【正文】 處理的物系是液相均相體系；反應(yīng)吸附所處理的對(duì)象是氣固或液固非均相體系；而反應(yīng)結(jié)晶則針對(duì)產(chǎn)物在常溫常壓下為固體的體系。膜反應(yīng)器為傳統(tǒng)的固定床或流化床反應(yīng)器與膜分離技術(shù)的集成。按照反應(yīng)與分離結(jié)合的形式，固定床膜反應(yīng)器又可分為兩類，一類是反應(yīng)與分離分開進(jìn)行，膜只起分離產(chǎn)物或分配反應(yīng)物的作用；另一類是反應(yīng)與分離均在膜上進(jìn)行，膜既有催化功能又有分離功能（稱為活性膜）。由于目前在膜反應(yīng)器中應(yīng)用的膜均為選擇性氣體透過(guò)膜，因此適用于氣相和含有氣體的體系。與傳統(tǒng)的反應(yīng)、分離分步進(jìn)行的過(guò)程相比，反應(yīng)與分離集成過(guò)程的優(yōu)勢(shì)：① 對(duì)可逆反應(yīng)可打破熱力學(xué)平衡限制，提高單程轉(zhuǎn)化率，減少反應(yīng)體積。由于借助分離手段將目的產(chǎn)物及時(shí)移出反應(yīng)區(qū)，因此，使化學(xué)平衡被破壞，反應(yīng)不斷地向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行，最終可獲得超過(guò)平衡轉(zhuǎn)化率的高轉(zhuǎn)化率。并且，由于反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)移出，可增加反應(yīng)物濃度，加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間。② 利用分離效應(yīng)造成有利于反應(yīng)選擇性的軸向濃度分布，可提高目的產(chǎn)物的選擇性，增加原料利用率，減少?gòu)U物排放量。例如對(duì)連串反應(yīng) 假設(shè)反應(yīng)物A的消耗速率和中間產(chǎn)物P的凈生成速率分別為：則中間產(chǎn)物P的瞬時(shí)選擇性為： (1－9)分析式（1－9）可知，傳統(tǒng)的反應(yīng)與分離的分步操作過(guò)程中，隨反應(yīng)進(jìn)行，中間產(chǎn)物P的濃度不斷增加，而反應(yīng)物A的濃度不斷減少，結(jié)果使P的選擇性不斷下降；而在反應(yīng)分離集成過(guò)程中，由于中間產(chǎn)物P被連續(xù)移出反應(yīng)區(qū)，使P的濃度始終處于低水平，因此可獲得高的選擇性?？梢?，對(duì)中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)物的連串反應(yīng)，及時(shí)移出中間產(chǎn)物，可避免其后續(xù)反應(yīng)，提高目的產(chǎn)物的選擇性。又如對(duì)平行反應(yīng) 若生成P的反應(yīng)為主反應(yīng)，生成Q的反應(yīng)為副反應(yīng)，則目的產(chǎn)物P的瞬時(shí)選擇性為： (1－10)由式（110）可知，若主反應(yīng)級(jí)數(shù)α大于副反應(yīng)的級(jí)數(shù)β，則高的反應(yīng)物濃度對(duì)目的產(chǎn)物的選擇性有利，此時(shí)由于將目的產(chǎn)物P原位移出反應(yīng)區(qū)，使反應(yīng)物的濃度提高，有利于提高產(chǎn)物的選擇性；當(dāng)主反應(yīng)級(jí)數(shù)小于副反應(yīng)級(jí)數(shù)時(shí)，則低的反應(yīng)物濃度對(duì)目的產(chǎn)物的選擇性有利，此時(shí)采用反應(yīng)物分配型膜反應(yīng)器可使反應(yīng)物分布進(jìn)料，從而維持低的反應(yīng)物分壓，有利于提高產(chǎn)物的選擇性。當(dāng)然，上述討論只適用于正常動(dòng)力學(xué)的情況。③ 反應(yīng)對(duì)分離的強(qiáng)化?；瘜W(xué)反應(yīng)使待分離物質(zhì)間的物性差異變大，有利于實(shí)現(xiàn)彼此的分離。④ 合理利用反應(yīng)熱，既可使反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度分布均勻，又可以節(jié)約能量。例如在反應(yīng)精餾過(guò)程中，反應(yīng)放出的熱量可用于汽化物料，減少再沸器的負(fù)荷。⑤ 將反應(yīng)器和分離設(shè)備集成在一起，可減少主設(shè)備及輔助設(shè)備的數(shù)目，并減少原料和輔助物料的循環(huán)量，節(jié)約設(shè)備投資和操作費(fèi)用。反應(yīng)分離的實(shí)例很多，例如反應(yīng)精餾生產(chǎn)醋酸甲酯、MTBE、ETBE、TAME，異丙苯；膜反應(yīng)器中的烷烴脫氫反應(yīng)；反應(yīng)吸附合成甲醇；反應(yīng)萃取生成醋酸丁酯、乳酸和過(guò)氧化氫等。（2）替代能源是采用非熱能的能量進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或分離過(guò)程，包括離心場(chǎng)、超聲、太陽(yáng)能、微波、電場(chǎng)和等離子體等，其中等離子體、微波和超聲波級(jí)數(shù)得到了更為廣泛的研究。