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基本信息

項(xiàng)目名稱：
離散型膜反應(yīng)器用于仲丁醇脫氫反應(yīng)的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
多管程離散型膜無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上滿足反應(yīng)和分離多次交替進(jìn)行的離散化需求?？筛鶕?jù)需要改變膜面積和離散化程度，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器的某些不足，使反應(yīng)和分離更好的耦合。以仲丁醇脫氫為反應(yīng)體系，在150℃～225℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)固定床反應(yīng)器和多管程離散型膜反應(yīng)器進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明多管程離散型膜反應(yīng)器較固定床反應(yīng)器具有明顯的優(yōu)越性，尤其適合于低溫操作，在節(jié)約能源方面具有較大的應(yīng)用潛力。
詳細(xì)介紹：
傳統(tǒng)的多孔質(zhì)無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器由于結(jié)構(gòu)缺陷以及受到膜本身的性質(zhì)所限，使反應(yīng)和分離不能很好地耦合，從而限制了其工業(yè)應(yīng)用。多管程離散型無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)上吸取了列管式換熱器可以提供較大傳遞面積的特點(diǎn)，工作上借鑒了板式塔多級(jí)分離的操作特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)和分離在同一設(shè)備中多次進(jìn)行，將反應(yīng)和分離離散化。可以根據(jù)需要改變膜面積和離散化程度，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器的某些不足，使反應(yīng)和分離更好的耦合，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，降低反應(yīng)溫度，在節(jié)約能源方面具有較大潛力，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。 本文以仲丁醇脫氫為反應(yīng)體系，在150℃～225℃溫度范圍內(nèi)，針對(duì)管程數(shù)、反應(yīng)溫度、進(jìn)料速率三個(gè)因素，對(duì)固定床反應(yīng)器（FBR）和多管程離散型無(wú)機(jī)膜膜反應(yīng)器（NPMR）進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：多管程離散型膜反應(yīng)器較固定床反應(yīng)器具有明顯的優(yōu)越性，而且溫度越低優(yōu)越性越大，說明離散型膜反應(yīng)器適合于低溫操作，在節(jié)約能源方面具有較大的應(yīng)用潛力；反應(yīng)器的管程數(shù)、溫度、進(jìn)料速率之間存在最佳匹配，具體情況應(yīng)通過試驗(yàn)來確定；離散型膜反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上滿足反應(yīng)和分離多次交替進(jìn)行的離散化需求，便于工業(yè)放大，具有較高實(shí)用價(jià)值。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

將多管程離散型膜反應(yīng)器用于仲丁醇脫氫反應(yīng)，以突破平衡，降低反應(yīng)溫度，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。 以仲丁醇脫氫為反應(yīng)體系，在150℃～225℃溫度范圍內(nèi)對(duì)多管程離散型型膜反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。同時(shí)對(duì)影響多管程離散型膜反應(yīng)器的主要因素：管程數(shù)、溫度、進(jìn)料速率進(jìn)行了考察。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

傳統(tǒng)的多孔質(zhì)無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器由于結(jié)構(gòu)缺陷以及受到膜本身的性質(zhì)所限，使反應(yīng)和分離不能很好地耦合，從而限制了其工業(yè)應(yīng)用。而在多管程離散型膜反應(yīng)器中反應(yīng)體系將完成多次交替反應(yīng)和分離的過程，克服了傳統(tǒng)膜反應(yīng)器的某些缺欠，使反應(yīng)和分離較好地耦合。利用仲丁醇脫氫反應(yīng)體系進(jìn)行了試驗(yàn)考察，結(jié)果證明該結(jié)構(gòu)合理可行。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

在離散型膜反應(yīng)器中進(jìn)行仲丁醇脫氫反應(yīng)，可以使反應(yīng)和分離較好地耦合。相同條件下，利用離散型膜反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)可以提高轉(zhuǎn)化率。相同轉(zhuǎn)化率下，可以降低反應(yīng)溫度，節(jié)能減耗。因此離散型膜反應(yīng)器的進(jìn)一步開發(fā)有可能打開無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用大門。

