滲透蒸發(fā)傳質(zhì)研究及其與酯化反應(yīng)集成過程的模擬計算.pdf

1、滲透蒸發(fā)是唯一具有相變化的膜分離過程，被廣泛應(yīng)用于液體混合物的分離，特別適合于從有機溶液中脫水或從水溶液中脫出揮發(fā)性有機物。與傳統(tǒng)分離技術(shù)如精餾相比，滲透蒸發(fā)具有節(jié)能、可在常溫下操作和操作方便等優(yōu)點。此外滲透蒸發(fā)還特別適用于痕量、微量物質(zhì)的移除以及近、共沸物的分離。目前膜技術(shù)與化學(xué)反應(yīng)過程結(jié)合技術(shù)引起了關(guān)注，滲透蒸發(fā)與反應(yīng)結(jié)合，尤其是與酯化反應(yīng)結(jié)合的技術(shù)潛力倍受重視。通過滲透蒸發(fā)移除反應(yīng)混合物中的產(chǎn)物，可以使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率突破熱力學(xué)平衡以及

2、反應(yīng)動力學(xué)限制。 本研究首先探討了聚乙烯醇(PVA)膜用于從正丁醇/水、醋酸/水、醋酸丁酯/水二元系統(tǒng)中分離水的情況，對原料濃度和溫度工藝參數(shù)對于滲透通量、分離因子和滲透分離指數(shù)(PSI)等分離性能的影響進行了研究。結(jié)果表明：PVA膜對水的優(yōu)先滲透超過有機物，膜對四種組分的選擇性滲透順序為：水>醋酸>正丁醇>醋酸丁酯，而且這種膜對水具有特殊的選擇性。二元混合物溫度與滲透通量符合Arrhenius關(guān)系，由此可計算出二元混合物通過

3、PVA膜的滲透活化能。進一步研究了醋酸丁酯、正丁醇、醋酸和水四元混合物體系中用PVA膜滲透蒸發(fā)脫除水的過程，該四元體系與生產(chǎn)醋酸丁酯的酯化反應(yīng)有關(guān)系。類似于二元體系，根據(jù)Arrhenius關(guān)系計算得到四元體系通過PVA膜的滲透活化能。 基于前面的研究，本文模擬計算了滲透蒸發(fā)脫水過程與醋酸與正丁醇生成醋酸丁酯的酯化反應(yīng)集成過程，考察PVA親水膜除水過程與酯化反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中的耦合過程。建立滲透蒸發(fā)與酯化反應(yīng)耦合動力學(xué)模型，采用U