1、化工過程強化的發展現狀目錄1.前言22. 發展22.1 起源和歷史22.2 以硬件為主的化工過程強化32.3 強調硬件和軟件結合的化工過程強化32.4 耦合技術迅速發展32.5 信息技術對化工過程強化發揮越來越大的作用32.6 從實現可持續發展的高度來推動化工過程強化43. 化工過程強化的作用44. 化工過程強化手段分析44.1 化工過程強化設備44.1.1 多功能反應器44.1.2 微反應器54.1.3 旋轉盤反應器和超重力反應器54.1.4 新型催化反應器64.1.5 超聲波反應器64.2 化工過程強化技術74.2.1 膜技術74.2.2 脈動燃燒干燥技術74.2.3 超臨界流體技術74.

2、2.4 離子液體74.2.5 微化工技術84.3 其它方法85. 化工過程強化應用實例95.1 超重力法合成納米顆粒95.2 懸浮床催化蒸餾的應用(SCD新工藝合成異丙苯)106. 問題與挑戰11參考文獻121. 前言 我們的生活與化學工業息息相關，醫藥、塑料、橡膠、汽油等都是化學工業制造的，這些工業是高利潤的產業，是國民經濟的支柱，但在這些產品的化工生產過程中所存在的高能耗、高污染等問題一直以來都是實現可持續發展首要解決的問題1。強化化工過程使之達到高效、節能和無污染，是解決過程工業帶來的“發展-污染”的矛盾和實現可持續發展的有效手段。化工過程強化就是通過技術創新， 改進工藝流程，在實現既定

3、生產目標的前提下，通過大幅度減小生產設備的尺寸、減少裝置的數目等方法來使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗更低，廢料、副產品更少。廣義上說，過程強化包括新裝置和新工藝方法的發展：一是生產設備的強化，包括新型反應器、新型熱交換器、高效填料、新型塔板等；二是生產過程的強化，如反應和分離的耦合（如反應精餾、膜反應、反應萃取等）、組合分離過程（如膜吸收、膜精餾、膜萃取、吸收精餾等）、外場作用（離心場、超聲、太陽能等）以及其他新技術（如超臨界流體、動態反應操作系統等）的應用等2。所以過程強化是國內外化工界長期奮斗的目標， 也是化學科學和工程研究的主要成果之一。化工過程強化是國內外化工界長期奮斗的目標，近年來

4、更加引起了人們的重視。在美國等許多發達國家，化工過程強化被列為當前化學工程優先發展的三大領域之一。英國將重點放在基礎研究上，法國則重視理論模型的建立，德過側重實驗技術和工程研究等，日本在生物工程和新材料的研究方面投入了很大的力量，加拿大和澳大利亞則以資源利用為研究重點等。我國化學工程研究和應用也取得了重大的進展。例如石油工業的崛起大大推動了催化劑、反應工程和精餾技術的發展，核燃料后處理和濕法冶金的發展推動了溶劑萃取技術水平的提高等12。目前，化工過程強化技術已被列為“十一五”首批啟動的國家“863”計劃的中的項目之一，以實現節能減排。2. 發展隨著現代過程工業的發展，產品不斷更新，環保要求日益

5、提高，建設生態經濟和實現可持續發展的要求更為迫切。因此，人們力圖靈活應用化學工程的原理和方法，致力于過程強化，即通過技術創新，改進工藝流程，提高設備效率，使工廠布局更緊湊，單位能耗更低，三廢更少。應該說，過程強化是國內外化工界長期奮斗的目標，也是化學科學和工程研究的主要成果之一，化工過程強化被列為當前化學工程優先發展的領域之一。可以說，當前人們對化工過程強化認識達到了前所未有的高度。從最初對化工過程的認識到現在多種多樣的化工過程強化技術的產生，化工過程強化經歷了許多轉變和發展。2.1 起源和歷史過程強化的歷史最早可追溯到上世紀70年代末。當時，英國化學工業公司首先將此概念用于生產過程，以減少投

