯

5、、丙烷等脫氫反應(yīng)屬于可逆反應(yīng),受熱力學條件的限制,轉(zhuǎn)化率較低。在膜反應(yīng)器中移走生成的反應(yīng)產(chǎn)物H2,可突破熱力學的限制,提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率及速率。致密膜如Pd膜和Pd-Ag(Ni、Cu、Rh)等合金膜,由于其透氫量大和選擇性高而受到重視。傳統(tǒng)環(huán)己烷脫氫反應(yīng),200攝氏度時的平衡轉(zhuǎn)化率為18.7%,而使用鈀膜反應(yīng)器,其轉(zhuǎn)化率可達99.5%。Gryaznov等在加氫反應(yīng)實驗中發(fā)現(xiàn),H2以高活性的H+形式滲透通過鈀基膜與吸附在膜表面的碳氫物反應(yīng),而H2通過膜的擴散不是反應(yīng)的控制步驟。新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器8第三

6、章膜反應(yīng)類型膜催化反應(yīng)器的研究與應(yīng)用在加氫、脫氫反應(yīng)中,通過控制H2的量,會提高反應(yīng)的收率及選擇性。把反應(yīng)產(chǎn)物H2移走,可突破化學平衡的限制,收率明顯高于傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器。Schafer等提出了膜和催化劑必須在動力學上相匹配的原則,即H2通量低的膜和低活性的催化劑相配、H2通量高的膜和高活性的催化劑相配才能發(fā)揮最佳效果。Chang等在Pd/Al2O3膜反應(yīng)器上利用Pt/K/Sn/Al2O3催化劑對丙烷進行脫氫反應(yīng),研究表明膜反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率提升到平衡轉(zhuǎn)化率的2.5倍、固定床的6倍,充分體現(xiàn)了膜反應(yīng)器的優(yōu)越

7、性。3.1.1脫氫、加氫反應(yīng)9新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器膜反應(yīng)類型由于氧化反應(yīng)的程度難以控制,副產(chǎn)物多,反應(yīng)選擇性低,因而通過向反應(yīng)體系中加入適當形態(tài)的氧來控制其活性成為研究的熱點。李志華等采用Al2O3材料膜進行丁烯氧化脫氫制二烯的研究,反應(yīng)的選擇性、轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物的產(chǎn)率均比固定床反應(yīng)器有顯著提高。Zeng等利用改進的氧化鉍膜反應(yīng)器進行甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯和乙烷的研究,結(jié)果表明乙烯和乙烷的選擇性可達80%。Julbe等在Al2O3支撐體的孔內(nèi)經(jīng)過分入V2O5/AlPO4晶體,利用V2O5的氧化還原性(V2O

8、5/V2O3),根據(jù)氧氣量自動調(diào)節(jié)膜的孔徑分布,控制膜的透氧量,實現(xiàn)氧與反應(yīng)物的合理配比。3.1.2控制氧化反應(yīng)10新型反應(yīng)器---膜反應(yīng)器第三章膜反應(yīng)類型膜催化反應(yīng)器的研究與應(yīng)用在膜反應(yīng)器中,反應(yīng)的偶聯(lián)是指在膜兩側(cè)同時進行2個不同的反應(yīng),一側(cè)反應(yīng)的氣體產(chǎn)物滲透到膜的另一側(cè),作為另一個反應(yīng)的反應(yīng)物,而其他的反應(yīng)物和生成物被膜阻止。反應(yīng)的偶聯(lián)可分為3種方式:能量偶聯(lián)、熱力學偶聯(lián)和動力學偶聯(lián)。Basov等在Pd-Ru膜反應(yīng)器中對環(huán)己醇脫氫制環(huán)己