反应与分离耦合技术
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北京化工大学研究领域简介：实验室简介
功能性弹性体复合材料的制备与理论；绿色弹性体材料的制备技术与科 学；基于生物质和具有生物功能的弹性体材料；高性能弹性体制品的设 计与制造。 2、高性能复合材料研究室
纳米复合材料；组合摩擦复合材料；模压成型复合材料。 3、高分子材料加工工程研究室
聚合物加工流变学在线测定；挤出成型 （吹膜，流延，管材，中空， 片材，电线）；注射成型；共混改性（双螺杆，密炼机，开炼机）；纳米 材料改性、工程塑料改性研究；可降解塑料、导电及抗静电塑料；多层 共挤出薄膜；功能薄膜；无卤阻燃材料；聚合物基介质材料。 4、有机材料表面工程研究室
6、挤出成型研究室 高聚物精密挤出机理及装备。
7、新材料及装备研究室 木塑复合材料及制品；超高分子量制品。
8、塑料成型研究室 发泡成型技术及设备开发；三螺杆挤出成型技术装备；系列化双螺
杆挤出机开发；复合共挤出技术及设备；熔体泵设计及系统开发。 9、可视化及共混改性研究室
聚合物加工工艺及设备研究；聚合物共混物加工设备及加工工艺。 10、特种流体装备技术开发中心
新型分子筛催化剂的研究、开发和工业应用；新型催化材料的研究、 开发和工业应用；绿色精细化工技术；反应/分离、反应/反应和反应/ 传热耦合技术；结构化催化剂与反应器技术；特殊物料蒸馏过程的强化。 4、分子设计与模拟研究领域
纳米多孔材料吸附特性的实验与分子模拟；离子液体分子立场的开 发；纳米金属簇的分子模拟设计与实验制备；聚合物流体在基质表面以 及限定空间内的自组装；表面活性剂在油水界面的吸附及自组装；纳米 储氢材料的设计与优化。 5、过程模拟与调优研究领域
计算量子化学；材料量子化学；应用量子化学；非线性化学；非线 性生物学；非线性动力学；系统生物学。
生命科学与技术学院
1、生物工程与技术 酶工程与基因工程；生物能源；生物基化学品与生物材料；药物化
纳米复合材料；组合摩擦复合材料；模压成型复合材料。 3、高分子材料加工工程研究室
聚合物加工流变学在线测定；挤出成型 （吹膜，流延，管材，中空， 片材，电线）；注射成型；共混改性（双螺杆，密炼机，开炼机）；纳米 材料改性、工程塑料改性研究；可降解塑料、导电及抗静电塑料；多层 共挤出薄膜；功能薄膜；无卤阻燃材料；聚合物基介质材料。 4、有机材料表面工程研究室
6、挤出成型研究室 高聚物精密挤出机理及装备。
7、新材料及装备研究室 木塑复合材料及制品；超高分子量制品。
8、塑料成型研究室 发泡成型技术及设备开发；三螺杆挤出成型技术装备；系列化双螺
杆挤出机开发；复合共挤出技术及设备；熔体泵设计及系统开发。 9、可视化及共混改性研究室
聚合物加工工艺及设备研究；聚合物共混物加工设备及加工工艺。 10、特种流体装备技术开发中心
新型分子筛催化剂的研究、开发和工业应用；新型催化材料的研究、 开发和工业应用；绿色精细化工技术；反应/分离、反应/反应和反应/ 传热耦合技术；结构化催化剂与反应器技术；特殊物料蒸馏过程的强化。 4、分子设计与模拟研究领域
纳米多孔材料吸附特性的实验与分子模拟；离子液体分子立场的开 发；纳米金属簇的分子模拟设计与实验制备；聚合物流体在基质表面以 及限定空间内的自组装；表面活性剂在油水界面的吸附及自组装；纳米 储氢材料的设计与优化。 5、过程模拟与调优研究领域
计算量子化学；材料量子化学；应用量子化学；非线性化学；非线 性生物学；非线性动力学；系统生物学。
生命科学与技术学院
1、生物工程与技术 酶工程与基因工程；生物能源；生物基化学品与生物材料；药物化
反应与分离耦合技术
反应与分离耦合技术反应-分离耦合技术的研究进展摘要：反应/分离耦合技术因其可提⾼产品收率、降低设备投资和能耗引起⼈们越来越多的重视。
本⽂概述了反应精馏、反应-渗透蒸发耦合技术、⽆机膜反应器、膜⽣物反应器等耦合技术的发展近况。
关键词：反应；分离；耦合反应/分离过程耦合是指在⼀套设备中同时完成反应和分离两个过程。
⼴义上也可理解为将⼀系列分离器与反应器集成于⼀个系统中操作。
反应/分离过程耦合的特点是：(1)在反应过程中将对反应有抑制作⽤的产物分离，可提⾼总收率和处理能⼒；(2)可在反应过程中不断消除对反应特别是对催化剂有害的物质，维持⾼的反应速率；(3)利⽤反应热供分离所需，降低能耗；(4)简化产品后续分离流程，减少投资。
⽬前对这⼀技术的研究与开发应⽤越来越多，特别是在耦合⽅法⽅⾯已取得了显著进展。
