節(jié)能新技術(shù)在化工分離工程中的應(yīng)用

1、論文題目節(jié)能新技術(shù)在化工分離工程中的應(yīng)用摘要近年來，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化工行業(yè)也迅速崛起。但是，由于化工行業(yè)巨大的污染性，而使其成為我國環(huán)境污染的源頭之一，在當(dāng)前追求低碳經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境下，化工行業(yè)的發(fā)展受到了一定的限制。關(guān)鍵詞化工分離 節(jié)能 新技術(shù) 研究進(jìn)展引言當(dāng)前，隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的人認(rèn)識(shí)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的重要性。國家的“十二五”規(guī)劃綱要指出：“十二五”期間要大力開發(fā)和積極推廣低碳技術(shù)，節(jié)能減排工作不斷深入，“十二五”末高耗能產(chǎn)品單耗達(dá)到國際先進(jìn)水平，能耗在“十一五”末的基礎(chǔ)上再下降10%，主要產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，主要污染物排放總量在“十一五”末的基礎(chǔ)上再下降1

2、0%。進(jìn)一步提高高耗能、高排放和產(chǎn)能過剩行業(yè)準(zhǔn)入門檻。這就意味著當(dāng)前高污染、高耗能的化工行業(yè)的節(jié)能減排進(jìn)程必須加快。正文我國化工行業(yè)主要是從事化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)和開發(fā)的能源工業(yè)以及基礎(chǔ)原材料工業(yè)?；ば袠I(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)體系中的一個(gè)重要部門，它對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防事業(yè)以及人們的社會(huì)生活都發(fā)揮著極其重要的作用。改革開放以來，我國的石油化工產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成就。但是由于化學(xué)工業(yè)本身的缺點(diǎn)和局限，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中排放的污染物種類多、數(shù)量大、毒性高，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和人類的身體健康。當(dāng)前，由于在節(jié)能減排技術(shù)開發(fā)上的滯后，導(dǎo)致我國化工行業(yè)節(jié)能減排和環(huán)保技術(shù)水平落后，也使得化工行業(yè)生產(chǎn)過程中的高耗能、高污染現(xiàn)狀持續(xù)得

3、不到緩解。從而導(dǎo)致我國化工行業(yè)的能耗量始終排在全國工業(yè)領(lǐng)域的前列。而化工行業(yè)的廢水排放量甚至長(zhǎng)期高居全國工業(yè)領(lǐng)域的第1位?；し蛛x過程是將混合物分離成各組分組成各不相同的兩種（或幾種）產(chǎn)品的操作。一套標(biāo)準(zhǔn)的化工生產(chǎn)裝置，應(yīng)包括一個(gè)反應(yīng)器和具有提純?cè)?、中間產(chǎn)物與產(chǎn)品以及后處理的多個(gè)分離設(shè)備構(gòu)成。首先，分離過程必須能夠去除原料雜質(zhì)，為化學(xué)反應(yīng)提供純度達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求的原料，減少雜質(zhì)帶來的影響（副反應(yīng)增加，催化劑中毒等）；再者，分離過程能夠?qū)Ψ磻?yīng)產(chǎn)物進(jìn)行處理，獲得所需產(chǎn)品的同時(shí)分離出未完全反應(yīng)的反應(yīng)物，循環(huán)利用；此外，分離過程還需要在工業(yè)廢水處理與環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮作用，減少工業(yè)三廢的排放。因此，我

4、們看到化工分離過程在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著非常重要的地位。膜分離技術(shù)是利用特定膜的滲透作用，在外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)下。對(duì)氣相或液相混合物進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集，膜分離過程大多尤相變，常溫操作，高效、節(jié)能、工藝簡(jiǎn)便、污染小。20世紀(jì)80年代以來我國膜技術(shù)跨入應(yīng)用階段，同時(shí)也是新膜過程的開發(fā)階段。在這一時(shí)期，膜技術(shù)在食品加工、海水淡化、純水、超純水制備、醫(yī)藥、生物、環(huán)保等領(lǐng)域得到了較大規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用。離子膜燒堿不但能生產(chǎn)出高純度燒堿和氫氣，而且節(jié)能效果顯著，比隔膜法節(jié)約能耗約30。因此，離子膜法將逐步取代隔膜法生產(chǎn)燒堿。離子膜也開始應(yīng)用于醫(yī)療、食品工業(yè)除去電解質(zhì)，分離氨基酸及海水淡化等。膜

