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        淺談化工工藝過程中超濾技術的應用

        2020-07-20 03:24:56邱忠航
        汽車世界·車輛工程技術(上) 2020年3期
        關鍵詞:應用

        邱忠航

        摘 要:本文結合實際對超濾技術原理進行了研究,指出了超濾技術具有可常溫、分離效率高等特點。然后,詳細闡述了超濾技術在合成氨和氨分離改造、水處理、硝酸及硝銨合成、制藥等工藝中的應用。

        關鍵詞:化工工藝過程;超濾技術;應用

        1 超濾技術簡述

        超濾技術屬于膜分離技術。主要原理是:借助一定的壓力差及多孔膜攔截能力,進行不同顆粒大小的物質(zhì)分離,從而實現(xiàn)溶液的純化、濃縮、篩分。從本質(zhì)上來說,超濾是篩孔分離過程。該技術具有以下特點:(1)超濾技術是在常溫下進行的,非常適合藥物、果汁等對熱敏感的物質(zhì)。(2)超濾過程不存在相變化,能耗低,不用加熱、加化學藥劑,非常節(jié)能環(huán)保。(3)分離效率非常高,尤其是能高效完成低濃度的濃縮。(4)主要以壓力為動力,不需要設置過于復雜的分離裝置,易操作、易控制。(5)超濾技術還具有設備回收率高、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良等特點。

        2 化工工藝過程中超濾技術的應用

        (1)應用于合成氨和氨分離改造。在合成氨和氨分離中應用超濾技術,既可以降低能耗,又可以提升產(chǎn)品產(chǎn)量,最重要的是,能提高分離效率。相比于其他生產(chǎn)工藝,其分離效率能提高到50%以上。首先,超濾技術在合成氨中的應用主要體現(xiàn)在:1)去除雜質(zhì)。例如,去除空氣中的油水塵。2)降低能耗。例如,在新鮮的氣管路中,可設置兩級超濾設備,提升分離效率,而不需要消耗過多的能源。尤其是可以改善冷交換器設備的積碳、油污堵塞問題。因為超濾技術的過濾效果極強,能去除各種雜質(zhì),減少雜質(zhì)污染。所以,可有效保護合成塔,延長合成塔的使用周期。其次,在氨分離方面,超濾工藝也發(fā)揮出了顯著的應用優(yōu)勢。氨分離是指將氨從氣體中分離出來并進行處理,使其成為液態(tài)氨。在這一過程中,起到關鍵作用的是超濾膜,能夠從氣體中分離霧狀液氮,避免較多的氨進入合成塔。這樣就能降低塔的氨質(zhì)量分數(shù),并提升氨分離效率。另外,在實際應用中也有部分企業(yè)會以超濾膜為材料制作膜生物反應器(Membrane Bio-Reactor,MBR),借助反滲透膜進行氨分離。顯然,應用超濾技術可以有效改善合成氨和氨分離的工藝水平,提升產(chǎn)品產(chǎn)量。例如,湖南某企業(yè)在應用超濾技術后,其合成塔進口氨質(zhì)量分數(shù)降低了1.4%左右,且氨的年產(chǎn)量明顯提升。

        (2)應用于水處理。從超濾技術原理來看,超濾膜能夠完成大小分子的篩分、凈化溶液。將其應用到水處理中,可以過濾掉水中的大分子雜質(zhì),凈化水資源,從而有效提升水的質(zhì)量??梢哉f,超濾技術是目前最有效、最安全的凈化技術?,F(xiàn)如今,超濾水處理設備已經(jīng)研發(fā)出來,其主要原理就是以壓力為推力,利用膜分離功能將直徑在0.002~0.100 μm的雜質(zhì)篩選出來,進而有效去除水中的微生物、蛋白質(zhì)、大分子等物質(zhì),而小分子物質(zhì)則會透過膜。這樣,大小分子就會被分離,水就會得到凈化。而且,超濾技術的應用只需要常溫狀態(tài),不用加熱,所以不會消耗過多能量。這樣既能提升水處理質(zhì)量,又能節(jié)能降耗。另外,還可將超濾技術應用在海水脫鹽處理、城市污水處理、工業(yè)廢水處理等工作中。例如,在城市污水處理中,主要借助超濾膜去除污水中的氨氮,進而實現(xiàn)污水的二次利用。在工業(yè)廢水處理中,主要借助超濾膜去除其中的懸浮顆粒、油污,實現(xiàn)工業(yè)廢水的凈化。由此可見,將超濾技術應用在水處理工藝中能有效保證水處理的質(zhì)量,促進水處理工藝水平的提升。