1 反应精馏反应精馏(Reactive Distillation简称RD)是蒸馏技术中的⼀个特殊领域。
它是化学反应与蒸馏相耦合的化⼯过程[1]。
反应精馏⼯艺与传统⽣产⼯艺相⽐，具有选择性⾼、转化率⾼、⽣产能⼒⾼、产品纯度⾼、投资少、操作费⽤低、能耗低等特点，因⽽反应精馏技术引起了⼈们极⼤的关注。
按照反应中是否使⽤催化剂可将反应精馏分为催化反应精馏过程和⽆催化剂的反应精馏过程，催化反应精馏过程按所⽤催化刑的相态⼜可分为均相催化反应精馏和⾮均相催化精馏过程，⾮均相催化精馏过程即为通常所讲的催化精馏(CD，catalytic distillatlon)[2]。
表1 应⽤催化精馏⼯艺的化学反应[3]反应类型化学反应举例酯化⼄酸与⼄醇合成⼄酸⼄酯甲酸与甲醇合成甲酸甲酯醚化甲醇与异丁烯合成MTBE酯交换对苯⼆甲酸⼆甲酯与⼄⼆醇醚分解MTBE分解⽣成⾼纯异丁烯⼆聚环戊⼆烯⼆聚⽣成⼆聚还戊⼆烯脱⽔甲醇脱⽔制⼆甲醚将反应精馏应⽤于酯化反应已多见报道，但所采⽤的催化剂多为传统的浓硫酸，⽤固体酸为催化剂采⽤反应精馏⽅法合成酯的却报道不多。
浅析分离过程的强化与集成_冯清华
沸点和凝固点都比较相近，工业粗产品中 ２，２’－ ＭＤＩ 含量很 少。工业生产上普遍采用精馏的方法分离提纯 ＭＤＩ 产品，也有ห้องสมุดไป่ตู้专利中采用熔融结晶的方法分离提纯 ＭＤＩ．１００，而将精馏和结 晶结合起来分离二苯甲基二异氰酸酯同分异构体，相比单纯的 精馏或者结晶法，具有更大的优越性，和经济可行性。
图 2 结晶精馏耦合过程流程图 三、反应过程与反应过程耦合
２． 甲烷催化燃烧与十二烷脱氢反应的间接热耦合 甲烷催化燃烧和十二烷脱氢反应分别装入套管式 反应器中 的内侧和环隙中，组装成吸热反应间接热耦合套管式反应器，通 过内侧和环隙的单侧反应热传递，温度分布均匀，从而到达热量 的动态平衡。 ３． 影响耦合反应因素 （１）反应条件：十二烷液时空速，内侧反应混合空速和电炉的 温度（。空速是根据催化剂性能、原料性质及要求的反应深度而变 化的。） （２）反应与反应的耦合优点： １）反应与反应耦合充分利用能源和原材料，主要可以简化很 多工艺流程，强化了反应过程。 ２）提高了反应的利用率，选择性 和效率。 四、分离过程的集成 １． 传统分离过程的集成 合理组合传统分离过程，扬长避短，达到高效、低耗和减少污 染的目的。 ２． 传统分离过程与膜分离的集成 将膜技术应用到传统分离过程中（：１）渗透蒸发：用来分离挥 发性液体混合物，恒沸、近沸点物系（。２）蒸汽渗透：发酵液脱水制 无水乙醇。 ３． 膜过程的集成 它的优点是取长补短，例如：分离悬浮液为高固体含量物料， 将超滤、反渗透、渗透蒸馏组合在一起。 结束语 分离过程的应用遍及能源、资源、环保、生物、新材料等领 域，它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关 键步骤。 只有通过对分离对象、分离技术透彻的了解，选择合适 分离过程及其组合，才能设计出高效、节能的生产处理过程。 参考文献： [1] 姜福美(导师：胡仰栋). 结晶—精馏耦合分离 MDI 同分异 构体的研究[J]. 中国海洋大学硕士论文.2008(06). [2] 张琴花,李会泉,柳海涛. 二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)聚合反 应动力学研究[J].化学学报.2011(03). 作者简介：冯清华，男，1981-，江苏涟水人，高校讲师，硕士 学位，现任淮安市广播电视大学校长办公室副主任，主要从事应 用化学教学与研究、职教教育教学管理等工作。
《生化分离工程》思考题及习题
《生化分离工程》思考题及习题第一章绪论1、何为生化分离工程bioseparation engineering/下游加工过程, biotechnology？其主要研究那些内容？2、生化分离技术依据的分离原理有哪些？3、生化分离工程有那些特点？其包括那几种主要分离方法？4、何为传质分离过程？5、简述生化分离工程的发展趋势。