5、分離氫氣技術(shù)已成功地用在合成氨廠從馳放氣中回收氫氣，甲酸裝置從合成氣、水煤氣脫氫氣得到90的一氧化碳，煉廠從催化重整過剩氣中分離出95含量的氫氣作為加氧裂解原料等。從空氣中富集濃縮氧和氮，比深冷分離法要節(jié)能得多。膜萃取是膜過程與液一液萃取過程相結(jié)合的分離過程，特點(diǎn)是：(1)萃取劑選擇范圍寬；(2)料液夾帶損失??；(3)過程不受“返混”的影響和“液泛”條件的限制；(4)可實(shí)現(xiàn)同級(jí)萃取和反萃取過程；(5)可提高傳質(zhì)效率。膜萃取技術(shù)在分離生物化工產(chǎn)品和實(shí)現(xiàn)發(fā)酵耦合過程方面正成為研究工作的熱點(diǎn)。膜蒸餾技術(shù)是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的分離技術(shù)。過程是在常壓和低于溶液沸點(diǎn)下進(jìn)行，熱側(cè)溶液可以在較低的溫度下操

6、作，因而可利用廢熱或低溫?zé)嵩?，達(dá)到節(jié)能效果。該技術(shù)弱點(diǎn)是單程效率較低，阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。微濾膜主要用于超純水制取和除菌，微濾膜可制取電子工業(yè)用水，微濾膜除菌的水可以直接飲用。結(jié)晶分離是分離混合物常用的方法之一。傳統(tǒng)的結(jié)晶分離，如濃縮結(jié)晶，冷卻(冷凍)結(jié)晶，耗能很大。目前國際上新型結(jié)晶技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展，并得到實(shí)際應(yīng)用。萃取結(jié)晶技術(shù)是萃取技術(shù)與結(jié)品技術(shù)的藕合技術(shù)。可很好地用于沸點(diǎn)等物性相近的混合物。例如，在對(duì)二甲苯一間二甲苯混合物中，加入四氯化碳，可以將對(duì)二甲苯從混合液中分離出來，對(duì)二甲苯收率高達(dá)90。萃取結(jié)晶技術(shù)也應(yīng)用于無機(jī)混合物的分離。例如，用1，4二氧雜環(huán)乙烷從KIO3，和KI的水溶

7、液中分離KIO3；用有機(jī)胺絡(luò)合萃取劑，以氯化鉀和磷酸為原料，生產(chǎn)磷酸二氫鉀等。又如，在碳酸鈉水溶液中加入正丁醇，結(jié)晶出碳酸鈉，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了滿意的結(jié)果。萃取結(jié)晶技術(shù)也可用于有機(jī)物-水-無機(jī)鹽體系中使有機(jī)物與無機(jī)鹽分離。例如在制造有機(jī)羥醛的試驗(yàn)中，在羥醛水硫酸鈉體系中，常溫下加入甲醇，成功地將硫酸鈉分離出來，使其分離后的混合溶液中，硫酸鈉含量小于5。萃取結(jié)晶技術(shù)關(guān)鍵是尋找到合適的萃取絡(luò)合劑。高壓結(jié)晶是利用加壓下物系的液一固相變化的分離技術(shù)。其原理為：物系中包含的雜質(zhì)使其熔點(diǎn)下降，對(duì)應(yīng)相變壓力上升，隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，固相份數(shù)增加，液相雜質(zhì)濃度提高，相變壓力不斷上升，在共晶壓力下，物系中就只有

8、高純目的物品體和母液共存，排除母液經(jīng)減壓發(fā)汗，可分離得到更純的目的物品體。高壓結(jié)晶尤其適應(yīng)于有機(jī)物的提純精制。精餾是化工、石化等行業(yè)中的重要組成部分，對(duì)整個(gè)流程的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗與原料消耗、環(huán)境保護(hù)都有重大影響。石油和化學(xué)工業(yè)的能耗占下業(yè)總能耗的很大部分，其中約60就用于精餾過程。精餾過程的節(jié)能主要有以下幾種基本方式：提高塔的分離效率，降低能耗和提高產(chǎn)品回收率；采用多效精餾技術(shù)；采用熱泵技術(shù)等。高效導(dǎo)向篩板具有生產(chǎn)能力大、塔板效率高、塔壓降低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、維修方便的特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于化學(xué)丁業(yè)、石油化工、精細(xì)化工、輕工化工、醫(yī)藥工業(yè)、香料工業(yè)、原子能工業(yè)等。板填復(fù)合塔板允