學(xué)術(shù)論文摘要

多管程離散型膜反應(yīng)器在單管程膜反應(yīng)器基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)構(gòu)上吸取了列管式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，操作上借鑒了板式塔多級(jí)分離的特點(diǎn)，可以在同一設(shè)備內(nèi)完成多次的反應(yīng)和分離，使反應(yīng)和分離更好的耦合。以仲丁醇脫氫為反應(yīng)體系，在150℃～225℃溫度范圍內(nèi)就四管程離散型膜反應(yīng)器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，主要考察了管程數(shù)、溫度、進(jìn)料速率的影響。結(jié)果表明多管程離散型膜反應(yīng)器可以使反應(yīng)和分離更好地耦合，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，節(jié)能減耗。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[1]Trianto A，et al.Isoproply Alcohol Dehydrogenation on Modified Porous Membrane Reactor[J].Chem Eng Japan，2001a，34:1065-1068. [2]李發(fā)永，李陽(yáng)初.無(wú)機(jī)膜及無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器研究進(jìn)展[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2002，22(6):48-53.

同類課題研究水平概述

膜反應(yīng)是利用面最廣且可放大的反應(yīng)-分離過程，多年來作為綠色化工技術(shù)一直受到廣泛的關(guān)注。其中代表性的研究有異丙醇脫氫反應(yīng)，環(huán)己烷脫氫，異丁烷脫氫反應(yīng)等。然而，鈀膜反應(yīng)器因透過量小、價(jià)格高、耐久性差，使之在工業(yè)中的應(yīng)用受到了限制。而另一方面，并不是在所有的情況下都需要純的產(chǎn)物，簡(jiǎn)單的增濃可能已適用于某些再循環(huán)操作或者能夠顯著地降低最終分離所需要的費(fèi)用。所以近年來，以Vycor玻璃膜為代表的努森擴(kuò)散型多孔質(zhì)膜反應(yīng)器雖然選擇性不高，但透過量較高、價(jià)格低、耐久性高而開始引起人們的注意。Trianto等以Vycor玻璃膜為膜材料，采用改進(jìn)的雙管膜反應(yīng)器MPMR（Modified Porous Membrane Reactor）對(duì)異丙醇脫氫反應(yīng)進(jìn)行了研究，取得了一定效果。另外，由于膜反應(yīng)器的模型化已經(jīng)被證明是了解該系統(tǒng)特性的行之有效的方法，具有很高的理論和應(yīng)用價(jià)值，所以近年來研究人員開始關(guān)注，出現(xiàn)很多報(bào)道。在這些研究中，大部分作者對(duì)一些特殊的膜反應(yīng)器系統(tǒng)性能進(jìn)行建模和模擬，以便理解這類反應(yīng)器的特性。Goto等為了減輕沿半徑方向傳質(zhì)和傳熱的阻力，提出了在環(huán)隙填充型致密鈀膜反應(yīng)器的催化劑床層中設(shè)置折流板的設(shè)想，并以環(huán)己烷脫氫為反應(yīng)體系進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，取得了較好效果。國(guó)內(nèi)學(xué)者也在這方面作了很多嘗試，王亭等以環(huán)己烷脫氫和碘化氫分解為反應(yīng)體系對(duì)管式多孔質(zhì)膜反應(yīng)器進(jìn)行了模擬化研究，王連軍等以丁烯氧化脫氫制丁二烯為反應(yīng)體系對(duì)無(wú)機(jī)膜控氧反應(yīng)器的優(yōu)化進(jìn)行了探討，建立了模擬膜反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型。總之，無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的高潮，將為我國(guó)的低碳經(jīng)濟(jì)和綠色化工技術(shù)的發(fā)展做出有利貢獻(xiàn)。
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