6、亲和技术目前已衍生出那些子代分离技术？7、生化反应与生化分离耦合技术有那些特点？8、为何在生物技术领域中往往出现“丰产不丰收”的现象？9、生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？10、设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？11、初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？12、如何除去蛋白质溶液中的热原质？13、生物分离为何主张采用集成化技术？14、若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？第二章预处理与固-液分离法1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？2、何谓絮凝？何谓凝聚？各自作用机理是什么？3、絮凝剂可分为那三种？有那些因素影响絮凝过程？4、在生化工业中常用的过滤方式那两种？各自有何特点？5、离心分离分那两大类？各自有何特点及用途？常用离心法有那几种？6、何谓密度梯度离心？其工作原理是什么？7、如何使用助滤剂?8、错流微滤与传统过滤相比有何优点？第三章细胞破碎法1、细菌细胞壁与真菌（酵母）细胞壁在组成上有何区别？2、细胞破碎主要有那几种方法？3、机械法细胞破碎方法非机械破碎方法相比有何特点？4、何谓脂溶破碎法？其原理是什么？包括那几种？5、酶法细胞破碎常用那几种酶类？6、包涵体是如何产生的?如何使重组蛋白复性?7、如何测定细胞破碎程度？第四章沉淀法1.理解概念：盐溶，盐析2.常用的沉淀法有哪几种？3.生产中常用的盐析剂有哪些？其选择依据是什么？4.何谓分步盐析沉淀？5.有机沉淀法与盐析沉淀法相比有何优缺点？第五章溶剂萃取法1、何谓溶剂萃取？其分配定律的适用条件是什么？2、在溶剂萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？4、在发酵工业中，去乳化有何实际意义？5、理解概念：HLB，分配系数，分离因子，介电常数，带溶剂6、生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？7、pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？8、发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响? 如何有效消除乳化现象？9、什么叫超临界流体？10、为何在临界区附近，稍微改变流体的压力和温度，都会引起流体密度的大副变化？11、要提高超临界流体萃取的效率，可以考虑哪些方面？12、名词解释：胶束/反胶束13、影响反胶束萃取蛋白质的因素有哪些？第六章双水相萃取1、何谓双水相萃取？2、双水相体系可分为那几类？目前常用的体系有那两种？3、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分离？4、影响双水相萃取的因素有那些？当电解质存在，PH是如何影响双水相萃取的？5、用双水相萃取细胞破碎（匀浆）液时，一般是把目标产物分布在上相，而细胞碎片、杂蛋白等杂质分布在下相，为什么？6、何谓双水相亲和萃取？第七章膜分离法1、何谓膜分离？主要有那几种膜分离方法？2、膜在结构上可分为那几种？膜材料主要用什么？3、膜组件在形式上有那几种？各自有何优缺点？4、为何说非对称性膜的发明为膜分离走向工业化奠定了基础？5、简述微滤、超滤膜、反渗透膜在膜材料、结构、性能及其应用等方面的异同点6、膜分离的表征参数有那些？何谓膜截留分子量？7、何谓浓差极化现象？它是如何影响膜分离的？减少浓差极化现象的措施？8、膜的清洗及保存方法有那几种？9、膜分离设备按膜组件形式可分为几种？相比较的优缺点？10、反渗透与超滤在分离机理上有何区别？11、超滤、反渗透膜分离主要有那些方面应用？12、比较膜分离技术与亲和层析技术的特点13、亲和剂由哪几部分组成？14、简述亲和膜分离的过程？15、液膜由哪几部分组成？各自的功能是什么？17、影响液膜稳定性的因素有哪些？第八章吸附法1、吸附作用机理是什么？2、吸附法有几种？各自有何特点？3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优缺点？4、影响吸附过程的因素有那些？5、何谓穿透曲线？6、膨胀床吸附的特点是什么？第九章离子交换法1、何谓离子交换法?一般可分为那几种?2、离子交换树脂的结构、组成？按活性基团不同可分为那几大类？3、离子交换树脂的命名法则是什么？4、离子交换树脂有那些理化性能指标？5、何谓真密度、湿真密度？6、大孔径离子交换树脂有那些特点？7、pH值是如何影响离子交换分离的？8、普通型离子交换树脂为何不能用来分离提取蛋白质分子？9、各类离子交换树脂的洗涤、再生条件是什么？10、软水、去离子水的制备工艺路线？11、对生物大分子物质，离子交换剂是如何选择的？