6、資。上世紀90年代中期，國際上出現的以節能、降耗、環保、集約化為目標的化工過程強化技術，是當前化學工程優先發展的三大領域之一。2005年7月，在英國召開的第七屆世界化學工程學術會議上，過程強化是最熱門的研究方向之一。自此，人們對化工過程強化的認識達到前所未有的高度，期望通過過程強化使化學工業的面貌在21世紀發生巨大變化3。2.2 以硬件為主的化工過程強化早年的化工過程強化往往以硬件為主。以精餾、吸收和萃取等化工塔器的內件為例，近二十年來，高效塔板、規整填料和散裝填料發明層出不窮，塔內件優化匹配的概念引起了人們的重視。在利用新型塔內件改造原油常減壓、乙烯和合成氨等生產裝置方面，國內外都已取得了明

7、顯的進展，提高了效率，降低了能耗，經濟效益顯著。然而，化工塔內件性能的改進幅度并不很大。42.3強調硬件和軟件結合的化工過程強化近年來，化工過程的強化更加強調硬件和軟件的結合，更加強調科技創新，以追求更高目標。越來越多的研究人員認為，化工過程強化的目標不能只停留在使已有設備擠出百分之幾的效率，不能滿足于漸進式的變革，而應致力于在設備體積、產業化周期、能耗、物耗和環保等方面使工廠的效率取得突破性的進展。人們期望通過化工過程強化使化學工業的面貌在21世紀取得巨大的變化。2這是極大的挑戰，也推動了過程強化取得了一些重大進展，如超重力分離器、高速轉盤反應器、整體催化劑、撞擊流反應器的成功研發。2.4耦

8、合技術迅速發展近年來化工過程強化的另一發展趨勢是化學科學和工程研究大大促進了諸如催化精餾、膜精餾、吸附精餾、反應萃取、絡合吸附、反膠團、膜萃取、發酵萃取、絡合吸附、化學吸收和電泳萃取等新型耦合分離技術得到了長足的發展，并成功地應用于生產。這些新型耦合技術綜合了多種技術的優點，具有獨特的優勢4。耦合分離技術還可以解決許多傳統的分離技術難以完成的任務，因而在生物工程、制藥和新材料等高新技術領域有著廣闊的應用前景。由于耦合技術往往比較復雜,設計放大比較困難,因此也推動了化工數學模型和設計方法的研究。2.5信息技術對化工過程強化發揮越來越大的作用信息技術對化工過程的強化也起著極其重要的作用。以化工分離

9、過程為例，分子模擬提高了預測熱力學平衡和傳遞性質的水平。分子設計加速了高效分離劑的研究和開發。CAD(計算機輔助設計)和AI(人工智能)的應用推動了分離過程和設備的優化設計和優化控制。非平衡級模型的應用避免引人級效率、等板高度等難以確定的參數，特別適用于多元物系的復雜分離過程。功能齊全的CFD(計算流體力學)軟件可以對分離設備內的流場進行精確的計算和描述，加深了人們對相際傳遞過程機理的認識并為設備強化提供了重要信息。先進測試技術如LDV(激光多普勒測速儀)和DPIV(數字激光成像測速儀)等的應用不僅可以驗證CFD計算的結果，而且使研究從宏觀、平均向微觀、瞬時發展，為化工過程強化的多尺度研究創造

10、了條件。此外基于互聯網的過程模擬系統也正在迅速發展，具有深遠的意義4。2.6從實現可持續發展的高度來推動化工過程強化傳統的過程工業需要許多龐大的原料、中間產品和成品儲罐。這不僅增加投資，而且發生事故時，可能造成災難性后果。在。近年來，化工發展的一個明顯趨勢是安全、清潔、高效的生產，其最終目標是將原材料全部轉化為符合要求的最終產品，實現生產過程的零排放減少對環境的污染。應該指出，強化化工過程使之達到高效、節能和無污染，是解決過程工業帶來的“發展一污染”的矛盾和實現可持續發展的有效手段。3. 化工過程強化的作用從化工過程強化的概念上我們可以知道，化工過程強化就是通過技術創新， 改進工藝流程，在實現

11、既定生產目標的前提下，通過大幅度減小生產設備的尺寸、減少裝置的數目等方法來使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗更低，廢料、副產品更少。6如果說綠色化學側重從化學反應本身來消除環境污染、充分利用資源、減少能源消耗；化工過程強化則強涮在生產能力不變的情況下，在生產和加工過程中運用新技術和設備，極大地減小設備體積或者極大地提高沒備的生產能力，顯著地提升能量效率，大量地減少廢物排放。化工過程強化的主要特點是設備小型化和過程集成化，這正是綠色化學的要求。在1995年第一次化工過程強化國際會議上Ramshaw C.首先提出：“化工過程強化是指在生產能力不變的情況下，能顯著減小化工廠體積的措施。”他認為體積減小

