新型反应器---膜反应器
反应器分类及特点
反应器分类及特点在化工、生物和医药等领域，反应器是实现化学反应的重要设备之一。
根据不同的分类标准，反应器可以分为多种类型。
以下是几种常见的反应器及其特点：1.固定床反应器固定床反应器是一种常见的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的固体催化剂或固定床催化剂，使反应在催化剂表面进行。
这种反应器的优点是操作简单、催化剂活性高、选择性好，适用于小规模、高附加值的化工生产。
但是，固定床反应器的缺点是催化剂使用寿命有限，需要定期更换或再生。
2.活动床反应器活动床反应器是一种动态反应器，其特点是催化剂在反应器内处于运动状态。
这种反应器的优点是可以根据需要随时更换催化剂，并且可以通过控制催化剂的移动速度来优化反应过程。
但是，活动床反应器的缺点是需要复杂的机械传动系统和密封装置，维护成本较高。
3.流化床反应器流化床反应器是一种高效、大规模的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的固体颗粒，使反应在颗粒表面进行。
这种反应器的优点是可以实现连续操作、生产能力大、催化剂使用寿命长等。
但是，流化床反应器的缺点是对于某些反应过程控制难度较大，可能会存在局部过热或反应不均匀等问题。
4.膜反应器膜反应器是一种新型的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的膜材料，使反应在膜表面进行。
这种反应器的优点是可以实现分离和反应两个过程的集成，具有高效、环保等优点。
但是，膜反应器的缺点是膜材料的选择和控制难度较大，需要解决膜堵塞和污染等问题。
5.光敏反应器光敏反应器是一种利用光能激发化学反应的反应器类型，其特点是在反应器中引入光源和光敏剂等元素，通过光能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现选择性高、条件温和的反应过程。
但是，光敏反应器的缺点是需要精密的光学系统和控制系统，维护成本较高。
6.电化学反应器电化学反应器是一种利用电能实现化学反应的反应器类型，其特点是在反应器中引入电极和电解质等元素，通过电能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现条件温和、环境友好的化学过程。
化学工程中的新型反应器和工艺
化学工程中的新型反应器和工艺随着工业技术的不断进步，化学工程的发展也日新月异。
在化学工程中，反应器是一个十分重要的环节，它直接影响到产品的质量和生产效率。
在过去的几十年里，人们一直在研究如何改进反应器的性能，提高化学反应的效率和安全性。
本文将介绍一些新型反应器和工艺，以及它们在化学工程中的应用。
一、微型反应器微型反应器是一种新型反应器，它的体积非常小，可以达到毫升级别。
与传统的大型反应器相比，微型反应器具有以下几个优点：1.反应速度更快由于微型反应器的大小非常小，而且具有更高的比表面积，因此反应速度更快。
在微型反应器中进行化学反应时，反应物可以迅速扩散和混合，从而加速反应速度。
2.反应效率更高微型反应器的体积小，反应物的浓度更高，因此反应效率更高。
同时，微型反应器的温度和压力可以更加精准地控制，使得反应更加充分，从而提高反应效率。
3.更节约原料由于微型反应器的体积非常小，原料的用量也会相应减少，从而减少了废料的生成量，更加环保节能。
微型反应器在化学合成、生物技术、药物合成、石油化工等领域都得到了广泛应用。
例如，在药物合成中，微型反应器可以快速地合成出高质量的药物，并且废料量减少，提高了药物的成本效益。
二、薄膜反应器薄膜反应器是一种利用薄膜技术来进行反应的反应器。
它的特点在于反应物在反应过程中通过薄膜进行传递，具有以下优点：1.反应速度更快由于反应物通过薄膜进行传递，传质系数更大，从而反应速度更快。