12、理解概念：交换容量，工作交换容量，膨胀度，湿真密度，交联度13、为何阴树脂交换容量用动态法测定而阳树脂用静态法测定？第十章色层分离1、何谓色层分离法？可分为那几大类？2、何谓保留值、分配容量K、分离度？3、色层图中分离度有那几种表示方法？4、层析剂有那几种？各自有何特点？5、何谓亲和色层分离法？亲和力的本质是什么？亲和色层中常用的亲和关系有那几种？6、何谓疏水作用层析？其最大的特点是什么？7、柱层析法与固定床吸附法有何异同点？8、苯硼酸亲和介质用于分离哪些目标物？原理是什么?9、凝胶层析分离机理是什么?10、亲和层析的机理是什么？11、配基偶联后残留电荷对分离有何影响？如何消除？12、小分子配基为何需插入手臂？13、何谓色层分离法？可分为那几大类？14、简述柱层析系统的工艺流程。
化学反应的耦合(不可打印稿)
化学 • 化学反应耦合的机制 • 化学反应耦合的应用 • 化学反应耦合的挑战与前景 • 参考文献
01
引言
化学反应耦合的定义
01
化学反应耦合是指两个或多个化 学反应在一定条件下同时进行， 并且相互影响的过程。
02
这些化学反应可以是相同或不同 的反应类型，但它们必须能够在 一个共同的反应环境中相互促进 或制约。
03
化学反应耦合的机制
电子转移机制
电子转移机制是指通过电子的得失或共用，使反应物之间发生电子转移， 从而实现化学反应的耦合。
在电子转移过程中，反应物之间通过电子的转移或共用，形成新的化学 键，从而实现化学反应的耦合。
电子转移机制包括电子得失和电子共用两种方式，其中电子得失是指反 应物之间通过电子的完全转移实现耦合，而电子共用则是指反应物之间 通过电子的共享实现耦合。
质子转移机制
质子转移机制是指通过质子的得失或共 用，使反应物之间发生质子转移，从而
实现化学反应的耦合。
在质子转移过程中，反应物之间通过质 子的转移或共用，形成新的化学键，从
而实现化学反应的耦合。
质子转移机制包括质子得失和质子共用 两种方式，其中质子得失是指反应物之 间通过质子的完全转移实现耦合，而质 子共用则是指反应物之间通过质子的共
促进新物质合成
通过化学反应耦合，可以合成 出单一反应难以制备的新物质 ，从而拓展了化学合成的可能
性。
02
化学反应耦合的类型
氧化还原反应耦合
总结词
氧化还原反应耦合是指电子转移反应的组合，其中氧化剂和还原剂通过相互作 用实现电子转移。
详细描述
在氧化还原反应耦合中，氧化剂获得电子并被还原，而还原剂则失去电子并被 氧化。这种反应类型在电化学和生物化学过程中非常常见，如电池和细胞呼吸 过程中的电子传递链。
01
引言
化学反应耦合的定义
01
化学反应耦合是指两个或多个化 学反应在一定条件下同时进行， 并且相互影响的过程。
02
这些化学反应可以是相同或不同 的反应类型，但它们必须能够在 一个共同的反应环境中相互促进 或制约。
03
化学反应耦合的机制
电子转移机制
电子转移机制是指通过电子的得失或共用，使反应物之间发生电子转移， 从而实现化学反应的耦合。
在电子转移过程中，反应物之间通过电子的转移或共用，形成新的化学 键，从而实现化学反应的耦合。
电子转移机制包括电子得失和电子共用两种方式，其中电子得失是指反 应物之间通过电子的完全转移实现耦合，而电子共用则是指反应物之间 通过电子的共享实现耦合。
质子转移机制
质子转移机制是指通过质子的得失或共 用，使反应物之间发生质子转移，从而
实现化学反应的耦合。
在质子转移过程中，反应物之间通过质 子的转移或共用，形成新的化学键，从
而实现化学反应的耦合。
质子转移机制包括质子得失和质子共用 两种方式，其中质子得失是指反应物之 间通过质子的完全转移实现耦合，而质 子共用则是指反应物之间通过质子的共
促进新物质合成
通过化学反应耦合，可以合成 出单一反应难以制备的新物质 ，从而拓展了化学合成的可能
性。
02
化学反应耦合的类型
氧化还原反应耦合
总结词
氧化还原反应耦合是指电子转移反应的组合，其中氧化剂和还原剂通过相互作 用实现电子转移。
详细描述
在氧化还原反应耦合中，氧化剂获得电子并被还原，而还原剂则失去电子并被 氧化。这种反应类型在电化学和生物化学过程中非常常见，如电池和细胞呼吸 过程中的电子传递链。
反应-分离耦合技术
反应-分离耦合技术
反应分离耦台技术是将化学反应与物理分离过程一体化，使反应与分离操作在同一设备中完成，如反应蒸馏、反应萃取、反应吸收、反应膜分离等。
反应分离耦台技术可降低设备投资、简化工艺流程，具有多种优点。
