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1、姓名：许晓茗班级：制药工程学号：1511315042新型反应器----膜反应器1新型反应器---膜反应器简介:膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。膜分离具有设备简单、操作方便、处理效率高和节能等优点,适合于热敏性物料、无相变和无化学变化的分离过程,已成为一种新型的分离单元操作之一。膜分离技术主要应用于分离纯化、控制释放、膜反应器、能量转换4个领域。其中膜反应器是膜过程和反应过程相结合的新技术。随着膜分离技术的发展,膜反应器也有了很大的发展。膜反应器已经在物质的催化转化、
2、发酵、废水处理等方面得到了广泛的应用。2新型反应器---膜反应器膜反应器目录展望膜反应的特点膜反应的类型膜生物反应器的研究与应用膜催化反应的研究与应用216433新型反应器---膜反应器第一章膜反应的特点许多重要的化学反应都是平衡反应,使用普通的反应器无法突破平衡转化率的限制,而膜分离技术利用膜作为隔离介质,可以实现各种分离要求(从非均相物质颗粒到均相的分子和离子分离)。膜反应器主要有以下特点:1对受化学平衡限制的反应,膜反应器能移动化学平衡243有可能提高复杂反应的转化率反应可在较低的温度和压力下进行
3、有可能使化学反应、产物分离和净化等几个单元操作在一个膜反应器中进行4新型反应器---膜反应器第二章膜反应类型膜反应类型膜反应主要包括膜生物反应和膜催化反应,其相应的反应器称为膜生物反应器和膜催化反应器;根据膜在膜反应器中作用的不同,一般将膜反应器分为2类:1.惰性膜反应器2.催化膜反应器膜本身无催化活性,只起分离作用,反应所需的催化剂需另行装入,一般的膜生物反应器属于此类;膜具有催化和分离双重功能,用于制备催化膜的基膜材料可根据具体的反应和分离过程选用无机材料或有机高分子材料,根据所选材料种类的不同,所
4、制成的催化膜可分为无机催化膜和高分子催化膜。最近的膜催化反应器的发展主要集中在石油化化工领域,如催化加氢反应及烃类催化氧化反应等。5新型反应器---膜反应器第三章膜反应类型膜催化反应器的研究与应用3.1无机膜反应器无机膜是指以金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等无机材料制成的半透膜,常用的材料有Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。6新型反应器---膜反应器3.1无机膜反应器脱氢加氢反应控制氧化反应反应偶联脱硫反应7新型反应器---膜反应器膜反应类型3.1.1脱氢、加氢反应环己烷、乙苯
5、、丙烷等脱氢反应属于可逆反应,受热力学条件的限制,转化率较低。在膜反应器中移走生成的反应产物H2,可突破热力学的限制,提高反应的转化率及速率。致密膜如Pd膜和Pd-Ag(Ni、Cu、Rh)等合金膜,由于其透氢量大和选择性高而受到重视。传统环己烷脱氢反应,200摄氏度时的平衡转化率为18.7%,而使用钯膜反应器,其转化率可达99.5%。Gryaznov等在加氢反应实验中发现,H2以高活性的H+形式渗透通过钯基膜与吸附在膜表面的碳氢物反应,而H2通过膜的扩散不是反应的控制步骤。新型反应器---膜反应器8第三
6、章膜反应类型膜催化反应器的研究与应用在加氢、脱氢反应中,通过控制H2的量,会提高反应的收率及选择性。把反应产物H2移走,可突破化学平衡的限制,收率明显高于传统固定床反应器。Schafer等提出了膜和催化剂必须在动力学上相匹配的原则,即H2通量低的膜和低活性的催化剂相配、H2通量高的膜和高活性的催化剂相配才能发挥最佳效果。Chang等在Pd/Al2O3膜反应器上利用Pt/K/Sn/Al2O3催化剂对丙烷进行脱氢反应,研究表明膜反应器的转化率提升到平衡转化率的2.5倍、固定床的6倍,充分体现了膜反应器的优越
7、性。3.1.1脱氢、加氢反应9新型反应器---膜反应器膜反应类型由于氧化反应的程度难以控制,副产物多,反应选择性低,因而通过向反应体系中加入适当形态的氧来控制其活性成为研究的热点。李志华等采用Al2O3材料膜进行丁烯氧化脱氢制二烯的研究,反应的选择性、转化率及产物的产率均比固定床反应器有显著提高。Zeng等利用改进的氧化铋膜反应器进行甲烷氧化偶联制乙烯和乙烷的研究,结果表明乙烯和乙烷的选择性可达80%。Julbe等在Al2O3支撑体的孔内经过分入V2O5/AlPO4晶体,利用V2O5的氧化还原性(V2O
8、5/V2O3),根据氧气量自动调节膜的孔径分布,控制膜的透氧量,实现氧与反应物的合理配比。3.1.2控制氧化反应10新型反应器---膜反应器第三章膜反应类型膜催化反应器的研究与应用在膜反应器中,反应的偶联是指在膜两侧同时进行2个不同的反应,一侧反应的气体产物渗透到膜的另一侧,作为另一个反应的反应物,而其他的反应物和生成物被膜阻止。反应的偶联可分为3种方式:能量偶联、热力学偶联和动力学偶联。Basov等在Pd-Ru膜反应器中对环己醇脱氢制环己