同时，薄膜还可以提高反应物在反应中的接触率，加快反应速度。
2.反应效率更高由于反应物在薄膜中传递时能够更加充分地接触，因此反应效率更高。
同时，薄膜反应器中的反应温度和压力可以更加精准地控制，使得反应更加充分，从而提高反应效率。
3.更加环保薄膜反应器中的反应物可以更加充分地利用，减少了反应废料的生成量，从而能更好地保护环境。
薄膜反应器在化学合成、分离与纯化、膜分离和氧化反应等领域都得到了广泛应用。
例如，在生物技术领域中，薄膜反应器可以用来进行微生物发酵，以及制造基因药物和生物燃料等。
膜生物反应器技术说明
膜生物反应器技术说明一、简介膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，它用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池，是目前最有前途的废水处理新技术之一，是公认的市政污水最终可行的中水回用技术。
二、分类目前在水处理行业中，膜生物反应器投入大规模实际应用，膜生物反应器依据膜组件，及原理有不同的分类。
下面我们就来了解一下膜生物反应器分类。
1、从整体上来讲，膜生物反应器分类有以下几种：膜分离生物反应器：膜分离生物反应器用于污水处理中的固液分离。
膜曝气生物反应器：膜曝气生物反应器中膜被用于气体质量传递，通常是为好氧工艺供氧(通常由曝气风机供氧和机械曝气供氧二种)，可以实现生物反应器的无泡曝气，大大提高反应器的传氧效率。
萃取膜生物反应器：萃取膜生物反应器主要用于工业中优先污染物的处理，选择性透过膜被用于萃取特定的污染物。
2、按照膜组件的放置方式可分为：分体式和一体式膜生物反应器分体式膜生物反应器把生物反应器与膜组件分开放置，膜生物反应器的混合液经增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜得到系统出水，活性污泥则被截留，并随浓缩液回流到生物反应器内。
一体式系统则直接将膜组件置于反应器内，通过的抽吸得到过滤液，膜表面清洗所需的错流由空气搅动产生，设置在膜的正下方，混合液随气流向上流动，在膜表面产生剪切力，以减少膜的污染。
一体式膜生物反应器工艺是污水生物处理技术与膜分离技术的有机结合。
3、按照膜生物反应器是否需氧：可分为好氧和厌氧膜生物反应器好氧膜生物反应器一般用于城市和工业的处理，好氧MBR用于城市污水处理通常是为了使出水达到回用的目的，而用于处理工业的主要为了去除一些特别的污染物，如油脂类污染物。
厌氧膜生物发生器中，通过膜的高效截留，不仅解决了厌氧污泥容易从膜生物反应器流失导致出水水质降低的问题，同时膜分离的作用还体现在对厌氧反应器的构造与处理效果的强化方面。
膜生物反应器的优点
膜生物反应器的优点
膜生物反应器是一种利用微生物将有机物转化为水和二氧化碳的生物处理技术。
它具有以下的优点：
1. 高度的反应效率
膜生物反应器通过使用膜过滤器来增加反应速率和效率。
膜可以增加反应器的
表面积，提高微生物的生长速度和转化速度，并且有效去除生物膜中的氧气供应限制，提高反应的效率和产率。
2. 可控性强
膜生物反应器可以对反应精确控制，可以针对不同的污染物和环境进行定制化
设计，提供多种过程操作和控制方式。
例如，可以控制膜厚度和形状，以及通入工艺气体和进料等操作。
3. 运行成本低
膜生物反应器相对于传统生物反应器，具有低成本和低延迟的特点。
膜可以提
高微生物的生长速度和反应速率，降低反应时间和反应条件的需求，减少配套设施和设备的需要，降低成本。
4. 抗污染能力强
膜可以作为一个分离器使用，它可以过滤非生物性物质和大多数细菌，这意味
着对于废水中存在的一些非生物性物质，膜反应器具有很强的抗污染能力。
此外，膜还可以抵抗臭氧和其他化学般的污染物，以及细胞外聚集物的形成。
5. 灵活性强
