化工工藝過程中超濾技術(shù)的應(yīng)用

張洪武

摘 ? 要：為了提升超濾技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量、規(guī)范化工生產(chǎn)工藝，對(duì)化工工藝過程中超濾技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先，結(jié)合實(shí)際對(duì)超濾技術(shù)原理進(jìn)行了研究，指出了超濾技術(shù)具有可常溫、分離效率高等特點(diǎn)。然后，詳細(xì)闡述了超濾技術(shù)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(yīng)用。實(shí)踐證明，超濾技術(shù)可有效改善各種化工生產(chǎn)工藝，提升生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：化工工藝過程;超濾技術(shù);應(yīng)用

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，化工工藝逐漸成熟。超濾技術(shù)就是其中一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，其能進(jìn)一步提升分離效果，且高效、節(jié)能，非常有利于促進(jìn)化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但是，化工企業(yè)在應(yīng)用超濾技術(shù)時(shí)，需結(jié)合自身實(shí)際情況，進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化超濾工藝，從而充分發(fā)揮出超濾技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高化工生產(chǎn)效率[1-2]。

1 ? ?超濾技術(shù)簡(jiǎn)述

超濾技術(shù)屬于膜分離技術(shù)。主要原理是：借助一定的壓力差及多孔膜攔截能力，進(jìn)行不同顆粒大小的物質(zhì)分離，從而實(shí)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(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）超濾技術(shù)是在常溫下進(jìn)行的，非常適合藥物、果汁等對(duì)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(xué)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(dòng)力，不需要設(shè)置過于復(fù)雜的分離裝置，易操作、易控制。（5）超濾技術(shù)還具有設(shè)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(diǎn)。

2 ? ?化工工藝過程中超濾技術(shù)的應(yīng)用

2.1 ?應(yīng)用于合成氨和氨分離改造

在合成氨和氨分離中應(yīng)用超濾技術(shù)，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(shù)在合成氨中的應(yīng)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(shè)置兩級(jí)超濾設(shè)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(shè)備的積碳、油污堵塞問題。因?yàn)槌瑸V技術(shù)的過濾效果極強(qiáng)，能去除各種雜質(zhì)，減少雜質(zhì)污染。所以，可有效保護(hù)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(yīng)用優(yōu)勢(shì)。氨分離是指將氨從氣體中分離出來并進(jìn)行處理，使其成為液態(tài)氨。在這一過程中，起到關(guān)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(jìn)入合成塔。這樣就能降低塔的氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并提升氨分離效率。另外，在實(shí)際應(yīng)用中也有部分企業(yè)會(huì)以超濾膜為材料制作膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，MBR），借助反滲透膜進(jìn)行氨分離。顯然，應(yīng)用超濾技術(shù)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(yīng)用超濾技術(shù)后，其合成塔進(jìn)口氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了1.4%左右，且氨的年產(chǎn)量明顯提升。

2.2 ?應(yīng)用于水處理

從超濾技術(shù)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(yīng)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(shù)是目前最有效、最安全的凈化技術(shù)。

現(xiàn)如今，超濾水處理設(shè)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(jìn)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(huì)透過膜。這樣，大小分子就會(huì)被分離，水就會(huì)得到凈化。而且，超濾技術(shù)的應(yīng)用只需要常溫狀態(tài)，不用加熱，所以不會(huì)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(shù)應(yīng)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(jìn)而實(shí)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(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的凈化。由此可見，將超濾技術(shù)應(yīng)用在水處理工藝中能有效保證水處理的質(zhì)量，促進(jìn)水處理工藝水平的提升。

2.3 ?應(yīng)用于硝酸及硝銨的合成

從實(shí)際來看，超濾技術(shù)在硝酸合成、硝銨合成中已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，且已落實(shí)到工業(yè)生產(chǎn)中。應(yīng)用具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）在硝酸合成階段應(yīng)用超濾技術(shù)時(shí)，應(yīng)用超濾膜可以減少雜質(zhì)對(duì)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(yīng)用超濾技術(shù)可以減少油污，保證產(chǎn)品品質(zhì)。（3）在硝銨合成中應(yīng)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(yīng)用超濾技術(shù)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(jìn)化工企業(yè)生產(chǎn)效益的提升。