12、100倍以上才能稱為過程強化。Stankiewica A.I.和Molin J.A.則認為，設備的體積減小兩倍以上、每噸產品能耗的顯著降低、廢物或副產物的大量減小都可以被認定為過程強化。化工過程強化是指在生產和加工過程中應用新技術和新設備，極大地減小設備體積，或者極大地增加設備生產能力，顯著提高能量效率，大量地減少廢物排放。化工過程強化就是能顯著減小體積，高效、清潔、可持續發展的技術。54. 化工過程強化手段分析4.1 化工過程強化設備多功能反應器多功能反應器將反應與多個化工過程集合在一起，這樣不僅節省了投資，還有效地利用了資源，增加了反應速度。比如反應蒸餾將反應和蒸餾集成在一個蒸餾塔內完成，

13、將反應熱用于蒸餾，降低了能量消耗，減少了操作費用7；酶膜反應器將催化反應、產物分級、分離與濃縮集于一體，充分發揮了酶的高效催化性和膜的分離優勢8；還有獎化學反應與色譜分離耦合構成的色譜反應器。總之，多功能反應器很好地將各種化工過程集于一體，充分發揮了各個化工過程的優點，避免了單個化工過程的缺點，開發更多地新型多功能反應器，更好地強化化工過程將是多功能反應器的發展方向之一。 微反應器微型反應器是指體積特別小的反應器，但它又決不是簡單的由小型到微型尺度的變化，其最基本的特征是反應單元的微結構化。它一般具有夾心面包式的結構，由帶有10100m微通道的幾塊薄片組成。它能夠將混合、換熱、催化反應和分離集

14、成在一個反應器中。據報道，德國的“The Institut fiir Mikrotechnik Mainz”開發了一種降膜微型反應器用于甲苯氟化反應，液體以25m左右的薄膜流過微通道，反應器的比表面積高達20,000m2/m3，比傳統接觸設備高一個數量級。在該反應器中，可以獲得收率為20%的單氟甲苯，是鼓泡塔反應器中的4倍，且副產物少7。在微反應器技術的發展過程中，工業界的貢獻起到了十分重要的作用，致力于技術革新的公司，如杜邦和BASF等從一開始就積極推動和促進微反應器技術的發展，Merck公司已經利用微反應技術實現了一個過程的工業化，其他還有Schering、DegussaHnls咝及Bay

15、er等公司9。近年來，微反應器技術和科學體積的微型化，將帶來設備和基建投資及土地資源的巨大節省。由于能充分利用能量、生產效率高“能耗將顯著降低。由于反應迅速、均勻，副反應少，從而能大大減少了副產物的生成，污染環境的廢物排放也會顯著減少。 旋轉盤反應器和超重力反應器 （1）旋轉盤反應器利用圓盤的快速旋轉，使厚度僅為50200m的液體能在15s的時間內流過反應器；利用集成在旋轉圓盤上的換熱器，旋轉盤反應器可以獲得高達100kw/m2的換熱速率。因此，這種反應器特別適合快速、強放熱反應7。（2）超重力反應器 所謂超重力指的是在比地球重力加速度大得多的環境下，物質所受到的力（包括引力或排斥力）在地球上

16、實現超重力環境的最簡便方法是通過旋轉產生離心力而實現，即通過旋轉床實現。在超重力環境下，不同大小分子間的分子擴散和相間傳質過程均比常規重力場下的要快得多，氣液、液液、液固兩相在比地球重力場大上百倍至千倍的超重力環境下的多孔介質或孔道中產生流動接觸，巨大的剪切力和快速更新的相界面，使相間傳質速率比傳統的塔器中的提高13個數量級，微觀混合和傳質過程得到極大強化10。超重力旋轉填料床事通過旋轉產生的離心力場來實現超重力的一種設備，它強化了“三傳一反”、氣相壓降小、持液量小、物料停留時間短、開停車方便、設備體積小、成本低、安裝維修方便、應用范圍廣，主要應用于氨氮廢水的處理、鍋爐水脫氧、脫硫除塵研究、精