如催化蒸馏可显著提高化学反应的选择性，减少副反应；对于可逆反应，可显著改变化学反应的平衡，提高反应的收率；对于放热反应，可有效利用反应热，减少热能消耗。
催化蒸馏操作可通过改变操作压力，控制反应温度，改变气相物料的蒸气分压，调节液相反应物浓度，从而改变反应速率和产品分布。
催化蒸馏的应用如酯化、烷基化、水合、醚化及脱水醚化等过程，主要产品有醋酸甲酯、乙酯和丁酯、甲基叔丁基醚、乙苯和异丙苯等，常用的催化剂有ZSM5、HY沸石、酸性阳离子交换树脂、酸性沸石催化剂等。
苯与丙烯烷基化生产异丙苯，以酸性沸石或酸性离子交换树脂为催化剂，采用催化反应蒸馏技术，其工艺条件为50-300℃，0.05-2 MPa，苯与丙烯的物质的量比为(2-10)：1，丙烯的转化率可达98%，异丙苯的选择性可达90%。
北京化工大学研究和开发了利用催化反应蒸馏技术，将苯和丙烯的烷基化、多异丙苯烷基转移反应台在同一设备中进行，降低了设备投资，简化了工艺流程。
该过程既可采用固定床催化精馏塔，也可采用悬浮床催化精馏塔。
光催化-膜分离耦和技术概要
目前研究较少
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应用篇
研究内容及程度
涉及机理研究、设备研究（即组合方式研究）和操作 条件优化的研究。
在机理方面，主要包括悬浮态光催化-膜分离耦合工 艺中膜污染机理的研究、光催化剂对有机物、病毒的降 解机理的研究等；
组合方式研究方面主要探索经济、简便的最佳组合工 艺；
操作条件的研究旨在找出影响组合工艺处理效果因素 的最佳条件，以及制备性能优良的光催化复合膜的条件。
[3]Ho D P, Vigneswaran S, Ngo H H. Photo catalysis-membrane hybrid system for organic removal from biologically treated sewage effluent. Sep Purif Technol,2009,68:145-152
耦合膜
化学稳定 性好，机 械强度高 的耦合膜 的制备
LOGO
参考文献
[1]肖羽堂，许双双，李志花，安晓红，周蕾，张永来，Fu Q.Shiang，TiO2光催化-膜分离偶和技术在水处理中的应用研究进 展，科学通报，2010，55（12）1085-1093 [2]Sylwia,Photocatalytic membrane reactors(PMRs)in water and wastewater treatment,Separation and Purification Technology73(2010)71-91 [3]Mwng Nan Chong, Bo Jin, Christopher W.K. Chow, Chris Saint,Recent developments in photocatalytic water treatment technology:A review, Water Research，44（2010） 2997-3027
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应用篇
研究内容及程度
涉及机理研究、设备研究（即组合方式研究）和操作 条件优化的研究。
在机理方面，主要包括悬浮态光催化-膜分离耦合工 艺中膜污染机理的研究、光催化剂对有机物、病毒的降 解机理的研究等；
组合方式研究方面主要探索经济、简便的最佳组合工 艺；
操作条件的研究旨在找出影响组合工艺处理效果因素 的最佳条件，以及制备性能优良的光催化复合膜的条件。
[3]Ho D P, Vigneswaran S, Ngo H H. Photo catalysis-membrane hybrid system for organic removal from biologically treated sewage effluent. Sep Purif Technol,2009,68:145-152
耦合膜
化学稳定 性好，机 械强度高 的耦合膜 的制备
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参考文献
