淺談化工工藝過程中超濾技術(shù)的應(yīng)用

邱忠航

摘 要：本文結(jié)合實(shí)際對超濾技術(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。

關(guān)鍵詞：化工工藝過程;超濾技術(shù);應(yīng)用

1 超濾技術(shù)簡述

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

（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。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）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。可以說，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)則會透過膜。這樣，大小分子就會被分離，水就會得到凈化。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。

（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。總之，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。

（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反應(yīng)合成氣進(jìn)行變換。變換氣過濾就是指對經(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CO2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CO2壓縮和脫氫環(huán)節(jié)中，設(shè)置超濾裝置可有效去除CO2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。現(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)還對超濾技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)。總之，借助超濾技術(shù)可有效改善尿素生產(chǎn)工藝。

（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，減小溫度對青霉素精制的影響。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。

（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，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。

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