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无锡瑞升不锈钢反应锅:化工过程强化技术的几个主要方向

发布时间:2018-07-03 21:46:00 点击:    

无锡瑞升不锈钢反应锅不锈钢反应釜)2018年7月3日讯  自20世纪80年代以来,传统化学工业已发生了重大的变化,新过程、新设备和新技术不断出现。化工技术在向着安全、低耗和环境友好等方面逐步发展。化工过程强化的概念已经被广泛接受,英国于1995年举办了第一届国际化工过程强化会议,至今已召开了四届国际化工过程强化会议。我国已经将化工过程强化技术列为“十一五”首批启动的国家863计划重点项目之一,以实现节能减排。

化工过程强化技术

过程强化是指在实现既定生产目标的前提下,大幅减少生产设备的尺寸,减少生产装置的数量、从而使工厂布局更加紧凑,节省占地面积,在此基础上,提高能量利用效率,降低单位能耗,减少废物排放,避免副产品的生成,最终达到降低生产成本、提高生产效率、改善安全性、减少环境污染的目的

化工过程强化技术是实现绿色化工生产工艺的关键技术。

化工过程强化技术分为设备强化及方法强化两个方向。

方法强化主要是指化工过程集成化,包括将反应与分离集成技术,不同分离过程集成技术,传统分离方法与新型分离方法集成技术;反应与分离集成技术常见的有反应精馏、反应结晶、反应萃取等;不同分离过程集成技术有吸附精馏、萃取精馏、熔融结晶、精馏结晶等;传统分离方法与新型分离方法集成技术,集中体现在膜技术上,例如膜吸收、膜精馏、膜萃取等。

设备强化即化工过程设备微型化集成化。其中,微化工技术正是设备强化领域最关键且具有广阔应用前景的技术。在微化工设备领域,豪迈化工近几年连续开发了一系列的微型反应设备及新型单元操作设备。豪迈微反应器、微混合器、定制新型集成管式反应器、超重力分离设备、新型萃取及结晶设备等已经有不少产品应用在化工生产过程中,并取得了显著的效果。

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微通道反应器

反应分离集成技术对化工过程的强化

反应分离集成技术是将化学反应与分离集成在一个设备中,使一台设备同时具有反应和分离的功能。反应分离集成技术是过程强化的重要方法,可以使得设备体积与产量比更小,过程更清洁、能量利用率更高。

反应精馏是在精馏塔内进行的化学反应与精馏分离过程,是最典型、最成熟和工业化应用最广泛的反应与分离集成过程。此外,还有反应萃取、反应吸附、反应结晶、膜反应器等。与反应精馏一样,反应萃取、反应吸附、反应结晶也将是化学反应与传统的分离操作集成在分离设备中进行的过程。也就是说,分别在萃取塔、吸附设备和结晶器中进行。反应精馏与反应萃取所处理的物系是液相均相体系,反应吸附所处理的对象是气固与液固非均相体系。反应结晶是针对产物在常温常压下为固体的体系。膜反应器是传统的固定床反应器和流化床反应器与膜分离技术的集成。按照反应与分离结合的形式,固定床膜反应器又可以分为两类:一类是反应与分离分开进行,膜只起到分离产物或者分配产物反应物的作用。另一类是反应与分离均在膜上进行,膜既有催化功能又有分离功能,这种膜成为活性膜。

反应与分离集成的过程包括以下几个优势:

对于可逆反应,可以打破热力学平衡限制,提高单程转化率,减少反应体积。由于借助分离手段将目的产物及时移出反应区,因此,使化学平衡被破坏。反应不断向生成产物的方向移动,最终获得超过平衡转化率的高转化率。并且,由于反应产物的动态移出,可以提高反应物的浓度,加快反应速率,缩短反应时间。

利用分离效应造成有利于反应选择性的轴向浓度分布,可以提高目的产物的选择性,增加原料利用率,减少废物排放量。

在反应对分离的强化方面,化学反应使得待分离的物质间的物性差异变大,有利于实现彼此的分离。

可以合理利用反应热,既可以使反应区内的温度分布均匀,又可以节约能源,例如在反应精馏过程中,反应放出的热量可用于汽化物料,减少再沸器的负荷。

将反应器和分离设备集成在一起,可以减少主设备及辅助设备的数目,并减少原料和辅助原料的循环量,节约设备投资和操作费用。

反应分离的应用主要有:利用反应精馏生产醋酸甲酯、MTBEETBETAME、异丙苯;利用膜反应器进行烷烃脱氢反应,反应吸附过程中合成甲醇,反应萃取技术用于生产醋酸丁酯、乳酸、过氧化氢等。

超重力技术对化工过程的强化

前,超重力技术已经广泛应用于化工、材料、环境、能源等诸多领域,并在高端化学品生产、纳米材料制备、硫酸工业尾气脱硫、油田注水脱氧等方面实现了工业应用,体现出广阔的应用前景。