① 等離子體技術(shù)等離子體是電離狀態(tài)的氣體物質(zhì)，由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的非凝聚體系，具有宏觀尺度內(nèi)的電中性與高導(dǎo)電性。與物質(zhì)的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)并列，被稱為物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是由最清潔的高能粒子組成，對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)無(wú)不良影響；等離子體中的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、自由基都是極活潑的反應(yīng)性物種，因此等離子體反應(yīng)速率快，原料的轉(zhuǎn)化率高。在自然界中，有一些化學(xué)反應(yīng)條件非常苛刻，在常規(guī)條件下難以進(jìn)行或速率很慢，如溫室氣體的化學(xué)轉(zhuǎn)化、空氣中有害氣體的凈化等。采用等離子體技術(shù)可以有效地活化甲烷、二氧化碳等穩(wěn)態(tài)分子，顯著降低甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度或壓力，提高產(chǎn)物的收率。除甲烷化學(xué)轉(zhuǎn)化這一門領(lǐng)域外，等離子體技術(shù)在催化劑制備、高分子材料表面改性、接枝聚合等領(lǐng)域也得到了廣泛的研究，表17列出了近年來(lái)等離子體在化學(xué)工程領(lǐng)域的一些應(yīng)用實(shí)例。 等離子體在化工領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗淄檗D(zhuǎn)化甲烷部分氧化制甲醇甲烷重整甲烷裂解制乙炔甲烷轉(zhuǎn)化合成烯烴高分子材料處理引發(fā)接枝聚合表面改性分子篩催化劑分子篩制備、活化、改性、再生② 微波技術(shù)微波在電磁波譜中介于紅外和無(wú)線電波之間，波長(zhǎng)在1～100cm（頻率30GHz~300MHz）的區(qū)域內(nèi)，（）處。微波作用到物質(zhì)上，可能產(chǎn)生電子極化、原子極化、界面極化和偶極轉(zhuǎn)向極化。其中對(duì)物質(zhì)起加熱作用的主要是偶極轉(zhuǎn)向極化，使物質(zhì)分子高速擺動(dòng)（每秒十億次）而產(chǎn)生熱能，因此，不同于傳統(tǒng)的輻射、對(duì)流和熱傳導(dǎo)是由表及里的加熱，而是“快速內(nèi)加熱”，具有溫度梯度小、加熱無(wú)滯后的特點(diǎn)。極性分子的介電常數(shù)較大，同微波有較強(qiáng)的耦合作用；非極性分子的介電常數(shù)小，同微波不產(chǎn)生或只產(chǎn)生較弱的耦合作用。在常見物質(zhì)中，金屬導(dǎo)體反射微波而極少吸收微波能，所以可用金屬屏蔽微波輻射，減少微波對(duì)人體的危害；玻璃、陶瓷能透過(guò)微波，本身產(chǎn)生的熱效應(yīng)極小，可用作反應(yīng)器材料；大多數(shù)有機(jī)化合物、極性無(wú)機(jī)鹽和含水物質(zhì)能很好地吸收微波，為微波介入化學(xué)反應(yīng)提供了可能。目前，微波主要用于液相合成、無(wú)溶劑反應(yīng)和高分子化學(xué)及生物化學(xué)領(lǐng)域，其中無(wú)溶劑反應(yīng)是微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)研究的熱點(diǎn)。利用微波進(jìn)行液相反應(yīng)，選擇合適的溶劑作為微波的傳遞介質(zhì)是關(guān)鍵之一。乙酸、丙酮、低碳醇、乙酸乙酯等極性溶劑吸收微波能力較強(qiáng)，可作為反應(yīng)溶劑；環(huán)己烷、乙醚等非極性溶劑不宜作微波場(chǎng)中的反應(yīng)溶劑。在微波作用下，易發(fā)生溶劑的過(guò)熱現(xiàn)象，因此選擇高沸點(diǎn)溶劑可防止溶劑的大量揮發(fā)。③ 超聲波技術(shù)頻率為2104～2109Hz的聲波叫做超聲波，超聲波對(duì)化學(xué)反應(yīng)和物理分離過(guò)程的強(qiáng)化作用是由液體的“超聲空化”而產(chǎn)生的能量效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)引起的。當(dāng)超聲波的能量足夠高時(shí)，就會(huì)使液體介質(zhì)產(chǎn)生微小的泡泡（空隙），這些小泡泡癟塌時(shí)產(chǎn)生內(nèi)爆，引起局部能量釋放，此即“超聲空化”現(xiàn)象?？栈瘹馀荼ǖ乃查g可產(chǎn)生約4000K和100MPa的局部高溫高壓，這樣的環(huán)境足以活化有機(jī)物，使有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、自由基形成等，并促進(jìn)相界面間的擾動(dòng)和更新、加速相界面間的傳質(zhì)和傳熱過(guò)程。在化學(xué)反應(yīng)方面，超聲波主要用于氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加成反應(yīng)、偶合反應(yīng)、納米材料及催化劑的制備；在分離方面則主要用于結(jié)晶和水體中有機(jī)污染物的降解。