工藝集成是將兩種或兩種以上的工藝過程進行集成,以實現降低操作能耗、節省設備投資、提高產物收率或純度等目的的技術。
(1)反應-精餾集成:
反應精餾技術是將化學反應與精餾分離兩個過程在同一設備中進行的耦合過程。通過精餾將反應物、產物或中間產物及時分離,以破壞可逆反應的平衡關系,使反應繼續向生成產物的方向進行,從而提高可逆反應的轉化率和選擇性。此外,反應精餾過程中可通過化學反應打破氣-液平衡關系,從而提高傳質速率,縮短反應時間;而放熱反應提供的反應熱又可作為精餾所需的汽化熱,供產品分離,達到節能的目的??傊?,與傳統工藝相比,具有選擇性高、轉化率高、生產能力高、產品純度高、投資少、操作費用低和能耗低等特點。適用于多種類型的反應,如串聯反應、可逆反應、轉化率受化學平衡限制的反應。目前,反應精餾技術主要應用于醚化、酯化、加氫、烷基化、脫水等反應。反應精餾隔壁塔(RDWC)是隔壁精餾塔(DWC)和反應精餾(RD)過程集成的典型。反應精餾隔壁塔是將反應精餾應用于隔壁塔中,它融合了反應精餾與隔壁塔的優勢,能夠進一步提高反應轉化率和選擇性、簡化流程、實現節能減排的目的。
(2)精餾-結晶集成:
熔融結晶是一種高效率、低能耗、低污染的技術,但結晶過程也存在生產能力低、生產周期長等缺點。對于沸點接近的物質分離,若只采用精餾方法,需要的理論板多且回流比大,導致設備投資大。而精餾-結晶集成工藝是將精餾和結晶這兩種分離方法結合在一起,取長補短,來分離易結晶、熔點差大、沸點接近物質的新型分離工藝。即先將粗品精餾到一定純度后,再進入結晶器進行結晶,經過結晶、發汗即可得到高純產品。
(3)精餾-膜分離集成
精餾-膜分離集成技術,是將精餾分離和分子篩膜脫水分離工藝高度整合,對有機溶劑進行脫水回收的技術。該技術主要有2種情況:1)在分子篩膜裝備前引入精餾裝備,精餾塔頂的溶劑蒸氣以氣相形式直接進入膜分離系統,實現精餾與膜分離的耦合運行,縮短流程,顯著減少分子篩膜裝備二次蒸發過程產生的能耗。2)在分子篩膜裝備后引入精餾裝備,將分子篩膜裝備脫水后的溶劑蒸氣不經冷凝,以汽相形式直接引入后級精制精餾塔,實現膜分離與精餾的耦合運行,顯著減少精制精餾塔過程能耗。
膜分離精餾集成技術優勢:1)通過對溶劑蒸氣余熱回收,能夠充分節約過程能耗,與常規精餾、吸附工藝相比節能40%以上。2)精餾塔頂的高溫高壓蒸氣能夠直接進入分子篩膜分離系統,顯著提高了膜分離效率。3)適用于不同水含量的有機溶劑脫水或含水量要求高的溶劑產品,拓寬了膜分離脫水技術的應用范圍。4)耦合分離過程的自控系統與裝備優化,提高了生產工藝穩定性,實現了耦合裝置小型化,降低裝備成本和運行成本。
目前,文獻報道較多的是用滲透汽化膜-精餾集成分離醇溶液,例如:先將低濃度的乙醇用精餾濃縮至共沸組成的乙醇水溶液,然后用滲透汽化透水膜除去共沸物中的水。該過程利用成熟的精餾工藝實現低濃度產品的提純,然后用滲透汽化過程分離普通精餾過程難以實現的共沸物的分離,即利用滲透汽化膜代替了共沸精餾和萃取精餾,既避免了第三組分的加入,同時也能降低生產成本。
(4)反應-滲透汽化膜集成:
滲透汽化與反應集成過程是利用滲透汽化及時移出反應產物,促進反應朝生成產物的方向進行。由于很多酯化和醚化反應中存在平衡反應,導致過程轉化率較低,如能在反應進行的同時移出產品或副產物,可促進反應向生成產物方向進行,提高反應轉化率。目前,滲透汽化-反應集成過程主要應用在酯化反應、醚化反應和酯類水解反應,其中應用最多的是酯化反應。該耦合過程結構緊湊,環境友好,具有較好的應用前景。