17、餾、萃取、臭氧氧化、液膜分離、脫除水中有機物、制備納米粉末、凈化硝煙技術等，是這些化工過程在不同程度上提高了效率，節約了能耗，設備體積也比原來的小，占地面積也相應的減小1。將HIGEE成功地用于油田的脫氣過程，一個約1米直徑的超重力分離器可以代替常用的30米高的真空脫氣塔。這很符合過程強化的一個重要概念，即把整個工廠的物理尺度縮小，以達到在投資、能耗、環境、安全等全方位的效益。超重力旋轉床雖然具有很多優點，但是它并不是適用于所有的化工生產過程，它的高速旋轉需要消耗一定的電量，因此能源的消耗需要綜合考慮以達到節能；它比較適合于快反應，因而還要綜合考慮反應動力學方面的問題。 新型催化反應器在對催化

18、反應器的研究中，產生了如整塊蜂窩結構的催化反應器、規整結構的催化反應器、光催化反應器等強化催化反應過程的反應器。整塊蜂窩結構的催化反應器使用具有許多相互隔離的、平行的直孔或彎曲孔道的整塊蜂窩結構催化劑,催化活性組分以薄膜的形式均勻地分布在孔道的內表面.它的突出優點是流動阻力小,比固定床反應器低23 個數量級;比表面積大,是顆粒狀催化劑的1. 54 倍;反應物與催化劑接觸的距離短,反應速度快;催化劑上的孔道結構相同且分布均勻,反應物流體在整個反應器內易分布均勻, 不會產生局部過熱7。規整結構的催化反應器中的催化劑采用籠式和串珠式結構,或者采用開式錯流結構,可方便氣體和液體反應物與催化劑接觸,在各

19、個催化劑構件之間相互混合。因此,規整結構的催化反應器具有比傳統固定床小得多的流動阻力,而在整個反應器內又具有很好的傳熱和傳質能力,可以克服整塊蜂窩結構催化反應器取熱不便的缺點7。光催化反應器是將光能和催化反應結合在一起的反應器。它利用了太陽能，不但節省了能源，而且不污染環境，維持了生態平衡，強化了化工過程。目前，主要研制的反應器有間歇式方形板反應器，此反應器溫度可控，紫外光利用率較高，但不能連續操作；固定床光導纖維反應器，可連續操作，提高了光化學轉換的量子效率，催化面積增大，光催化劑分散較好，但光導纖維過細，涂膜和反應器制作不變；多重石英管反應器，次反應器具有光導纖維反應器的一切有點，但光傳到

20、困難，石英管末端可能無光照現象1。 超聲波反應器超聲波能量導致的機械效應、空化效應、熱效應、微擾效應等物理效應, 能夠對超微細顆粒的制備、萃取、催化反應等化工過程產生明顯的加強作用11。一些這樣的技術在生產和生活中已得到了實際應用, 發揮了較好的經濟和社會效益。超聲波對系統化學反應的影響包含三個層次的內容: 第一個是對催化劑的影響; 第二個是對化學反應( 動力學) 的影響; 第三個是對溶劑直接的影響, 從而產生對化學反應的連帶效應。超聲波可以改進和強化化工過程, 起到高效、增產、節能的效果, 且無二次污染, 在化工行業中有相當廣闊的應用前景. Trabelsi等利用超聲波電解反應器處理含苯酚的

21、廢水,取得了令人驚奇的結果。若不使用超聲波,反應不能進行;只用超聲波而不電解,反應3 h ,苯酚的轉化率只有5 %;同時使用540 kHz 超聲波和電解,在45 min 內苯酚即100 %被轉化,且分解產物中不含有毒的對苯醌7。目前, 超聲波對化工過程的強化研究還處于小規模實驗階段, 許多小規模的應用研究尚有待開發到工業規模, 許多因素, 如黏度、溫度、密度等, 也會影響到超聲波作用的效果. 超聲波作用機理的研究尚有待深入, 不斷完善, 超聲波在不同化工過程中的作用效果還有待于進一步探索與總結11。4.2 化工過程強化技術膜技術膜分離技術自上世紀60年代問世以來，由于具有無相變、設備簡單、操作

