分离工程中的节能新技术研究进展

化工分离工程中的节能新技术研究进展

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摘要：进入21世纪，化工分离技术飞速发展，在氯碱化工、农药化工、医药化工方面得到了广泛的应用。当前，在国家大力提倡节能减排的大形势下，大力发展化工分离技术对于化工行业、乃至各行各业的节能减排工作均具有重要而深远的意义。文章介绍了6种化工分离节能技术，并对其发展进行了分析。

关键词：化工分离、节能、新技术、研究进展

引言：

能源是社会发展和进步的重要物质基础。我国的能源储量以及一次能源的开发和消费最居世界前列，而能源的总利用率则远低于欧美和日本。化学工业是个耗能大户，能耗量约占全国能源总消费的9％～10％，占工业用能的13％～15％，因此，化工节能对缓解我国能源的供需矛盾影响很大。在当前世界性的能源危机面前，化学工业必须首先关注节能降耗和节能新技术的研究应用。

1．膜分离技术节能

膜分离技术是利用特定膜的渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下。对气相或液相混合物进行分离、分级、提纯和富集，膜分离过程大多尤相变，常温操作，高效、节能、工艺简便、污染小。20世纪80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。[1]

1．1离子膜技术

离子膜烧碱不但能生产出高纯度烧碱和氢气，而且节能效果显著，比隔膜法节约能耗约30％。因此，离子膜法将逐步取代隔膜法生产烧碱。离子膜也开始应用于医疗、食品工业除去电解质，分离氨基酸及海水淡化等。

1．2气体分离膜技术

膜分离氢气技术已成功地用在合成氨厂从驰放气中回收氢气，甲酸装置从合成气、水煤气脱氢气得到90％的一氧化碳，炼厂从催化重整过剩气中分离出95％含量的氢气作为加氧裂解原料等。从空气中富集浓缩氧和氮，比深冷分离法要节

能得多。

1．3膜萃取技术

膜萃取是膜过程与液一液萃取过程相结合的分离过程，特点是：(1)萃取剂选择范围宽；(2)料液夹带损失小；(3)过程不受“返混”的影响和“液泛”条件的限制；(4)可实现同级萃取和反萃取过程；(5)可提高传质效率。膜萃取技术在分离生物化工产品和实现发酵耦合过程方面正成为研究工作的热点。

1．4膜蒸馏技术

膜蒸馏技术是膜技术与蒸发过程相结合的分离技术。过程是在常压和低于溶液沸点下进行，热侧溶液可以在较低的温度下操作，因而可利用废热或低温热源，达到节能效果。该技术弱点是单程效率较低，阻碍了其大规模应用。

1．5微滤膜技术

微滤膜主要用于超纯水制取和除菌，微滤膜可制取电子工业用水，微滤膜除菌的水可以直接饮用。

2.结晶分离的节能技术

结晶分离是分离混合物常用的方法之一。传统的结晶分离，如浓缩结晶，冷却(冷冻)结晶，耗能很大。目前国际上新型结晶技术已取得了突破性进展，并得到实际应用。

2．1萃取结晶技术

萃取结晶技术是萃取技术与结品技术的藕合技术。可很好地用于沸点等物性相近的混合物。例如，在对二甲苯一间二甲苯混合物中，加入四氯化碳，可以将对二甲苯从混合液中分离出来，对二甲苯收率高达90％。萃取结晶技术也应用于无机混合物的分离。例如，用1，4—二氧杂环乙烷从KIO

，和KI的水溶液中

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；用有机胺络合萃取剂，以氯化钾和磷酸为原料，生产磷酸二氢钾等。分离KIO

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又如，在碳酸钠水溶液中加入正丁醇，结晶出碳酸钠，在实际生产中得到了满意的结果。

萃取结晶技术也可用于有机物-水-无机盐体系中使有机物与无机盐分离。例如在制造有机羟醛的试验中，在羟醛—水—硫酸钠体系中，常温下加入甲醇，成功地将硫酸钠分离出来，使其分离后的混合溶液中，硫酸钠含量小于5％。萃取结晶技术关键是寻找到合适的萃取络合剂。

2．2熔融结晶技术

由于近90％的有机化合物为低共熔型，70％的化合物熔点在0～200℃，只有10％左右低于0℃，因此，用熔融结品法更易分离。大多有机化合物的结晶，不需深冷分离，而且可利用废热、余热。新型熔融结晶技术特点：(1)低能耗，结晶相变潜能仪是精馏的1／3～1／7；(2)低操作温度；(3)高选择性，可制取高纯或超纯(I≧99．9％色谱纯)产品；(4)环境污染较小。国际上熔融结晶装置目前有复合式悬浮结晶型和逐步冻凝型。天津大学已成功地开发了液膜结晶设备，并已成功地应用于4200t·a-1一邻位与对位二氯笨的分离。

2．3高压结晶技术

高压结晶是利用加压下物系的液一固相变化的分离技术。其原理为：物系中包含的杂质使其熔点下降，对应相变压力上升，随着结晶过程的进行，固相份数增加，液相杂质浓度提高，相变压力不断上升，在共晶压力下，物系中就只有高纯目的物品体和母液共存，排除母液经减压发汗，可分离得到更纯的目的物品体。高压结晶尤其适应于有机物的提纯精制。

3．精馏过程的节能降耗

精馏是化工、石化等行业中的重要组成部分，对整个流程的生产能力、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。石油和化学工业的能耗占下业总能耗的很大部分，其中约60％就用于精馏过程。精馏过程的节能主要有以下几种基本方式：提高塔的分离效率，降低能耗和提高产品回收率；采用多效精馏技术；采用热泵技术等。

3．1板式塔

3．1．1 高效导向筛板

高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方便的特点，目前已广泛应用于化学丁业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等。

3．1．2板填复合塔板

板填复合塔板允分利用板式塔中塔板间距的空隙，设置高效填料，以降低雾沫夹带，提高气体在塔内的流速和塔的生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质，进一步提高了塔板效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高，因此塔的