        (3)應用于硝酸及硝銨的合成。從實際來看,超濾技術在硝酸合成、硝銨合成中已經(jīng)得到了一定的應用,且已落實到工業(yè)生產(chǎn)中。應用具體表現(xiàn)在以下幾個方面:1)在硝酸合成階段應用超濾技術時,應用超濾膜可以減少雜質(zhì)對觸鉑網(wǎng)的腐蝕,延長觸鉑網(wǎng)的使用年限,減少其清洗次數(shù),從而有效降低生產(chǎn)成本,保證生產(chǎn)效益。2)在硝銨合成作業(yè)中,應用超濾技術可以減少油污,保證產(chǎn)品品質(zhì)。3)在硝銨合成中應用超濾工藝,可以高效率凈化氨氣,杜絕氨氣泄露,保證生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定??傊?,在硝酸合成、硝銨合成中應用超濾技術可以有效提升生產(chǎn)工藝水平,提高產(chǎn)品品質(zhì),有效促進化工企業(yè)生產(chǎn)效益的提升。

        (4)應用于變換氣過濾。一般來說,變換氣主要指利用變換單元對反應合成氣進行變換。變換氣過濾就是指對經(jīng)過變換單元的合成氣進行過濾,以達到凈化合成氣的目的。例如,可去除變換氣中的油水雜質(zhì)。相比于其他過濾方式,應用超濾方式不僅可以保證過濾效果,還可以減少氣體雜質(zhì)對生產(chǎn)設備的腐蝕,延長生產(chǎn)設備使用壽命,降低生產(chǎn)成本。例如,在尿素生產(chǎn)中就可以應用這一方法。以二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)工藝為例,其工藝流程包括CO2壓縮和脫氫、液氮升壓、合成、汽提、循環(huán)、蒸發(fā)造粒、貯存、包裝、解吸、水解等。在CO2壓縮和脫氫環(huán)節(jié)中,設置超濾裝置可有效去除CO2中的油污,改善壓縮機油污情況,提高傳熱效率,降低生產(chǎn)能耗,保證生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量?,F(xiàn)如今,隨著超濾技術的廣泛應用,越來越多的企業(yè)將超濾技術應用到尿素合成中,且部分企業(yè)還對超濾技術的應用進行優(yōu)化、改進。總之,借助超濾技術可有效改善尿素生產(chǎn)工藝。

        (5)應用于制藥。超濾技術的最小截留分子質(zhì)量為500 Da,完全可以將其應用到制藥中。從目前來看,隨著超濾技術的成熟,它在蛋白質(zhì)、核酸、抗生素、病毒等生產(chǎn)工藝中都得到了廣泛應用。1)在除熱源中應用超濾技術。一般來說,藥液中有效成分的分子質(zhì)量不超過1 000 Da。例如黃酮類、生物堿類等。超濾技術的最小截留分子質(zhì)量為500 Da。所以,在制藥制劑的除熱源中完全可以應用超濾技術。例如,空軍北京醫(yī)藥局就應用這一方法制備了生脈、復方丹參等中草藥注射液。2)在小分子精制中也可應用超濾技術。以青霉素為例,該小分子物質(zhì)屬于熱敏性物質(zhì),容易受到溫度、處理時間等因素的影響。傳統(tǒng)的過濾、萃取、濃縮、結晶等生產(chǎn)工藝具有能耗大、耗時長、產(chǎn)量低等缺點,尤其是可能預留蛋白質(zhì)、核酸等大分子,影響藥效,給人們的身體帶來副作用。但是,應用超濾技術可以篩分大分子,并借助常溫優(yōu)勢,減小溫度對青霉素精制的影響。尤其是可以省去添加化學藥劑的環(huán)節(jié),簡化生產(chǎn)工藝。3)在大分子精制中也可應用超濾技術。大分子類藥物具有熱不穩(wěn)定性。

        (6)應用于循環(huán)機后油分離器。循環(huán)機后油分離器的主要作用是去除氣體中的油水雜質(zhì),保護合成觸媒,降低能耗。將超濾技術應用在這一過程中可以有效提升油水篩分效果,延長觸媒使用壽命。尤其是對于一些細小的油污分子,其分離效果更好。概括地說,在循環(huán)機后油分離器中,超濾技術的應用效益主要表現(xiàn)在可緩解油污對設備的腐蝕、可保證觸媒催化性能兩個方面。

        3 結語

        超濾技術是一種極為先進、高效的膜分離技術。它在化工生產(chǎn)中有著非常廣泛的應用,能有效推動我國化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是,若想充分發(fā)揮出超濾技術的優(yōu)勢,技術人員必須要結合化工生產(chǎn)實際,合理選擇超濾技術應用形式、途徑,并深入研究超濾膜材料,優(yōu)化其分離性能,拓寬其應用范圍。

        參考文獻:

        [1]李偉,孟影子.化工工藝過程中超濾技術的應用分析[J].化工設計通訊,2018,44(08):57-58.

        [2]丁陶.化工工藝過程中的超濾技術應用分析[J].石化技術,2018,25(05):46.

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