膜反应器可以克服化学平衡的限制,可实现反应、分离、浓缩一体化,被认为是基础化工和石油化工过程集约化最具吸引力的研究对象之一。膜反应器最具潜力的应用主要有两方面：一是作为提取器,将一种产物从反应体系中提取出来,进而打破热力学平衡的限制来提高反应的转化率,同时提取出来的产物可以作为其他化工过程的原料直接使用；二是作为分布器,将一种反应区从膜的一侧均匀分布或限制渗透到另一侧,通常可应用在烷烃的部分氧化反应中,来增加热力学不稳定的中间产物的产率。而在传统反应器中,副反应通常会很大程度上降低反应过程的效率。本文通过模拟研究两个探针／目标反应,系统的分析研究了致密膜反应器分别作为提取器和分布器的操作性能,并对比了致密膜反应器与固定床反应器的性能。一、甲烷无氧芳构化反应生成苯,用致密的钯膜来提取反应体系中的氢气来提高甲烷的转化率,强化反应过程。用数学方法根据文献动力学原理及模型参数模拟了传统固定床反应器和钯膜反应器中的甲烷无氧芳构化反应体系,对比了两种反应器中的甲烷无氧芳构化的反应性能,并检验了膜厚度、膜的扩散系数、吹扫比、管壳两侧总压力及温度对膜的渗透性能、甲烷转化率、苯的选择性及收率的影响。二、甲烷部分氧化偶合蒸汽重整反应制合成气,用致密的钙钛矿膜来分离和分布氧气,将空气分离与化学反应整合在一个装置中,大大的节约了空气分离所占的生产成本,同时也解决了反应体系中的热效应问题。用与例一类似的模拟方法,评估了操作条件并表征了化学反应与膜渗透过程的动力学兼容性。用模拟分析来补充实验,既能减少偶然误差,又能对实验结果进行补充和完善,还能对某些实验难以达到的结果进行预测。这种用软件进行的模拟与实验相结合的研究与分析方法,对反应系统的优化与反应器的设计具有重要的指导作用。