膜生物反应器适用于多种生物反应系统，可以针对多种污染物进行设计和布局，尤其适用于容量需求不高的应用场合，提供了灵活的应用可能性。
总之，膜生物反应器在能源消耗、化学品使用量和废水排放方面具有很大的优势，有望在未来的工业和环境应用中获得广泛的应用。
化学反应工程课程案例教学之膜反应器基本原理及应用
化学反应工程课程案例教学之膜反应器基本原理及应用摘要：化学反应工程是研究化学反应机理和反应堆设计的学科。
其目的是了解反应系统的特点，合理选择和设计合适的反应堆，以满足经济、安全、高效和环保材料转换过程的要求。
化学反应工程课程教学围绕反应堆设计逐步发展，反应堆设计方程主要涉及到电源组成、反应动力学、接触模式和反应堆类型。
其中，进料组成是操作参数，反应动力学是工艺的固有特征，接触方式是指反应材料(包括试剂和产品)如何通过反应堆并在反应堆接触行为中的不同位置流动。
反应器型式多种多样，在很大程度上会显著影响接触模式。
膜反应器是一种将化学反应和膜分离耦合在一起的先进反应器，可通过常规反应器和膜分离设备的有效集成，减少化工过程设备数量并实现过程提质增效。
基于此，本篇文章对化学反应工程课程案例教学之膜反应器基本原理及应用进行研究，以供参考。
关键词：化学反应工程课程；案例教学；膜反应器；基本原理；应用分析引言化学工业与人们的衣、食、住、行息息相关，是国民经济的支柱产业，其生产过程主要涉及三个步骤——原料预处理、化学反应、产品的分离与纯化。
其中，化学反应是将原料转变为化工产品的关键，是整个工业生产过程的核心。
研究化学反应如何在工业上实现的学科称为化学反应工程，即化学反应工程是一门研究化学反应工程问题的学科，它以工业反应过程和反应器的设计、开发、放大及优化为目的，是化学工程学科的重要分支。
作为大化工专业(特别是化学工程与工艺专业)的核心基础课程，化学反应工程是一门以高等数学、物理化学、物理等为先修知识、学科交叉性较强的学科，其概念、原理抽象，往往采用理论推演结合工程实践的研究方法。
更重要地是，化学反应工程的研究对象——工业规模的化学反应，其影响因素复杂多样，对于缺乏一线实践认知的学生群体，难以将反应过程设计、操作优化等实际问题的解决与理论知识联系起来。
基于上述特点，在新工科背景下，化学反应工程教学既要满足专业知识体系的基本要求，还要强调工程思维训练，突出对解决复杂工程问题的能力提高，同时提高学生的学习兴趣。
膜生物反应器(MBR)介绍
膜生物反应器（MBR）介绍膜生物反应器（MBR）是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术，也称作膜分离活性污泥法。
最早出现在20 世纪70 年代，目前在世界范围内得到广泛应用。
膜生物反应器（MBR）用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。
一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，达到很高的水平，使降解污染物的生化反应进行的更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。
MBR 技术有以下特点和优势：⑴膜材质为PVDF,自身抗污染能力强，不易被污染物粘附，易清洗，适于污水处理。
⑵空隙率高、通量大，远高于其它材质的同类产品。
⑶膜材质化学性能稳定，抗氧化能力强，可以用酸、碱、氧化剂清洗，清洗后通量可完全恢复。
⑷膜寿命长达3-5 年。
⑸出水水质好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用。
⑹由于膜的高效截流作用，微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。
⑺反应器内的微生物浓度高达8000-12000mg/L，生化效率高，耐冲击负荷强。
