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沸石分子篩膜及滲透汽化分離工藝設備

關鍵詞:沸石分子篩膜
所屬分類:化學工程行業
案例概述:隨著國家總體經濟進入結構轉型升級期,各行業競爭越來越激烈,國家高度重視節能減排,安全生產,保護環境,常州市星干干燥設備有限公司與中海油天津化工研究設計院聯合開發沸石分子篩膜及滲透汽化分離成套工藝設備,為國內外滲透汽化膜行業中^的高新技術產品,并擁有自…
案例詳情 圖片集錦

    常州市星干干燥設備有限公司與中海油天津化工研究設計院聯合開發沸石分子篩膜及滲透汽化分離成套工藝設備,由從業多年的陳贊博士團隊負責研發,工業化生產的A型、T型、MOR型和ZSM-5型四種沸石分子篩膜等產品,分離性能優異,pH值適用范圍為3.0~12.0,為國內外滲透汽化膜行業中^的高新技術產品,并擁有自主的知識產權。該技術用于液體有機化學品混合物中少量或微量水的分離(也可用于氣體滲透脫水),其突出的優點是能夠以低能耗實現蒸餾、萃取、吸附等傳統的方法難于完成的分離任務。該技術還可以同生物及化學反應耦合,將反應生成的水不斷脫除,使反應轉化率明顯提高。此外,對廢水中少量有機污染物的分離及水溶液中高價值有機組分的回收等具有明顯的技術和經濟上的優勢。本公司將利用該技術竭誠為醫藥化工及相關工業領域提供專業的膜分離服務,為國家節能減排及相關產業升級作出自己的貢獻。

 

原理及工藝流程

沸石分子篩膜滲透氣化是用于液體混合物分離的一種新型膜分離技術。它是在液體混合物中組分蒸氣分壓差的推動下,利用沸石分子篩膜材料對組分的選擇透過性及擴散速度不同實現分離的過程,與傳統分離技術相比,滲透汽化技術具有高效、能耗低、操作方便、便于放大等特點,其分離原理和工藝流程如圖1和圖2所示。

圖1. 滲透汽化原理圖

圖2. 滲透汽化工藝流程圖

 

應用體系

本技術產品可用于能源、環保、生物制藥、農藥、精細化工、石化、電子、食品等行業,具體應用體系如下:
● 醇類體系脫水,包括:甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、叔丁醇、異戊醇、環己醇、苯甲醇、炔醇等
● 醚類脫水,包括:乙醚、甲基叔丁基醚、二異丙醚等
● 酮類脫水,包括:丙酮、丁酮、甲基異丁基酮等
● 酯類脫水,包括:醋酸甲酯、乙酸乙酯、醋酸丁酯、碳酸乙烯酯等
● 烴類脫水,包括:甲烷、乙烷、碳六油、環己烷等
● 鹵代烴類脫水,包括:氯代烴、二氯甲烷、氯乙烯等
● 芳香族化合物脫水,包括:苯、甲苯、苯酚、乙苯等
● 多元有機混合物的分離,如雜醇油等
● 其他體系脫水,如:甲氯呋喃、醋酸、三乙胺、苯胺、吡啶、有機硅等

 

工業沸石分子篩膜管及膜微結構

典型的沸石分子篩膜管及其微結構如圖3、4所示。

圖3. 工業膜管

圖4. 沸石分子篩膜表面和截面SEM圖

 

能耗與成本核算

以下以乙醇和異丙醇脫水為例,對滲透汽化分離工藝進行能耗與成本核算:

1、 乙醇脫水 

   以頭孢類藥物或阿莫西林生產為例,在其生產過程中,乙醇作為溶媒一次或多次使用后,含水量越來越高,若要回收再利用,需要采用萃取精餾、恒沸精餾或加鹽精餾,這些方法過程復雜、能耗高、污染嚴重,而且會引入第三組分導致產品質量難以達到醫藥工業使用求。若采用滲透汽化法可比傳統方法節能50%~70%,如表1所示,而且可以避免產品和環境受污染。

核算示例(年處理1600噸,乙醇含量從90%提高到99.5%) 
▲ 運行費用:運行成本主要包括電、蒸汽、循環冷卻水和膜管更換費用。
    電 耗:48元/噸產品由原料泵、產品泵、真空泵、循環水泵及制冷機產生。制冷機電耗主要由滲透液采用低溫載冷劑所產生。按0.6元/度電計算,電耗約80度/噸產品,總計電耗費用約為48元/噸產品。
    蒸汽消耗:110元/噸產品主要由對原料進行加熱、汽化、過熱及系統熱損失產生,約0.55噸/噸產品,按200元/噸蒸汽計算,總計費用約為110元/噸產品。
    冷卻水消耗:10元/噸產品主要由產品蒸汽冷凝產生。按0.5元/噸循環水計,總計使用約20噸/噸產品,計10元/噸產品。
    膜管的更換:124元/噸所用膜管為12m2,每平米膜費用為16500元,膜費用合計198000元,折算成每噸產品膜費用為124元/噸。
    總計運行費用:48+110+10+124=292元/噸。
   ▲ 創造利潤 
    可以使售價約為3000元/噸的乙醇(乙醇含量90%,水含量10%),提高到售價約為6500元/噸的無水乙醇(乙醇含量不低于99.5%)。
    創造利潤:(6500-3000-292)×1600=513.28萬元。
   ▲ 裝置造價 
    整套裝置造價約為85萬元。

2、乙醇脫水

    醫藥產品的生產過程中,以異丙醇作為萃取溶劑循環使用,萃取后異丙醇中水含量增高,且溶液呈堿性。異丙醇與水共沸,采用傳統方法回收非常困難。

核算示例(年處理2000噸,異丙醇含量從85%提高到99.9%)

   ▲ 運行費用:運行主要包括電、蒸汽、循環冷卻水和膜管更換費用。

   電 耗:64元/噸產品由原料泵、產品泵、真空泵、循環水泵及制冷機產生。制冷機電耗主要由滲透液采用低溫載冷劑所產生。按0.8元/度電計算,電耗約80度/噸產品,總計電耗費用約為64元/噸產品。
   蒸汽消耗:120元/噸產品,主要由對原料進行加熱、汽化、過熱及系統熱損失產生,約0.6噸/噸產品,按200元/噸蒸汽計算,總計費用約為120元/噸產品。
   冷卻水消耗:11元/噸產品,主要由產品蒸汽冷凝產生。按0.55元/噸循環水計,總計使用約20 噸/噸產品,計11元/噸產品。
   膜管的更換:148.5元/噸所用膜管為18m2,每平米膜費用為16500元,膜費用合計297000元,折算成每噸產品膜費用為148.5元。
   總計運行費用:64+120+11+148.5=343.5元/噸。
   ▲ 稅前利潤:
    可以使售價約為3500元/噸的異丙醇(異丙醇含量85%,水含量15%),提高到售價約為9500元/噸的異丙醇(異丙醇含量不低于99.9%)。
    稅前利潤:(9500-3500-343.5)×2000=1131.3萬元。
   ▲ 裝置造價:整套裝置造價約為95萬元。

 

工藝比較(恒沸精餾法和恒沸吸附法均為傳統工藝)

項目(¥)  精餾法  吸附法  滲透汽化
蒸汽  ¥525  ¥381  ¥110
電力 ¥36  ¥27  ¥48
冷卻水  ¥20 ¥16  ¥10
夾帶劑/沸石分子篩膜  ¥60  ¥154  ¥124
總計 ¥641 ¥578 ¥292
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