22、容易、能耗低和無污染等傳統分離過程沒有的有點而受到廣泛關注。目前，膜技術包括反滲透、超過濾、微濾、滲析、電滲析、氣體分離、液膜、滲透蒸發、膜反應、膜傳感、控制釋放及膜蒸餾等眾多分支，強化了化工生產中的分離過程，較傳統的萃取、蒸餾等分離技術有很大優勢。如膜萃取技術可以避免液滴分散在另一液相中引起的夾帶現象和隨之殘生的溶劑損失等問題；同時，由于膜萃取相中兩相分開流動，互不影響，因而使萃取劑的選擇余地大大放寬，而且還可避免逆流萃取中的反混現象。目前，合成膜的工業規模應用主要有四大領域：（1）分子混合物的分離；（2）活性劑的控制釋放；（3）膜反應器中催化劑、微生物及活細胞的固定；（4）能量的儲存與轉化

23、12。脈動燃燒干燥技術脈動燃燒技術是利用脈動燃燒產生的具有強震蕩的高溫為其流對物料進行干燥的。實驗表明，對咖啡、工業廢液等物料的干燥，在0.01s之內即可將其干燥為粉狀產品。物料在干燥器內的停留時間短，溫度低，有利于保護產品的質量；投資及操作成本低；干燥體積小；但燃燒機理復雜，過程動力學及傳熱傳質特性需進一步研究1。 超臨界流體技術超臨界流體技術作為一種“綠色化”的過程強化方法，不僅可以大大降低化工過程對環境的污染，而且超臨界流體的擴散系數遠大于普通溶劑，可以顯著改善傳質效果，從而提高分離、反應等化工過程的效率。超臨界流體是指當物質的溫度和壓力處于臨界點以上時所處的狀態，它具有許多不同于傳統溶

24、劑的獨特性質。超臨界流體既具有氣體黏度小、擴散系數大的特性，又具有液體密度大、溶解能力好的特性，而且在臨界點附近流體的性質（密度、黏度、擴散系數、介電常數、界面張力等）有突變性和可調性，可以通過調節溫度和壓力方便地控制體系的相平衡特性、傳遞特性和反應特性等，從而使分離、反應等化工過程更加可控。超臨界流體結晶技術可用于制備藥物、聚合物、催化劑等的超細顆粒。超臨界流體色譜技術特別適合于手性藥物或天然產物等高附加值物質的分離。超臨界流體技術可用于超臨界流體萃取、超臨界化學反應、半導體的清洗、紡織品印染等多個領域13。如杜邦公司年產1100 t 含氟聚合物的超臨界反應裝置已正式投產。超臨界水氧化反應可

25、用于有毒廢水、有機廢棄物等的治理，是一種前沿性的環保技術，目前在國內外均已實現工業化。 離子液體離子液體是指完全由可運動的陰陽離子組成的室溫液體物質，是離子存在的一種特殊形式。與傳統分子溶劑和高溫融鹽相比，離子液體具有特殊的微觀結構（如氫鍵網絡結構和不均質的團簇結構等）和復雜的相互作用力（靜電庫侖力、氫鍵、范德華力等），在實際應用中展現了其獨特的物化性質，在近二十年引起了化學化工領域專家的高度重視。如離子液體不易揮發、液態溫度范圍寬、溶解性能好、導電性適中和電化學窗口寬，并且具有功能可設計性和多樣性，按不同陰陽離子的排列組合，離子液體的種類可達1018之多等。作為新一代的離子介質和催化體系，離

26、子液體在化工、冶金、能源、環境、生物、儲能等眾多領域逐漸展現了其驚人的應用潛力，并有望取代傳統的重污染介質和催化劑，實現21 世紀新一代的綠色化學化工的產業技術革命。我國在離子液體清潔工藝研究方面取得了不少應用成效。如研究開發了以成本低廉的胺類質子酸離子液體作為溶劑和催化劑生產肉桂酸的清潔工藝，于2006年應用于浙江巨化股份有限公司1000噸/年肉桂酸工業生產。研究開發了離子液體催化異構烷烴與烯烴烷基化新工藝，以期替代腐蝕嚴重、環境污染較大硫酸、氫氟酸傳統工藝，在中國石油天然氣有限股份公司開展了工業試驗。研究開發了離子液體催化合成三聚甲醛的新工藝，2009年在中海石油化學股份有限公司（海南東方