⑻污泥泥龄（SRT）长，有利于增殖缓慢的硝化细菌的截流、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高。
⑼反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄条件下运行，剩余污泥排放量少。
⑽膜分离使污水中的大分子难降解成分在生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。
⑾系统自动化程度高，采用PLC 控制，可实现全程自动化控制。
⑿模块化设计，结构紧凑，占地面积小，运行费用低廉。
膜生物反应器（MBR）的类型根据膜的使用方法不同分为内置式和外置式两种。
内置式是将膜直接浸渍于生化反应池中，直接从膜元件中抽取净水，而外置式则是用泵将生物反应池的泥水混合物通过膜组件进行错流过滤循环，得到洁净3的透过水。
内置式膜生物反应器由于操作压力低，膜的通量相对较小，膜面积的使用量较大，而外置式膜生物反应器由于是在泵的压力下大流量循环错流过滤，膜的通量较大，使用的膜面积较小，但动力消耗较大。
膜生物反应器类型
膜生物反应器类型膜生物反应器是一种应用膜技术和生物技术相结合的新型反应器。
它通过在反应器中引入膜作为分离界面，实现底物与酶之间的有效接触，提高反应效率和产物纯度。
膜生物反应器的类型多种多样，下面将介绍几种常见的膜生物反应器类型。
一、膜分散式反应器膜分散式反应器是指在反应器中引入膜，将底物和酶分散在膜上进行反应。
膜的作用是将底物和酶隔离开，使其分子在膜上进行传递和反应。
这种反应器具有反应速度快、反应效果好的优点。
二、膜固定式反应器膜固定式反应器是指将酶固定在膜上，底物通过膜进行传递和反应。
膜的作用是将底物与酶有效分离，并提供一个良好的反应环境。
这种反应器具有反应效果稳定、寿命长的优点。
三、膜吸附式反应器膜吸附式反应器是指在反应器中引入膜吸附剂，使底物和酶通过膜吸附剂进行吸附和反应。
膜吸附剂的作用是增加反应界面，提高反应效率。
这种反应器具有反应速度快、操作简便的优点。
四、膜渗透式反应器膜渗透式反应器是指利用膜的渗透性质，将底物和酶分别放置在膜的两侧进行反应。
膜的作用是将底物和酶分离，并通过膜的渗透作用实现底物的传递和反应。
这种反应器具有反应效果好、操作简便的优点。
五、膜微滴式反应器膜微滴式反应器是指将底物和酶包裹在微滴中，通过膜的作用将微滴分散在反应器中进行反应。
膜的作用是将微滴固定在反应器中，并提供一个良好的反应环境。
这种反应器具有反应效果稳定、反应速度快的优点。
六、膜吸附微滴式反应器膜吸附微滴式反应器是指在反应器中引入膜吸附剂，将底物和酶包裹在微滴中进行反应。
膜吸附剂的作用是增加反应界面，提高反应效率。
这种反应器具有反应速度快、操作简便的优点。
以上就是几种常见的膜生物反应器类型。
膜生物反应器以其独特的分离与反应功能，被广泛应用于酶催化、生物转化、废水处理等领域。
随着膜技术和生物技术的不断发展，相信膜生物反应器在未来会有更广阔的应用前景。
分子筛催化膜反应器
分子筛催化膜反应器分子筛催化膜反应器是一种新型的催化反应器，具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于化工领域。
它采用分子筛作为催化剂载体，通过膜的形式实现反应物与催化剂之间的有效接触，从而提高反应速率和提高产率。
分子筛催化膜反应器在生产过程中有着广泛的应用价值，特别是在有机合成、催化裂解、催化重整等领域。
近年来，随着石油资源的逐渐枯竭以及环境污染问题的日益严重，人们对于高效、清洁的能源利用方式的需求越来越迫切。
分子筛催化膜反应器作为一种新型反应器，在能源转化、环境保护等方面有着巨大的潜力和应用前景。
分子筛催化膜反应器结合了传统催化剂和膜技术的优点，具有高效、低能耗、环保等特点，是当前化工领域的研究热点之一。
