渗透汽化耦合酯化反应精馏研究新进展.pdf

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1、增刊化学世界渗透汽化耦合酯化反应精馏研究新进展马晓华，许振良。．袁海宽(华东理工大学化学工程研究所膜科学与工程研发中心，上海200237)关键词：渗透汽化；酯化反应；精馏；耦合；经济优势渗透汽化(Pervaporation，简称PV)的突出优点是分离系数高且不受汽一液平衡的限制，所以它在用精馏方法难以分离的恒沸物和近沸物的分离中具有广阔的应用前景。就分离对象而言，用渗透汽化法分离有机混合液将是很有发展前途的。渗透汽化的缺点是渗透通量小、渗透物在低温下易冷凝，它一般适用于从混合液中分离出少量物质，不宜采用多级操作。所以通常要与其他分离过程联合

2、使用才能获得更好的经济效果。lPV的特点和应用众所周知，渗透汽化膜分离过程具有如下特点口]：(1)高效，选择合适的膜，单级就能达到很高的分离度；(2)能耗低，一般比恒沸精馏节能1／2～2／3；(3)过程简单，附加处理少，操作简单，而且系统可靠性和稳定性高；(4)过程不引入其它试剂，产品和环境不受任何污染；(5)渗透汽化系统具有很高的适应性，而且可以用来处理浓度范围很大的同种分离体系，或不同的分离体系。(6)渗透汽化过程的操作温度较低，适应热敏性物质的分离；(7)便于放大，便于与其它过程耦合和集成。基于以上特点，渗透汽化得到了越来越广泛的应用

3、。(1)从混合物中分离出少量物质。铂nzalezB等人[2]利用精馏和渗透汽化的耦合，分离乙醇／酯共沸混合物，同时作了耦合过程的模型和模拟。RautenbachR等人[3’4]提出渗透汽化体系用于处理脱丁烷塔的侧线采出流股，除去其中的甲醇。Lu等人[5]设计和模拟了特定精馏和渗透汽化复合过程。wang等人[6]以非平衡热力学和现象学理论的观点提出了分析耦合膜分离的反应精馏的新方法。杨三八[7]以乙醇和叔丁醇为原料，通过催化反应、精馏与渗透蒸发膜分离三单元耦合过程合成了乙基叔丁基醚(ETBE)。(2)恒沸点、近沸点混合物及同分异构体的分离，在

4、很大程度上降低了成本。(3)与生化反应耦合。在生化反应过程中，利用渗透汽化单级分离度高的特点，有选择地不断排出生成目的产物或副产物，因而可使受平衡限制的反应进行到底。这·173·方面的研究已广泛引起人们的兴趣。2Pv／精馏耦合过程的分类PV作为基础的耦合过程的潜在应用领域是较广泛的。通常情况下，基于PV过程的耦合过程有三种不同类型：(1)PV作为初始步骤与过程中其它步骤结合达到渗余物或透过物所要求浓度，即在精馏过程前设PV来消除共沸物，其常见流程见图1a所示；(2)PV作为过程的最终步骤来实现渗余物或透过物所要求的浓度，即将PV作为精馏塔塔

5、顶或塔底产品的精加工过程，此步可与消除共沸物的上一步联合使用，其常见流程见图1b所示；(3)PV与精馏过程联合操作来减少所需的塔板数，这可通过在精馏塔中加一侧线流股来实现，其常见流程见图1c所示。FP、ly2B，3D=M'lBF。2、苣13-●●图1渗透蒸发／精馏耦合过程的流程图类型3PV．／酯化反应精馏耦合工艺研究现状。3．1耦合工艺渗透汽化与酯化反应的耦合工艺有两种：一种是采用膜反应器的耦合工艺，这种耦合将酯化反应室与膜反应器合二为一，如图2a。该工艺流程简单，易于操作，实验室研究多采用这种工艺。但膜反应器限制了膜的使用面积，从而降低了

6、反应效率。另一种耦合工艺是将渗透汽化膜反应器与酯化反应室分开，如图2b。可以根据实验的具体要求选用合适的膜面积，反应过程中，料液用泵循环往复送入膜反应器进行脱水。3．2渗透汽化膜膜是膜反应器的核心组件。Kita和Ok锄oto反应器+膜器困一f进料液氮冷阱膜器液氮冷阱密鹾真空泵化学世界÷RJ：．．．一真空泵真空泵反应器(b)图2膜反应器耦合流程等[8]制备了具有良好渗透性能和物化性能的聚醚酰亚胺非对称渗透蒸发膜。黄碧纯等L9]也以乙酸和正丁醇的酯化为探针反应，以多元酸交联的PVA／PsA复合膜为分离膜。王乐夫等[10]研究了酯化反应耦联渗透汽

7、化膜过程对平衡移动的影响。Jafar等[11]采用A型分子筛渗透汽化膜提高酯化反应产品的收率。Liu等[12]研究了将H。PW。204。嵌入PVA催化膜。Da、，id等[13]制备聚苯乙烯磺酸(PSSA)／聚乙烯醇(PVA)，(PssA)／聚丙烯腈(PAN)两类共混催化功能膜。4耦合工艺与常规方法的经济比较渗透汽化是一种正在发展的膜技术，尽管耦合过程会减少塔板数、降低回流比，但耦合过程的经济性需考虑由于耦合而带来的膜的成本，膜再生周期等问题。耦合过程的应用研究在于对高通量、足够选择性的膜的开发，试制适用物系广泛以及操作条件稳定的膜和膜组件，

8、并在应用中不断改进、提高和完善。表l不同集成过程生产乙酸乙酯能耗集成体系能耗反应+精馏反应+渗透汽化反应+渗透汽化+精馏膜反应器10022427Lipnizki[14]对已工业化