纖維液膜接觸器在甲烷氯化物堿洗中的應(yīng)用研究

周 強，吳 剛，張?zhí)K鋒

（寧波巨化化工科技有限公司，浙江寧波315200）

甲烷氯化物粗產(chǎn)品在生產(chǎn)、存儲過程中通常會含有一定量的酸分，且以氯化氫為主。在進行進一步加工前必須將其中的氯化氫脫除，否則會對后續(xù)的生產(chǎn)帶來不利的影響。甲烷氯化物粗產(chǎn)品脫酸工藝通常采用堿洗的方式，但是傳統(tǒng)工藝采用將堿液注入堿洗循環(huán)泵進口，通過泵葉輪的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)堿液的分散并完成堿洗。此種生產(chǎn)工藝堿洗效率不足，堿液浪費較大且需要加大物料的循環(huán)量，能耗偏高。

纖維液膜接觸器是一種全新的高效傳質(zhì)設(shè)備[1]，在其內(nèi)部裝有大量的經(jīng)過表面處理[2]的金屬纖維絲，液體流經(jīng)纖維絲時，在纖維絲表面形成了較大的兩相接觸面，提高了傳質(zhì)面積，有利于酸堿中和反應(yīng)的發(fā)生，因此具有較高的堿洗效率。

1 工作原理

纖維液膜接觸器內(nèi)部裝有大量的且非常細的纖維絲（依據(jù)介質(zhì)的不同可采用金屬或非金屬材料），每根纖維絲的表面均經(jīng)過特殊的親水處理，在每根纖維的表面存在“油”相和“水”相兩相，“水”相從設(shè)備頂部側(cè)面進入，在表面張力的作用下沿纖維表面成膜，使得“水”相的表面積增大。“油”相從設(shè)備的頂部正中進入，“油”相與“水”相接觸但不會與“水”相混合。由于內(nèi)部纖維絲的數(shù)量很多，因此傳質(zhì)的總面積很大，這使得相分離過程既簡單又高效。因為堿液相和油相的表面張力不同，堿液濃度越大，堿液對纖維的附著力也就越大，這更有利于兩相之間的分離，并使得油相攜帶堿液的數(shù)量降到最低。簡單靜置即可實現(xiàn)分層，兩相界面清晰，易于分離。纖維絲表面“水”、“油”兩相介質(zhì)的流動示意圖見圖1。

圖1 纖維絲表面兩相液體流動示意圖

纖維液膜接觸器能通過“油”相和“水”相（堿液相）作非分散性的傳質(zhì)過程，去除油相中的雜質(zhì)，并能大幅提高傳質(zhì)速率。傳質(zhì)速率可通過公式（1）進行計算：

式中：M——兩相反應(yīng)的傳質(zhì)速率；

K——兩相體系的傳質(zhì)系數(shù)；

A——兩相接觸的有效面積；

ΔC1——“油”相中氯化氫等溶質(zhì)的濃度；

ΔC2——“水”相中NaOH 等溶質(zhì)的濃度。

金屬纖維絲裝在設(shè)備殼體中，并伸出殼體外，直達相分離器的分層界面（殼體的直徑和長度以及纖維束伸出的長度均與設(shè)備的處理能力有關(guān)，需經(jīng)過計算確定）。堿液相從接觸器頂部側(cè)面進入纖維絲束，在纖維絲表面流動的過程中，由于纖維絲經(jīng)過親水處理，就會被拉成一層極薄的膜；“油”相從設(shè)備頂部通過液體分布器均勻進入纖維絲束，與附著在其上的堿液相同向流動，在接觸表面進行傳質(zhì)并發(fā)生反應(yīng)，當達到套管末端后便匯入相分離罐進行相分離，輕相從相分離器頂部采出，重相從相分離器底部采出。

2 生產(chǎn)裝置改造方案

從原料槽送來的甲烷氯化物與纖維液膜接觸器內(nèi)的循環(huán)堿液混合后從頂部一并進入纖維液膜接觸器，在纖維液膜接觸器內(nèi)發(fā)生接觸反應(yīng)，洗去其中的酸性物質(zhì)?；旌衔镌诶w維液膜接觸器底部的接收槽內(nèi)進行相分離，有機相進入下一步工序，堿液通過堿液循環(huán)泵進行循環(huán)使用，新鮮堿液通過堿液循環(huán)泵進口管注入系統(tǒng)，低濃度堿液通過堿液循環(huán)泵出口管線排出系統(tǒng)。改造后的堿洗工藝流程簡圖見圖2。

圖2 改造后的堿洗工藝流程簡圖

3 應(yīng)用效果

寧波巨化化工科技有限公司甲烷氯化物堿洗工藝采用纖維液膜接觸器改造后，進料量相同的情況下甲烷氯化物堿洗工藝指標及消耗見表1。

表1 甲烷氯化物堿洗改造前后消耗及指標對比表

表1 中數(shù)據(jù)及現(xiàn)場堿洗效果表明：

（1）堿洗效率提高，能夠更好的脫除甲烷氯化物中的酸分等雜質(zhì)；

（2）將原工藝的甲烷氯化物大流量循環(huán)改為堿液的小流量循環(huán)，能耗更低，所需要的安裝空間更小，運行成本更低；

（3）系統(tǒng)沒有出現(xiàn)乳化和夾帶現(xiàn)象，堿液和甲烷氯化物易于分層，避免了甲烷氯化物的損失。

4 結(jié)語

通過對纖維液膜接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理進行研究，結(jié)合甲烷氯化物堿洗的運行工藝，通過增加纖維液膜接觸器、堿液循環(huán)泵以及其配套設(shè)施等手段，優(yōu)化了甲烷氯化物堿洗生產(chǎn)工藝，通過實際運行驗證，降低了堿液消耗，同時也減少了能耗，促進了該公司的節(jié)能降耗工作。同時對于同行業(yè)類似工況的堿洗工藝改革具有一定意義。