分子筛催化膜反应器的基本结构包括介孔隧道、分子筛的导向剂、反应空间等部分。
其中，介孔隧道有利于提高反应物的扩散速率，使得反应更加均匀；分子筛的导向剂能够在反应过程中对分子筛的方向和位置进行调控，从而提高反应的选择性和效率；而反应空间则是实现反应物和催化剂之间高效接触的关键部分。
这些部分共同作用，使分子筛催化膜反应器具有较高的反应效率和产率。
分子筛催化膜反应器的主要优点之一是可以提高反应的选择性。
传统的催化反应器中，反应物与催化剂需要通过扩散来实现有效接触，这容易导致杂质反应的发生，从而降低反应的选择性。
而分子筛催化膜反应器采用薄膜形式，能够有效限制反应物的扩散范围，提高反应物与催化剂之间的接触率，从而提高反应的选择性。
此外，分子筛催化膜反应器还可以实现对反应条件的精准控制。
由于反应物和催化剂是通过薄膜进行接触，可以通过调节薄膜的孔隙结构、厚度等参数来实现对反应条件的精确控制。
这种精确控制有利于提高反应的稳定性和反应产率，从而更好地满足生产过程对于反应条件的要求。
另外，分子筛催化膜反应器还能够实现对反应过程的在线监测和控制。
由于薄膜结构具有一定的透明性，可以采用光谱技术、红外光谱技术等实时监测反应过程中的物质转化情况，以及反应速率等参数的变化。
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3.1.2 控制氧化反应
由于氧化反应的程度难以控制, 副产物多, 反
应选择性低, 因而通过向反应体系中加入适当形态的氧
来控制其活性成为研究的热点。李志华膜等反采用应Al2O3 材
料膜进行丁烯氧化脱氢制二烯的研究, 反类应型的选择性、
转化率及产物的产率均比固定床反应器有显著提高。
Zeng 等利用改进的氧化铋膜反应器进行甲烷氧化偶联制
乙烯和乙烷的研究, 结果表明乙烯和乙烷的选择性可达
80% 。Julbe 等在Al2O3 支撑体的孔内经过分入 V2O5/
AlPO4 晶体, 利用 V 2O5 的氧化还原性(V2O5/V2O3) , 根
Байду номын сангаас
据氧气量自动调节膜的孔径分布,控制膜的透氧量, 实现
氧与反应物的合理配比。
新型反应器---膜反应器
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新型反应器----膜反应器
新型反应器---膜反应器
姓名：许晓茗 班级：制药工程 学号：1511315042 1
简介:
膜分离技术被认为是 20 世纪末至 21 世纪中期最有发展前途的 高新技术之一。膜分离具有设备简单、 操作方便、 处理效率高和节
能等优点, 适合于热敏性物料、 无相变和无化学变化的分离过程, 已
材料有 Al2O3、 TiO2、 SiO2、 C、 SiC 等。
新型反应器---膜反应器
6
3.1 无机膜反应器
脱氢加氢反应
控制氧化反应
反应偶联
新型反应器---膜反应器
脱硫反应
7
3.1.1脱氢、加氢反应
环己烷、 乙苯、 丙烷等脱氢反应属于可
逆反应,受热力学条件的限制, 转化率较低。在膜反
应器中移走生成的反应产物 H2, 可突破膜热反力应学的限
制, 提高反应的转化率及速率。致密膜如类型Pd 膜和
Pd-Ag( Ni、 Cu、 Rh) 等合金膜,由于其透氢量大
和选择性高而受到重视。传统环己烷脱氢反应, 200
摄氏度时的平衡转化率为 18.7% , 而使用钯膜反
应器, 其转化率 可达99.5%。Gryaznov等在加氢反
应实验中发现, H2 以高活性的 H+ 形式渗透通过钯
2
膜反应器
膜反应的类型
膜反应的特点
1
2
目录
6 展望
膜催化反应的
研究与应用
3
新型反应器---膜反应器
膜生物反应器 4 的研究与应用
3
