现代化工分离技术在环境保护中的应用

现代化工分离技术在环境保护中的应用

10810030224 夏瑗婕Abstract :chlorop henol degradation rate were examined. The tests show that light -intensity , oxygen partial pressure and catalyst amount are the main factors

affecting photocatalytic oxidation. Using Fe

3

2 doped TiO

2

nanopa rticles as

photocatalyst can increase pchlorophenol degradation rate by 1. 4 times on comp

-arison with pure TiO

2

nanoparticles.

Key words :photocat alytic oxidation ; pchlorop henol ; titanium dioxide ;

iron ;wastewater treatment.

[摘要]介绍了高效导向筛板、新型高效填料、超临界流体萃取等现代化工分离技术及其在清洁生产和废物处理方面的应用。

[关键词] 分离技术;导向筛板;高效填料;超临界流体萃取现代化工分离技术是在传统分离过程的基础上,通过对分离过程的传质学与流体力学的深入研究,开发出新型、高效的分离工艺与塔器设备, 由此发展起来的一门新兴学科。现代化工分离技术可大大提高分离过程的生产能力、分离效率, 且操作稳定。由北京化工大学科研人员开发的高效导向筛板、新型高效填料、超临界流体萃取等现代分离技术,在化工生产实际应用中大大减少了副反应的发生和化学废料的产生,实现了绿色化学生产,既降低了化工生产的原料消耗, 又提高了企业的经济效益。

1 高效分离技术简述

1. 1 高效导向筛板

高效导向筛板是北京化工大学科研人员在对包括筛板塔板在内的各种塔板进行深入研究、综合比较的基础上,结合塔板上流体力学、传质学的研究结

果而开发出的一种新型高效塔板。

一般来说,高效导向筛板比传统塔板的分离效率高20 %～40 %, 生产能力高60 %～100 %。几年来,采用高效导向筛板对传统塔板进行技术改造的企业,已减少污染物排放量数万吨,仅回收物料一项即获得上亿元的经济效益。目前, 该筛板已被应用于数百座精馏塔、吸收塔,并多次获省部级科技进步奖。

高效导向筛板的工作原理是:在高效导向筛板上开设大量筛孔及少量导向孔(如图1 所示) , 通过筛孔的气体在塔板上与液体错流, 穿过液层垂直上升,通过导向筛板的气体沿塔板水平前进,将动量传递给塔板上水平流动的液体, 从而推动液体在塔板上均匀稳定地前进。高效导向筛板的应用避免了原来在塔板上发生的液面落差和液相返混现象, 提高了生产能力和板效率,解决了堵塔、液泛等问题。

1. 2 新型高效填料

现在有一种先进的高分子表面接枝技术,在塑料表面的0. 1μm 内进行接枝改性,可大大增加填料表面的湿润性, 使填料的传质效率大大提高。在酸、碱环境下的应用结果表明:塑料填料同样具有很高的传质性能和流体力学性能, 且价格便宜。

此种填料有双层、3 层金属填料,具有大通量、低压降、高效率的特点。由于该填料效率高,在精密分离过程及旧塔改造过程中,应用该填料可以有效地降

低塔的高度, 在新塔设计与要求满足原有空间旧塔改造的过程中都有着很高的

实用价值。

1. 3 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体所具有的

特异增加的溶解能力而发展起来的化工分离技术。与其他分离技术相比,超临界流体萃取技术具有广泛的适用性, 并且萃取效率高,所得产品无毒、无残留, 是一种典型的绿色化工分离技术。

超临界状态下的化学反应在反应速率、选择性、平衡态位置等方面都有超乎常规的表现。超临界流体萃取技术在处理常规法难以处理的废水中有机物和高分子材料等方面,具有显著的优越性;超临界流体萃取技术在污染治理方面可以发

挥更大的作用。

2 高效分离技术在环境保护中的应用

现代分离技术,由于其传质效果以及流体力学行为得到强化,故生产能力与分离效率均有大幅度的提高。在化工生产中, 若将现代分离技术用于反应前物质的分离,则可提高物质的纯度,减少副反应的发生;若应用于反应产物的分离,则

可降低塔釜残液中化学物料的浓度,减少污染物的排放,降低废水处理负荷。

2. 1 高效导向筛板用于降低废水中污染物的产生量

云南某化工厂的甲醇精馏塔为甲醇2水分离设备,塔釜由水蒸气直接加热,

废水从塔底排出。原塔为30 层筛板塔板, 分离能力低, 塔釜排放废水中甲醇质量分数达0. 25 %。我们用高效导向筛板替换原筛板塔板, 适当增加了2. 5 m 高的新型高效填料,强化了塔的分离能力,使塔釜排放废水中甲醇质量分数降低至0.

01 %以下,大大减轻了废水处理工段的压力,同时还降低了回流比, 减少了30 %

蒸汽和冷凝水的消耗,为企业创造了较好的经济效益。石家庄某厂的醋酸精馏塔,原料为醋酸2水混合物,用醋酸异丙酯作共沸剂,采用共沸精馏的方法将醋酸的质量分数提高至98 %, 废水作为残液排放。该精馏塔原为普通筛板塔,分离效率较低,残液中醋酸的质量分数高达1 %～2 %, 不仅浪费资源, 而且腐蚀管道,影响正常生产。我们采用高效导向筛板替换原筛板塔板,使该塔分离效率大为提高,不仅将产品醋酸的质量分数由98 %提高到99 %,而且将残液中醋酸的质量分数由1 %～2 %降低到0. 001 %～0. 005 % ,大大低于环保要求。该精馏塔改造后每年可少排醋酸180 t ,仅回收醋酸产品一项就可获得经济效益72 万元,而精馏塔技改投资仅为13 万元,投资回收期不到3 个月。

2. 2 新型高效填料用于降低废气中污染物的产生量

在石家庄某大型化工厂的生产中,乙炔气体经碱洗、水洗、干燥后,与醋酸合成醋酸乙烯。原工艺是用普通拉西环来除去乙炔气体中的水滴而实现干燥的,普通拉西环对10μm 以上雾滴的脱除率仅为80 %。技术改造中,我们用高效丝网除雾器替代原来的普通拉西环, 对0. 1μm 以上雾滴的脱除率达99 %以上,大大降低了乙炔气体中水的含量,使合成过程发生副反应的情况大幅度减少, 使反应