超重力技术是最早实现工业应用的过程强化技术之一,已经广泛应用于高端化学品生产、纳米材料制备等快速反应过程和聚合物脱挥、酸性气体分离、水处理、精馏等工业过程,展现出显著的过程强化效果。与常规的釜式、塔式反应器相比,由于超重力技术具有显著强化传质和分子混合的优势,因此超重力反应强化技术有望在“受传质和分子混合限制”的反应过程中得到广泛应用,如缩合、磺化、卤化、氧化、聚合、烷基化等产品生产过程,以及通过反应吸收来脱除废气和过程气中的H2SSO2CO2 等酸性气体杂质的分离过程。另外,在反应/分离耦合技术方面,超重力技术也有望获得广泛应用,如脱硫醇废碱液超重力深度氧化反应与分离耦合技术等。同时,在处理量相当的情况下,由于超重力设备具有传质效率高、设备体积小等优势,在海洋平台油田伴生气脱硫化氢、脱二氧化碳、现有工厂升级改造等设备空间受限的工业领域中具有明显的优势。可见,超重力反应强化技术有望发展成为化工生产过程的关键平台技术之一。

膜过程耦合技术

膜分离技术是多学科交叉结合,特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。近年来,膜及膜技术的 研究推动了膜过程耦合技术的发展,如将膜分离技术与反应过程结合起来,形成新的膜耦合过程,已经成为膜分离技术的发展方向之一。目前我国已成功开发出成套的反应-膜分离耦合系统,并在化工与石油化工、生物化工等领域得到了推广应用。

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膜分离原理

超临界技术对于化工过程的强化

工程上,将某流体所处的压力(P)和温度(T)均超过临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的这种状态称为超临界。以水为例,超临界技术介绍如下:通常情况下,水以蒸汽、液态三种常见的状态存在,且是极性溶剂,可以溶解包括盐在内的大多数电解质,对气体和大多数有机物则微溶或不溶。液态水的密度几乎不随压力升高而改变。但是如果将水的温度和压力升高到临界点(Tc=374.3℃,Pc=22.1MPa)以上,水的性质发生了极大变化,其密度、介电常数黏度扩散系数、热导率和溶解性等都不同于普通水。由于超临界水的非凡的溶解能力、可压缩性和传质特性,使它成为一种具有非常活性的异乎寻常的反应介质。

因此,超临界技术也是化工强化过程的有效技术之一。在超临界条件下萃取,不仅萃取速度快、萃取率高,而且萃取温度低、生物兼容性好、无污染。研究较为广泛的是二氧化碳超临界萃取技术。另外,超临界水氧化技术也是具有很好的应用前景。

微反应技术对化工过程的强化

随着化工强化理念的不断深入人心,新类型的反应器也不断被研究和应用。这些反应器具备不同的特点,适用于不同的反应体系。微通道反应器是其中具有较大前景的新型反应器形式。

微通道反应器(微反应器)是利用精密加工技术制造的特征尺寸在10-1000μm之间的微型反应器。微反应器的“微”不是特指微反应器设备的外形尺寸大小;也不是指微反应器设备产品的产量小;而是表示工艺流体的通道在微米级别;微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道,因此也实现很高的产量。

微反应器技术从本质上解决了传统搅拌釜反应器在混合传质、传热、反应器放大、批次品质控制等方面遇到的问题和挑战,实现了化工过程的安全、环保、高效、便捷的连续化绿色化生产,对于未来实验室成果的工业化和化工行业的绿色化连续化生产发挥重大的推进作用。

目前,已经在豪迈化工微通道反应器上进行成功开发了上百种成功反应案例。部分典型反应类型如表所示。

成功反应案例

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微通道反应器之所以能较好的实现对化工反应过程的强化,主要是基于其优异的传质和传热效果。

6.1传热效率高

微通道反应器单位体积换热面积为传统夹套加热釜的500~1000倍,极大地增加了反应过程中的换热面积,反应通道的特殊结构增加了温度梯度,换热系数可高达2.5kw/m2·k,比传统换热器的系数大一个数量级,同时换热效率的提高避免了因反应过程中局部过热等现象造成的副反应的出现。

6.2传质速率快

微通道反应器单位体积气液相界面积为3000~10000m2/m3,为传统夹套加热搅拌釜的几十倍甚至100倍,增加了质量传递相界面积,再结合流体技术设计出的特殊结构性形式使得反应物料毫秒至微秒即可充分混合,缩短反应时间,同时还避免了因物料混合不均匀或反应时间过长带来的副产物的产生。提高了反应的选择性、反应收率及产品纯度。

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伞型通道结构的混合效果

此外,微通道反应器能保证反应条件的精确控制,安全性能高;节能环保,大量减少有毒、有污染溶剂的使用,减少中试环节,缩短工艺研发周期。

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2000/年处理量微反应工厂

结语

21世纪化学工业的轮廓正在改变,新型高效设备已经开始逐渐代替数十米高的反应器和分离塔设备化工过程强化已逐步成为实现化工过程高效安全环境友好密集生产推动社会和经济可持续发展的新兴技术,改变着传统化学工业,使传统化学工业受到了前所未有的挑战


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