[1]肖羽堂，许双双，李志花，安晓红，周蕾，张永来，Fu Q.Shiang，TiO2光催化-膜分离偶和技术在水处理中的应用研究进 展，科学通报，2010，55（12）1085-1093 [2]Sylwia,Photocatalytic membrane reactors(PMRs)in water and wastewater treatment,Separation and Purification Technology73(2010)71-91 [3]Mwng Nan Chong, Bo Jin, Christopher W.K. Chow, Chris Saint,Recent developments in photocatalytic water treatment technology:A review, Water Research，44（2010） 2997-3027
反应-分离耦合过程
反应-分离耦合过程
反应-分离耦合过程
分离-耦合过程是一个重要的反应，经常用于合成新的有机化合物。
它将不同
的物质从一起分离出来并将其连接起来，从而形成另一种新的化合物。
分离耦合的过程通常需要使用加热，冷却或离子来调节反应温度，以及显微镜
和电子复原仪，以测量该反应过程中物质的变化。
此外还需要一种催化剂，以加快反应速度，并且必须持续不断地补充溶液中的水分，以保持水溶性产物的稳定性。
也可以通过物理和化学方法来促进这种反应。
例如，超音波和微波辐射可能可
以加快分离耦合的反应速度，而化学催化剂可以降低反应的活化能，当化合物会部分分解时，也可能加速反应的进程。
在工业生产中，分离耦合作业的运行十分稳定，一方面，可以在不改变原料中
其他成分的情况下，将合成的新产物分离出来；另一方面，反应的反应温度可以调控到合理的范围，可以有效地控制产物的稳定性，从而最大程度地保证产品的质量。
总之，分离耦合是一种非常有效的反应，在工业生产中可以提供质量可靠的产物。
它提供了一种有效的方法来概念地开发新的有机混合物，它在工业反应中也具有重要性。
膜生物反应器及其耦合工艺的应用研究进展
膜生物反应器及其耦合工艺的应用研究进展1. 引言1.1 膜生物反应器的概念膜生物反应器是一种将膜技术与生物反应器相结合的新型反应器，通过在反应系统中引入膜分离技术，实现废水处理、生物降解、生物制药和食品工业等领域的高效能和高纯度生产。
膜生物反应器的主要原理是利用膜的特殊结构和分离性能，通过膜的筛选作用和传质调控，实现废水中有害物质的去除和有用物质的保留，从而达到对废水进行高效处理的目的。
膜生物反应器具有反应效率高、操作简单、占地面积小、能源消耗低、运行成本低、操作稳定等优点，在废水处理、生物降解、生物制药和食品工业等领域有着广泛的应用前景。
随着膜技术和生物技术的不断发展，膜生物反应器在应用中展现出了更大的潜力和优势，成为了当前研究和应用的热点领域之一。
通过不断深入研究和实践应用，膜生物反应器将为实现环境保护、资源高效利用和永续发展提供重要技术支持和解决方案。
1.2 耦合工艺的意义耦合工艺的意义在膜生物反应器的应用中起着至关重要的作用。
耦合工艺是指将不同的生物或化学过程结合在一起，以达到更高效的处理效果。
通过耦合工艺，可以实现不同反应器之间的协同作用，提高废水处理的效率和质量。
耦合工艺还可以实现资源的综合利用，减少能源消耗和废物排放，达到可持续发展的目标。
在膜生物反应器的应用中，耦合工艺可以将不同类型的膜反应器结合在一起，形成多级处理系统，使废水在不同环境下经过多次处理，达到更高的处理效果。
耦合工艺还可以将膜生物反应器与其他生物降解技术结合起来，充分利用各自的优势，提高废水处理的效率和水质的净化程度。
耦合工艺在膜生物反应器的应用中扮演着重要的角色，可以提高废水处理的效率和质量，减少资源的浪费，为环境保护和可持续发展做出贡献。
研究耦合工艺的意义和优势对于推动膜生物反应器及其应用的发展具有重要意义。
2. 正文2.1 膜生物反应器在废水处理中的应用膜生物反应器在废水处理中的应用是一种高效的水处理技术，其主要优势包括高降解效率、节约空间、操作简便等。
现代化工分离技术
流量计
CO2
钢 瓶
泵 冷箱
携 带 剂
流量计
泵
萃 取
混 合
分
精
离
馏
柱
分 离
超临界CO2萃取基本流程图
与传统工艺比较的优势
工业上，传统工艺中大都根据相似相溶原理 采用有机溶剂作为萃取剂，但是有机溶剂在液液 萃取或是固相萃取中总会或多或少带来一些环境 问题，比如比较显著的废溶剂的回收问题。
二次污染严重影响人们的日常生活和工作， C无O溶2是剂较残容留易,也提避纯免与了分溶离剂的对气人体体,因的此毒萃害取和物对几环乎境 的污染。如脱去咖啡中的有害成分咖啡因，传统 的萃取剂为有毒副作用的二氯乙烷，产生二次污 染，而采用超临界CO2作为萃取剂，当有机物质 荣誉超临界二氧化碳时，很容易回收，也容易操 作，避免了二次污染。
特点