9、分利用板式塔中塔板間距的空隙，設(shè)置高效填料，以降低霧沫夾帶，提高氣體在塔內(nèi)的流速和塔的生產(chǎn)能力。同時(shí)氣液在高效填料表面再次傳質(zhì)，進(jìn)一步提高了塔板效率。由于負(fù)荷下限未變而上限大幅度提高，因此塔的操作彈性也大為提高。板填復(fù)合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多種物系中得到成功應(yīng)用。傳統(tǒng)的精餾塔及其精餾序列已不適應(yīng)當(dāng)前過程集成、設(shè)備集成的發(fā)展趨勢(shì)。武吳寧等進(jìn)行了復(fù)雜精餾塔的研究，與傳統(tǒng)精餾塔的一股進(jìn)料二股產(chǎn)品的精餾塔比較，能夠產(chǎn)生相當(dāng)大的能量消耗及成本上的節(jié)約。復(fù)雜塔還適合更新設(shè)計(jì)，因?yàn)樗?jīng)?？梢酝ㄟ^對(duì)現(xiàn)有塔進(jìn)行微小的改動(dòng)來實(shí)行。在所有可能的多組分精餾過程新方案中，熱偶精餾在能量和投資費(fèi)用的節(jié)約上

10、都非常有前途。填料是填料塔最重要的傳質(zhì)內(nèi)件，其性能主要取決于填料表面的濕潤(rùn)程度和氣液兩相流體分布的均勻程度。新型高效規(guī)整填料主要包括金屬板波紋填料和金屬絲網(wǎng)波紋填料兩大類，在將其進(jìn)行物理的和化學(xué)的方法處理后，填料的分離效率大為提高。主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)理論塔板數(shù)高，通量大，壓力降低；(2)低負(fù)荷性能好，理論板數(shù)隨氣體負(fù)荷的降低而增加，沒有低負(fù)荷極限；(3)放大效應(yīng)不明顯；(4)適用于減壓精餾，能夠滿足精密、大型、高真空精餾裝置的要求，為難分離物系、熱敏性物系及高純度產(chǎn)品的精餾分離提供了有利的條件。新型離效散堆填料(1)金屬鮑爾環(huán)填料，它采用金屬薄板沖軋制成，由予在環(huán)壁上開了許多鍵孔，使得填料層內(nèi)

11、的氣、液分布情況及傳胰性能比拇兩環(huán)有較大的改善。(2)金屬階梯環(huán)填料，這種填料降低了環(huán)的高度，并在環(huán)的2個(gè)側(cè)端增加了錐形翻邊，使其性能較鮑爾環(huán)填料有了較大的進(jìn)步。在同樣液體噴淋密度下，其泛點(diǎn)氣速較鮑爾環(huán)提高了1020；在同樣氣速下，壓力降較鮑爾環(huán)低3040。(3)金屬環(huán)矩鞍填料，國內(nèi)籬稱為英特洛克斯填料。這種填料巧妙地把環(huán)形秘鞍形兩類填料的特點(diǎn)綜合成為一體，使它既有環(huán)形填料通量大的特點(diǎn)，又有鞍形填料液體分布性能好的特點(diǎn)，從而成為當(dāng)前散堆填料中的佼佼者。首先，增強(qiáng)再沸器和冷凝器巾的傳熱面積可使傳熱溫差下降。增強(qiáng)傳熱表面有兩大類型：(1)多孔相變化傳熱面：包括微孔沸騰表面及特殊處理的冷疑表面，均可使沸騰或冷凝繪熱系數(shù)較之光管提離lO30倍；(2)擴(kuò)展的傳熱面：包括翅片管或開槽游擴(kuò)大傳熱面，可以使傳熱系數(shù)提高不少。其次，采用空氣冷卻器或蒸發(fā)冷卻器代替水冷凝器可以避免積垢，水電綜合能耗也較低，而且節(jié)省用水。再次，如果塔釜滾是無美重臻的廢液，則可以把它的顯熱變成潛熱加以利用。另外，采用低品位熱能也是節(jié)能的有效方法。結(jié)論及展望化工生產(chǎn)中其它領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)、新工藝正在不斷地涌現(xiàn)，如新型催化劑的研究應(yīng)用、新設(shè)備的研制應(yīng)用、新材料的研究應(yīng)用等。任何新技術(shù)開發(fā)成功，關(guān)鍵在于工業(yè)化應(yīng)用。因此，應(yīng)加強(qiáng)化工工程、設(shè)備的開發(fā)研究，使新技術(shù)能迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，節(jié)約能源，增加效益。在