27、）進行中試裝置建設和試車，成功地生產出合格的三聚甲醛。研究開發了離子液體催化的乙二醇節能新工藝，在中石化燕山石化建立了連續試驗裝置，較傳統工藝獲得了選擇性高、穩定性好、能耗低的效果13。 微化工技術微化學工程與技術是化工學科前沿，以微反應器、微混合器、微分離器、微換熱器等設備為典型代表，著重研究微時空尺度下“三傳一反”特征與規律；采用精細化、集成化的設計思路，力求實現過程高效、低耗、安全、可控的現代化工技術，成為國內外學術界和工業界的研究熱點。微化工系統是指通過精密加工制造的帶有微結構（通道、篩孔及溝槽等）的反應、混合、換熱、分離裝置，在微結構的作用下，可形成微米尺度分散的單相或多相體系的強化

28、反應和分離過程。與常規尺度系統相比，具有熱質傳遞速率快、內在安全性高、過程能耗低、集成度高、放大效應小、可控性強等優點，可實現快速強放/吸熱反應的等溫操作、兩相間快速混合、易燃易爆化合物合成、劇毒化合物的現場生產等，具有廣闊的應用前景。中科院大連化物所開發了集混合、反應、換熱于一體的年處理能力達8 萬噸的微化工系統已用于磷酸二氫銨工業生產，具有體積小（微單元設備體積均小于6 L）、響應快、移熱速度快、過程易控、無振動、無噪聲、零排放、產品質量穩定等優點，迄今穩定運行一年多，有效地解決了生產過程的安全、環保與產品質量穩定性等問題13。4.3 其它方法除上面介紹的新設備和新方法外,還有許多其它各有

29、優勢的新技術,都可以用來強化化工過程。例如,替代能源、反應蒸餾塔、組合分離技術和非定態操作技術等。利用微波、超聲波等替代能源,有時候可以獲得意想不到的結果。在常壓下,微波等離子體可以將氣體瞬間加熱到2000,可用于高溫分解有毒有害物質和在實驗室模擬高溫工業過程等,是一種投資和操作費用低、結構緊湊、清潔和環境友好的能源。對許多極性有機化合物參加的化學反應,采用微波加熱可使反應速度提高幾十至幾百倍。利用超聲波在加氫反應器中原位清洗催化劑,可使催化劑維持穩定的活性;否則的話,催化劑將逐漸失活7。組合分離就是將原來單獨的幾種分離操作集成在一個設備內完成,以簡化操作,降低成本。例如,用萃取和蒸餾集成在一

30、起的萃取蒸餾代替恒沸蒸餾,由含水15 %的乙醇回收無水乙醇,對一個生產能力為94. 64×10 - 5m3/ s (15 US gal/ min) 的過程,萃取蒸餾可比恒沸蒸餾節約450萬美元/ a ,并且廢水排放量顯著減小,對環境無污染。將膜技術和蒸餾技術相結合的膜蒸餾也許是目前研究得最多的組合分離操作,被認為是最有可能取代現在的反滲透和蒸發操作的技術7。反應蒸餾是將反應和蒸餾集成在一個蒸餾塔內完成,當有催化劑存在時,它又被稱為催化蒸餾。它的優點是:可以及時地將一個或幾個反應產物移走,提高反應選擇性,減少副反應;對受化學平衡限制的反應,可以打破平衡的限制,提高原料的利用率;對放熱反

31、應,將反應放出的熱量用于蒸餾分離,既可使反應器內的溫度分布均勻,又可以節約能量;由于將反應器和蒸餾塔集成在一起,減少了設備個數,可以節約設備投資。5. 化工過程強化應用實例5.1 超重力法合成納米顆粒北京化工大學教育部超重力工程研究中心于1995 年在國際上率先發明了超重力反應沉淀法(簡稱為超重力法) 合成納米顆粒新方法, 在國家高技術研究發展計劃等的資助下, 探索了氣液、液液及氣液固超重力法合成納米顆粒的新工藝, 相繼開發出系列納米顆粒實驗室小試合成技術, 并在納米顆粒工業化制備技術及理論研究方面取得突破性進展。例如, 氣液固超重力法用于合成納米CaCO3 , 可以制備出立方形、鏈鎖狀、紡錘