2.4 ?應(yīng)用于變換氣過濾

一般來說，變換氣主要指利用變換單元對(duì)反應(yīng)合成氣進(jìn)行變換。變換氣過濾就是指對(duì)經(jīng)過變換單元的合成氣進(jìn)行過濾，以達(dá)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(yīng)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(duì)生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕，延長生產(chǎn)設(shè)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(yīng)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CO?2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CO?2壓縮和脫氫環(huán)節(jié)中，設(shè)置超濾裝置可有效去除CO?2中的油污，改善壓縮機(jī)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(shù)的廣泛應(yīng)用，越來越多的企業(yè)將超濾技術(shù)應(yīng)用到尿素合成中，且部分企業(yè)還對(duì)超濾技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)?？傊?，借助超濾技術(shù)可有效改善尿素生產(chǎn)工藝。

2.5 ?應(yīng)用于制藥

超濾技術(shù)的最小截留分子質(zhì)量為500 Da，完全可以將其應(yīng)用到制藥中。從目前來看，隨著超濾技術(shù)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(yīng)用。

（1）在除熱源中應(yīng)用超濾技術(shù)。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(shù)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(yīng)用超濾技術(shù)。例如，空軍北京醫(yī)藥局就應(yīng)用這一方法制備了生脈、復(fù)方丹參等中草藥注射液。（2）在小分子精制中也可應(yīng)用超濾技術(shù)。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(shí)間等因素的影響。傳統(tǒng)的過濾、萃取、濃縮、結(jié)晶等生產(chǎn)工藝具有能耗大、耗時(shí)長、產(chǎn)量低等缺點(diǎn)，尤其是可能預(yù)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(yīng)用超濾技術(shù)可以篩分大分子，并借助常溫優(yōu)勢(shì)，減小溫度對(duì)青霉素精制的影響。尤其是可以省去添加化學(xué)藥劑的環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。（3）在大分子精制中也可應(yīng)用超濾技術(shù)。大分子類藥物具有熱不穩(wěn)定性。借助超濾技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低溫快速過濾，保證大分子精制質(zhì)量。例如，可應(yīng)用超濾技術(shù)從豬血中提純超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）。該方法的優(yōu)勢(shì)為可有效去除大分子，有效濃縮SOD節(jié)省沉淀溶劑，提高SOD回收率。（4）在膜蒸餾中也可應(yīng)用超濾技術(shù)。所謂膜蒸餾，指借助疏水箱微孔膜，將溫度不同的水溶液區(qū)分開。相比于傳統(tǒng)的分離方法，該方法具有操作溫度和壓力低、對(duì)膜性能要求低、高效等優(yōu)勢(shì)?？傊?，借助超濾技術(shù)可有效改善制藥工藝。

2.6 ?應(yīng)用于循環(huán)機(jī)后油分離器

循環(huán)機(jī)后油分離器的主要作用是去除氣體中的油水雜質(zhì)，保護(hù)合成觸媒，降低能耗。將超濾技術(shù)應(yīng)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(duì)于一些細(xì)小的油污分子，其分離效果更好。概括地說，在循環(huán)機(jī)后油分離器中，超濾技術(shù)的應(yīng)用效益主要表現(xiàn)在可緩解油污對(duì)設(shè)備的腐蝕、可保證觸媒催化性能兩個(gè)方面。

3 ? ?結(jié)語

超濾技術(shù)是一種極為先進(jìn)、高效的膜分離技術(shù)。它在化工生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用，能有效推動(dòng)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(shù)的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)人員必須要結(jié)合化工生產(chǎn)實(shí)際，合理選擇超濾技術(shù)應(yīng)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(yīng)用范圍。只有這樣，才能深化超濾技術(shù)的應(yīng)用，真正提升我國化工生產(chǎn)工藝水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李 偉，孟影子.化工工藝過程中超濾技術(shù)的應(yīng)用分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（8）：57-58.

[2]丁 陶.化工工藝過程中的超濾技術(shù)應(yīng)用分析[J].石化技術(shù)，2018，25（5）：46.