许多重要的化学反应都是 平衡反应, 使用普通的反应器 无法突破平衡转化率的限制, 而膜分离技术利用膜作为隔离 介质, 可以实现各种分离要求 ( 从非均相物质颗粒到均相的 分子和离子分离) 。膜反应器 主要有以下特点:
膜反应类 作用的不同, 一般将膜反应器分为 2 类:
型
膜反应
膜本身无催化活性, 只起分
第二章
1.惰性膜反应器
类型
离作用, 反应所需的催化剂需另行装
入, 一般的膜生物反应器属于此类;
膜具有催化和分离双重功能, 用于制备催化膜的基 2.催化膜反应器 膜材料可根据具体的反应和分离过程选用无机材料或有机高
分子材料, 根据所选材料种类的不同, 所制成的催化膜可分
11
膜催化 反应器的 研究与应 用
第三章
3.1.4 脱硫反应
Boreskov 催化研究所采用无机
膜反应催化膜反应器( CIMR) , 在高温下将硫 类型 化氢分解为元素硫。催化剂层由钒、 钴
和锰的氧化物以及活性炭组成, 其选择 性取决于气体中 H2S 的含量, 从而使 H2S 得到了有效利用。
新型反应器---膜反应器
基膜与吸附在膜表面的碳氢物反应,而 H2 通过膜的
8
扩散不是反应的控制步骤。
新型反应器---膜反应器
膜催化 反应器的 研究与应 用
第三章
3.1.1脱氢、加氢反应
在加氢、脱氢反应中, 通过控制 H2 的量, 会提高反 应的收率及选择性。把反应产物 H2 移走, 可突破化学平衡的
限制, 收率明膜显反高应于传统固定床反应器。Schafer等提出了膜 和催化剂必须类在动型力学上相匹配的原则, 即 H2 通量低的膜和
中对环己醇脱氢制环己酮反应与苯酚加氢制环己醇的反应
偶联, 苯酚的转化率由 39% 提高至 92% 。Zhao 等在钯
膜反应器中将 C4H8 脱氢制 C4H6 与 H2 燃烧生成水的反应 偶联, 研究表明, 在 447 摄氏度时的转化率是平衡转化
率的 1.8 倍。可见利用膜进行反应的偶联可以大大提高
新型反反应应器--的-膜转反应化器 率。
膜催化 反应器的 研究与应 用
第三章
3.1.3 反应偶联
在膜反应器中, 反应的偶联是指在膜两侧同时进
行 2 个不同的反应, 一侧反应的气体产物渗透到膜的另
一侧, 作为膜另反一应个反应的反应物, 而其他的反应物和生成
物被膜阻止。反应的偶联可分为 3 种方式: 能量偶联、
类型
热力学偶联和动力学偶联。Basov 等在 Pd- Ru 膜反应器
低活性的催化剂相配、 H2 通量高的膜和高活性的催化剂相配 才能发挥最佳效果。Chang 等在 Pd/ Al2O3 膜反应器上利用 Pt/K/ Sn/ Al2O3 催化剂对丙烷进行脱氢反应, 研究表明膜反 应器的转化率提升到平衡转化率的 2.5 倍、 固定床的 6 倍,
充分体现了膜反应器的优越性。
新型反应器---膜反应器
膜反应 的特点
第一章
新型反应器---膜反应器
对受化学平衡限制的反应,膜反应
1
器能移动化学平衡
2 有可能提高复杂反应的转化率
3
反应可在较低的温度和压力下进 行
有可能使化学反应、 产物分离和
4 净化等几个单元操作在一个膜反
应器中进行
4
膜反应主要包括膜生物反应和膜催化反应, 其相应的
反应器称为膜生物反应器和膜催化反应器;根据膜在膜反应器中
成为一种新型的分离单元操作之一。膜分离技术主要应用于分离纯化、
控制释放、 膜反应器、 能量转换 4 个领域。其中膜反应器是膜过程
和反应过程相结合的新技术。随着膜分离技术的发展, 膜反应器也有
了很大的发展。膜反应器已经在物质的催化转化、 发酵、 废水处理
等方面得到了广泛的应用。
新型反应器---膜反应器
为无机催化膜和高分子催化膜。最近的膜催化反应器的发展
主要集中在石油化化工领域, 如催化加氢反应及烃类催化氧
新型反应化器--反-膜应反应等器 。
5
膜催化 反应器的 研究与应 用
第三章
3.1无机膜反应器
无机膜膜是反指应以金属、 金属氧化物、 陶瓷、 沸 石、 碳素和多类孔玻型璃等无机材料制成的半透膜, 常用的