32、形、針狀、片狀等不同形態的納米CaCO3 . 在不添加任何晶體生長抑制劑的情況下, 可以制備出平均粒度為1540 nm、分布很窄的納米立方形CaCO3顆粒; 在添加特定晶習控制劑的條件下, 可以制備出軸比大于10、單個顆粒平均粒度小于10 nm、分布均勻的鏈鎖狀CaCO3等14。實驗過程及流程圖：實驗原料水玻璃的模數為3.13.4，密度為1.3835kg/L,SiO2含量為2728，CO2氣體的純度高于99(體積分數)。將一定濃度的水玻璃溶液靜置過濾后置于超重力反應器內，升溫至反應溫度后，加入絮凝劑和表面活性劑，開啟旋轉填充床和料液循環泵不斷攪拌和循環回流，溫度穩定后，通入二氧化碳氣體進行反應

33、，同時定時取樣測定物料的pH值，pH值穩定后停止進氣，結束反應加酸將料液的pH值調節到預定值，并保溫陳化，陳化時間為所設考察值陳化后，抽濾、洗滌料漿產物，在1 10160下恒溫干燥67h。最后研磨、過篩，制得粒度為30nm 的超細二氧化硅粉體工藝流程示于圖115。5.2 懸浮床催化蒸餾的應用(SCD新工藝合成異丙苯)催化蒸餾(CD)是將多相催化反應過程和蒸餾分離過程耦臺在同一塔內同時進行，使得反應和分離相互促進、相互強化，具有提高反應轉化率和選擇性、降低能耗和節省投資等優點，在化學工業中越來越獲得廣泛的應用。但已有的研究表明，在常規的CD過程中，以“催化劑構件”(如“催化劑捆包”、結構型催化劑

34、構件等)方式固定在反應塔中的催化劑利用率較低，原因是制作“催化劑構件”要求催化劑顆粒較大(一般直徑應大于1mm)，而在蒸餾的操作條件下，擴散的影響難以克服，因而催化劑的效率難以得到充分發揮。此外，常規固定床形式的催化蒸餾，還存在“催化劑構件”的制作復雜、裝卸和再生不便等缺陷。為了克服常規CD所存在的缺陷，石油化工科學研究院對一種將懸浮床催化反應與蒸餾分離過程耦合而成的新型催化蒸餾過程進行了探索研究。這一新型的催化蒸餾與普通催化蒸餾的區別在于，催化劑不是固定在反應塔中，而是懸浮分散狀態，因此被稱之為懸浮床催化蒸餾SCD(SuspensionCatalytic Distillation)。SCD的

35、特點是：直接采用粉狀催化劑，不必制作“催化劑構件”，催化劑的效率高，催化劑易于取出再生，且懸浮催化劑顆粒的存在還有利于蒸餾過程中氣液相間傳質的加強SCD新工藝合成異丙苯的實驗流程如圖2所示。所采用的反應塔為直徑34mill的玻璃塔。塔內裝有4一狄克松填料，反應段高1 m，提餾段高0.5 m。由于烷基化產物異丙苯和多異丙苯均為重組分，由塔釜采出，塔頂沒有產物，故反應塔不需設精餾段，塔頂采用全回流操作。試驗時，催化劑與苯經均質器制成懸浮液，經計量泵打人反應段上部。丙烯經減壓、穩流和計量后由反應段下部進入反應塔。在反應段中，催化劑受上升蒸汽的攪動作用而在液相中保持懸浮分散狀態，并在隨液體沿填料表面而

36、下的同時催化苯與丙烯進行烷基化反應。產物異丙苯、少量多異丙苯以及未反應的苯攜帶催化劑離開反應段后進入提餾段，并經過提餾段(其中大部分苯被提餾回反應段)進入塔釜。塔釜采出液進入分離器進行液固分離。分離得到的催化劑再與苯制成懸浮液循環使用16。圖2：SCD新工藝合成異丙苯的實驗流程圖6. 問題與挑戰當前國內外主要關注的一些問題是：(1)在全球范圍內,當今化學過程工業的發展主要依賴于兼并、重組和轉產高附加值的產品。這基本上是一種基于貿易而不是基于研究、開發的發展策略。受股市價格驅動的公司僅對明確的、短期的商業目標感興趣,而不愿進行高風險的遠期開發項目的投資。(2)許多化工公司的研究和開發工作主要集中在開發新產品,即集中在化學