节能新技术在化工分离工程中的应用

论文题目节能新技术在化工分离工程中的应用摘要近年来，随着市场经济的快速发展，化工行业也迅速崛起。但是，由于化工行业巨大的污染性，而使其成为我国环境污染的源头之一，在当前追求低碳经济和绿色经济的大环境下，化工行业的发展受到了一定的限制。关键词化工分离节能新技术研究进展引言当前，随着社会的发展和进步，越来越多的人认识到节约资源、保护环境的重要性。国家的“十二五”规划纲要指出：“十二五”期间要大力开发和积极推广低碳技术，节能减排工作不断深入，“十二五”末高耗能产品单耗达到国际先进水平，能耗在“十一五”末的基础上再下降10%，主要产品实现清洁生产，主要污染物排放总量在“十一五”末的基础上再下降10%。进一步提高高耗能、高排放和产能过剩行业准入门槛。这就意味着当前高污染、高耗能的化工行业的节能减排进程必须加快。正文我国化工行业主要是从事化学工业生产和开发的能源工业以及基础原材料工业。化工行业是我国国民经济体系中的一个重要部门，它对经济发展、国防事业以及人们的社会生活都发挥着极其重要的作用。改革开放以来，我国的石油化工产业取得了巨大的成就。但是由于化学工业本身的缺点和局限，导致在生产过程中排放的污染物种类多、数量大、毒性高，严重影响生态环境和人类的身体健康。当前，由于在节能减排技术开发上的滞后，导致我国化工行业节能减排和环保技术水平落后，也使得化工行业生产过程中的高耗能、高污染现状持续得不到缓解。从而导致我国化工行业的能耗量始终排在全国工业领域的前列。而化工行业的废水排放量甚至长期高居全国工业领域的第1位。化工分离过程是将混合物分离成各组分组成各不相同的两种（或几种）产品的操作。一套标准的化工生产装置，应包括一个反应器和具有提纯原料、中间产物与产品以及后处理的多个分离设备构成。首先，分离过程必须能够去除原料杂质，为化学反应提供纯度达到工业生产要求的原料，减少杂质带来的影响（副反应增加，催化剂中毒等）；再者，分离过程能够对反应产物进行处理，获得所需产品的同时分离出未完全反应的反应物，循环利用；此外，分离过程还需要在工业废水处理与环境保护方面发挥作用，减少工业三废的排放。因此，我们看到化工分离过程在化学工业生产中占据着非常重要的地位。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。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。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。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。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。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。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。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KIO3，和KI的水溶液中分离KIO3；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。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。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。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。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。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，因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。武吴宁等进行了复杂精馏塔的研究，与传统精馏塔的一股进料二股产品的精馏塔比较，能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计，因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中，热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。填料是填料塔最重要的传质内件，其性能主要取决于填料表面的湿润程度和气液两相流体分布的均匀程度。新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类，在将其进行物理的和化学的方法处理后，填料的分离效率大为提高。主要优点有：(1)理论塔板数高，通量大，压力降低；(2)低负荷性能好，理论板数随气体负荷的降低而增加，没有低负荷极限；(3)放大效应不明显；(4)适用于减压精馏，能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求，为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分离提供了有利的条件。新型离效散堆填料(1)金属鲍尔环填料，它采用金属薄板冲轧制成，由予在环壁上开了许多键孔，使得填料层内的气、液分布情况及传胰性能比拇两环有较大的改善。(2)金属阶梯环填料，这种填料降低了环的高度，并在环的2个侧端增加了锥形翻边，使其性能较鲍尔环填料有了较大的进步。在同样液体喷淋密度下，其泛点气速较鲍尔环提高了10％～20％；在同样气速下，压力降较鲍尔环低30％～40％。(3)金属环矩鞍填料，国内篱称为英特洛克斯填料。这种填料巧妙地把环形秘鞍形两类填料的特点综合成为一体，使它既有环形填料通量大的特点，又有鞍形填料液体分布性能好的特点，从而成为当前散堆填料中的佼佼者。首先，增强再沸器和冷凝器巾的传热面积可使传热温差下降。增强传热表面有两大类型：(1)多孔相变化传热面：包括微孔沸腾表面及特殊处理的冷疑表面，均可使沸腾或冷凝绘热系数较之光管提离lO～30倍；(2)扩展的传热面：包括翅片管或开槽游扩大传热面，可以使传热系数提高不少。其次，采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷凝器可以避免积垢，水电综合能耗也较低，而且节省用水。再次，如果塔釜滚是无美重臻的废液，则可以把它的显热变成潜热加以利用。另外，采用低品位热能也是节能的有效方法。结论及展望化工生产中其它领域节能技术、新工艺正在不断地涌现，如新型催化剂的研究应用、新设备的研制应用、新材料的研究应用等。任何新技术开发成功，关键在于工业化应用。因此，应加强化工工程、设备的开发研究，使新技术能迅速转化为生产力，节约能源，增加效益。在生产上的应用，应根据本企业的实际情况，对各种新技术，进行详细分析比较。“原创”参考文献哦！参考文献[1]于彦．分离的节能新技术概述．北京化工，2010(4)：45—80．[2]武吴宇．精馏的节能设计与优化．青岛：青岛科技大学，2012．[3]李群生．精馏过程的节能降耗及新型高效分离技术的应用[J]．化肥工业，2013(1)：12—20．[4]涂敏端．化工节能基础过程[M]．成都：成都科技大学出版社，2011：318—364．