基本信息
- 项目名称：
- 离散型膜反应器用于仲丁醇脱氢反应的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 多管程离散型膜无机膜反应器在结构上满足反应和分离多次交替进行的离散化需求。可根据需要改变膜面积和离散化程度，从而弥补了传统无机膜反应器的某些不足，使反应和分离更好的耦合。以仲丁醇脱氢为反应体系，在150℃～225℃温度范围内，对固定床反应器和多管程离散型膜反应器进行了对比试验，结果表明多管程离散型膜反应器较固定床反应器具有明显的优越性，尤其适合于低温操作，在节约能源方面具有较大的应用潜力。
- 详细介绍：
- 传统的多孔质无机膜反应器由于结构缺陷以及受到膜本身的性质所限，使反应和分离不能很好地耦合，从而限制了其工业应用。多管程离散型无机膜反应器结构上吸取了列管式换热器可以提供较大传递面积的特点，工作上借鉴了板式塔多级分离的操作特点，实现了反应和分离在同一设备中多次进行，将反应和分离离散化。可以根据需要改变膜面积和离散化程度，从而弥补了传统无机膜反应器的某些不足，使反应和分离更好的耦合，提高反应转化率，降低反应温度，在节约能源方面具有较大潜力，工业应用前景广阔。 本文以仲丁醇脱氢为反应体系，在150℃～225℃温度范围内，针对管程数、反应温度、进料速率三个因素，对固定床反应器（FBR）和多管程离散型无机膜膜反应器（NPMR）进行了对比试验，结果表明：多管程离散型膜反应器较固定床反应器具有明显的优越性，而且温度越低优越性越大，说明离散型膜反应器适合于低温操作，在节约能源方面具有较大的应用潜力；反应器的管程数、温度、进料速率之间存在最佳匹配，具体情况应通过试验来确定；离散型膜反应器在结构上满足反应和分离多次交替进行的离散化需求，便于工业放大，具有较高实用价值。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 将多管程离散型膜反应器用于仲丁醇脱氢反应，以突破平衡，降低反应温度，达到节能减耗的目的。 以仲丁醇脱氢为反应体系，在150℃～225℃温度范围内对多管程离散型型膜反应器和固定床反应器进行对比试验。同时对影响多管程离散型膜反应器的主要因素：管程数、温度、进料速率进行了考察。
科学性、先进性及独特之处
- 传统的多孔质无机膜反应器由于结构缺陷以及受到膜本身的性质所限，使反应和分离不能很好地耦合，从而限制了其工业应用。而在多管程离散型膜反应器中反应体系将完成多次交替反应和分离的过程，克服了传统膜反应器的某些缺欠，使反应和分离较好地耦合。利用仲丁醇脱氢反应体系进行了试验考察，结果证明该结构合理可行。
应用价值和现实意义
- 在离散型膜反应器中进行仲丁醇脱氢反应，可以使反应和分离较好地耦合。相同条件下，利用离散型膜反应器进行反应可以提高转化率。相同转化率下，可以降低反应温度，节能减耗。因此离散型膜反应器的进一步开发有可能打开无机膜反应器的工业应用大门。
学术论文摘要
- 多管程离散型膜反应器在单管程膜反应器基础上进行了改进，结构上吸取了列管式换热器结构紧凑的优点，操作上借鉴了板式塔多级分离的特点，可以在同一设备内完成多次的反应和分离，使反应和分离更好的耦合。以仲丁醇脱氢为反应体系，在150℃～225℃温度范围内就四管程离散型膜反应器进行了试验研究，主要考察了管程数、温度、进料速率的影响。结果表明多管程离散型膜反应器可以使反应和分离更好地耦合，提高反应转化率，节能减耗。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]Trianto A，et al.Isoproply Alcohol Dehydrogenation on Modified Porous Membrane Reactor[J].Chem Eng Japan，2001a，34:1065-1068. [2]李发永，李阳初.无机膜及无机膜反应器研究进展[J].膜科学与技术，2002，22(6):48-53.
同类课题研究水平概述
- 膜反应是利用面最广且可放大的反应-分离过程，多年来作为绿色化工技术一直受到广泛的关注。其中代表性的研究有异丙醇脱氢反应，环己烷脱氢，异丁烷脱氢反应等。然而，钯膜反应器因透过量小、价格高、耐久性差，使之在工业中的应用受到了限制。而另一方面，并不是在所有的情况下都需要纯的产物，简单的增浓可能已适用于某些再循环操作或者能够显著地降低最终分离所需要的费用。所以近年来，以Vycor玻璃膜为代表的努森扩散型多孔质膜反应器虽然选择性不高，但透过量较高、价格低、耐久性高而开始引起人们的注意。Trianto等以Vycor玻璃膜为膜材料，采用改进的双管膜反应器MPMR（Modified Porous Membrane Reactor）对异丙醇脱氢反应进行了研究，取得了一定效果。另外，由于膜反应器的模型化已经被证明是了解该系统特性的行之有效的方法，具有很高的理论和应用价值，所以近年来研究人员开始关注，出现很多报道。在这些研究中，大部分作者对一些特殊的膜反应器系统性能进行建模和模拟，以便理解这类反应器的特性。Goto等为了减轻沿半径方向传质和传热的阻力，提出了在环隙填充型致密钯膜反应器的催化剂床层中设置折流板的设想，并以环己烷脱氢为反应体系进行了计算机模拟，取得了较好效果。国内学者也在这方面作了很多尝试，王亭等以环己烷脱氢和碘化氢分解为反应体系对管式多孔质膜反应器进行了模拟化研究，王连军等以丁烯氧化脱氢制丁二烯为反应体系对无机膜控氧反应器的优化进行了探讨，建立了模拟膜反应器的数学模型。总之，无机膜反应器的应用已经进入一个新的高潮，将为我国的低碳经济和绿色化工技术的发展做出有利贡献。