• (1)可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效 地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着 药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的 物质在其沸点温度以下萃取出来；
• (2)使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因 此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和 对环境的污染,是100%的纯天然；
2.超临界 CO2萃取原
理 3.超临界CO2
流体萃流程图
4.应用及特点
概述
超临界流体二氧化碳萃取（supercritical CO2 extraction ,CO2-SFE或CO2-SCFE）技术是超临界流 体萃取(superccritical fluid extraction,SCEF或SEF) 技术的一种。
化工分离中的三类分离方法
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反应-分离耦合技术的研究进展摘要：反应/分离耦合技术因其可提高产品收率、降低设备投资和能耗引起人们越来越多的重视。
本文概述了反应精馏、反应-渗透蒸发耦合技术、无机膜反应器、膜生物反应器等耦合技术的发展近况。
关键词：反应；分离；耦合反应/分离过程耦合是指在一套设备中同时完成反应和分离两个过程。
广义上也可理解为将一系列分离器与反应器集成于一个系统中操作。
反应/分离过程耦合的特点是：(1)在反应过程中将对反应有抑制作用的产物分离，可提高总收率和处理能力；(2)可在反应过程中不断消除对反应特别是对催化剂有害的物质，维持高的反应速率；(3)利用反应热供分离所需，降低能耗；(4)简化产品后续分离流程，减少投资。
目前对这一技术的研究与开发应用越来越多，特别是在耦合方法方面已取得了显著进展。
1反应精馏反应精馏(Reactive Distillation简称RD)是蒸馏技术中的一个特殊领域。
它是化学反应与蒸馏相耦合的化工过程[1]。
反应精馏工艺与传统生产工艺相比，具有选择性高、转化率高、生产能力高、产品纯度高、投资少、操作费用低、能耗低等特点，因而反应精馏技术引起了人们极大的关注。
按照反应中是否使用催化剂可将反应精馏分为催化反应精馏过程和无催化剂的反应精馏过程，催化反应精馏过程按所用催化刑的相态又可分为均相催化反应精馏和非均相催化精馏过程，非均相催化精馏过程即为通常所讲的催化精馏(CD，catalytic distillatlon)[2]。
表1应用催化精馏工艺的化学反应[3]反应类型化学反应举例酯化乙酸与乙醇合成乙酸乙酯甲酸与甲醇合成甲酸甲酯醚化甲醇与异丁烯合成MTBE酯交换对苯二甲酸二甲酯与乙二醇醚分解MTBE分解生成高纯异丁烯二聚环戊二烯二聚生成二聚还戊二烯脱水甲醇脱水制二甲醚将反应精馏应用于酯化反应已多见报道，但所采用的催化剂多为传统的浓硫酸，用固体酸为催化剂采用反应精馏方法合成酯的却报道不多。
王建田,刘卫平[4]用自制的特殊固体催化剂作主催化剂，浓硫酸作辅催化剂，在直径200mm的催化反应精馏塔中进行了合成乙酸乙酯的研究。
塔顶酯相经萃取脱水后，引出部分回流至塔顶，构成反应精馏——萃取联合过程。
结果表明,在实验最优条件下，最终可获得酯合量大于99.5%的产品。
许前会，张秋荣[5]首次将反应精馏应用于乙酸乙丙酯的合成，提高了反应收率，缩短了工艺流程。
塔板上汽、液传质的计算无论是在理论上还是在实际上都是一个具有重要意义的问题，一直受到许多学者的注意。
但到目前为止仍不能找到一种合适的气液传质模型或者通用的流体计算软件，来反映大型反应精馏塔板气液传质过程的真实情况。
为此,宋海华等人[6，7]通过对塔板上液体流动分布以及化学反应过程的分析，建立了能够同时考虑液体流动分布和化学反应的塔板液相浓度场计算模型：他们将此二维定数混合池模型与描述传质的微分方程联立，利用有限元法求解出了大型反应精馏塔板上的液相浓度分布。
关于其他反应精馏数学模拟方面的研究进展，李云华，刘新生[8]给出了非常详尽的介绍，本文就不再赘述。
2反应与膜技术的耦合膜反应器(Membrane Reactor，简称为MR)是把膜分离器与反应器组合成一个反应分离单元设备。
2.1化学反应与渗透蒸发的耦合渗透蒸发与化学反应耦合技术或渗透蒸发膜反应器技术是将渗透蒸发膜的选择分离特性引入化学反应中，从而给渗透蒸发膜分离技术提出了一个诱人的方向。
渗透蒸发与化学反应耦合技术兼容分离和反应功能，其膜反应器可分为：惰性膜反应器和催化膜反应器。
杨伯伦等[9]以乙醇(Et0H)及叔丁醇[TBA]为原料，用催化反应与渗透蒸发膜分离耦合的方法，以强酸性阳离子交换树脂Amberlyst l5为催化剂，合成了乙基叔丁基醒(ETBE)。
在考虑了试验条件下TBA分解为水与异丁烯(IB)而引起的体积减少、水的吸附对催化剂活性的阻害效应以及水的渗透透量等因素的基础上，得出了一数学模型。
试验结果与模型的计算结果比较一致。
刘庆林等[10]研究了乙酸与丁醇酯化反应和渗透蒸发的耦合过程。
2.2化学反应与无机膜的耦合无机膜与有机膜相比，具有耐温、耐化学腐蚀、耐细菌和强度高等优点，因而无机膜反应器的应用范围比有机膜反应器更为广泛。
无机膜反应器中的膜是由金属、碳、玻璃、陶瓷等无机材料制备的均质膜或是多孔膜，可以是惰性的或是具有催化活性的，膜的形状有平板式、管式、中空纤维式、或管壳式的陶瓷膜，也有卷式、螺旋式的金属膜等。
常用的无机膜有致密膜、多孔膜、分子筛膜等[11]。
图l几种类型的无机膜反应器示意图目前无机膜反应器已在化工、环保、生物等工业得到了广泛的应用。
表2作为加氢、氧化和其他反应类型的膜催化反应器[12]金万勤，徐南平[13]开发了具有我国自主知识产权的无机分离催化膜材料，即ZrO2(Y2O3稳定)掺杂的SrFe0.6Co0.4O3-δ(SFCZ)类钙钛矿型双相混合传导型氧化物，将其应用于甲烷部分氧化制合成气反应中，结果发现该膜材料具有良好的稳定性。
2.3生物反应与膜技术的耦合膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型废水处理技术，它最先应用于酶制剂工业。
现在膜生物反应器己成功地应用于水道污水、粪便污水、及工业废水等的处理中。
冯屏等[16]进行了在膜生物反应器中用发酵法制取二羟基丙酮的研究，结果表明：甘油浓度为60g/L、玉米浆和蛋白水解液浓度为0.5g/L、稀释率为0.067h-1时，菌体积累、甘油转化率和体积产率均较高，最长连续发酵持续时间为400h。
实验证实了醋酸杆菌在MBR中连续发酵的可能性。
成英俊等[17]在酸生物反应器中投加聚乙烯悬浮填科，发现能使膜生物反应器对生活污水中有机污染物质的去除能力增强，总氮、总磷的平均去除率由45.5%和47.2%分别增至57.4%和71.8%，投加悬浮填辑还可以延缓膜污染。
酶膜反应器将酶促反应的高效率与膜的选择透过性有机结合，强化了过程的速率。
近年来，酶膜反应器在生物、医药、食品、化工、环境等领域得到了日益广泛的应用。
目前，酶膜反应器主要用于有机相酶催化，手性拆分与手性合成，反胶团中的酶催化，辅酶或辅助因子的再生，生物大分子的分解等场合，见文献[14，15]。
移动床生物膜反应器(Moving—bed Biofilm Reactor，MBBR)是一种革新型生物膜反应器，它能使微生物附着在载体上，漂浮的载体在反应器内随着混合液的回旋翻转作用而自由移动，从而达到处理污水的目的。
MBBR不仅克服了活性污泥法占地大、会发生污泥膨胀以及污泥流失等缺点，还解决了固定床生物膜法需定期反冲洗、清洗滤料和更换曝气器等复杂操作问题，克服了流化床使载体流化的动力消耗过大的缺点。
MBBR的脱氮除磷功能也十分突出。
总之，它具有处理能力高，能耗低，不需要反冲洗，水头损失小，不发生堵塞，出水水质稳定，耐冲击负荷能力强，结构紧凑，占地少，无需污泥回流，维护管理简单的工艺特点。
目前移动床生物膜反应器在含碳有机物去除、硝化与反硝化、除磷和反应动力学等方面的取得了较大的进展以及并得到了实际应用[18]。
3其它除了以上介绍的各种反应-分离耦合技术（设备）外，在实际生产和研究中还有许多的耦合技术，比如，在生化反应中，常有产物抑制现象，使产率偏低。
乳酸、丙酮丁醇、乙醇等发酵过程中具有产物抑制，利用萃取发酵生产乳酸和丙酮乙醇，可以有效的减轻产物抑制，提高基质浓度，明显提高发酵罐生产能力，降低生产成本。
类似的还有生化反应层析耦合技术在6-氨基青霉烷酸制备过程中的应用等。
4结论对反应/分离耦合技术的应用实践结果表明，该系统具有可降低能耗和设备投资、提高产率等优点，引起了人们的广泛重视，并取得了迅速的发展，从而创造了极大的经济效益。
但是由于该技术的复杂性，其设计不论在实践还是在理论研究方面都有待进一步的完善和发展。
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