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行業(yè)專家聚焦“熔融結(jié)晶”，共同探討低碳技術(shù)
云講座回顧
低碳超純分離技術(shù)——熔融結(jié)晶
本次講座由上海東庚化工技術(shù)有限公司、上海新材料協(xié)會(huì)、中國化工企業(yè)管理協(xié)會(huì)聯(lián)合舉辦，吸引了超過200位業(yè)內(nèi)專家、研發(fā)人員、以及諸多化工從業(yè)者與企業(yè)家的參與。主講老師——上海東庚化工技術(shù)有限公司總經(jīng)理康小玲，就“熔融結(jié)晶”這項(xiàng)綠色低碳超純技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并與大家一同探討了此項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)應(yīng)用中的實(shí)際問題。下面是本次講座的視頻回放與精選內(nèi)容。
PART01技術(shù)背景
2019年我國就已經(jīng)是化工產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)最大的國家，近年來依舊保持著快速增長，工業(yè)增加值年均增長率6%左右。
在化工行業(yè)快速的發(fā)展過程中，二氧化碳排放也極速攀升。中國化工行業(yè)的零碳轉(zhuǎn)型對全國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)至關(guān)重要，也對化工價(jià)值鏈低碳轉(zhuǎn)型意義重大。
在化工過程能源消耗結(jié)構(gòu)中，分離占據(jù)80%，尤其是在電子化學(xué)品及新材料領(lǐng)域的高純化學(xué)品的分離面臨著能耗高、技術(shù)難度大的瓶頸。針對當(dāng)下普遍存在的問題，有沒有可以廣泛應(yīng)用和推廣的解決方案呢？在化工行業(yè)碳中和時(shí)代背景下，綠色低碳分離技術(shù)——熔融結(jié)晶，就是一個(gè)很好的技術(shù)選擇。熔融結(jié)晶或熔融結(jié)晶耦合技術(shù)解決方案可以實(shí)現(xiàn)高純物質(zhì)的分離、節(jié)能減排、提高產(chǎn)品收益、產(chǎn)品等級靈活調(diào)整等價(jià)值，今后會(huì)受到更廣泛的關(guān)注。
PART02技術(shù)概況
熔融結(jié)晶的技術(shù)原理：
熔融結(jié)晶的技術(shù)原理從相平衡、傳質(zhì)速率、分離性三個(gè)方面進(jìn)行介紹，對比精餾和熔融結(jié)晶的分離，我們總結(jié)了每個(gè)方面在產(chǎn)品純度、能耗，工藝生產(chǎn)條件和控制方面的區(qū)別。
從傳質(zhì)速率和分離性對比上看，在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中，結(jié)晶的公用工程、工藝條件要求、操作要求更低，過程穩(wěn)態(tài)控制。
熔融結(jié)晶技術(shù)的關(guān)鍵知識(shí)要點(diǎn)：
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熔融結(jié)晶分離是根據(jù)混合物物質(zhì)組分之間熔點(diǎn)不同，逐步降低液態(tài)混合物溫度，使待分離組分物質(zhì)達(dá)到相平衡冰點(diǎn)和過飽和狀態(tài)，從混合物中逐步析出結(jié)晶，并通過重熔純化來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分離。
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相圖：我們根據(jù)結(jié)晶物系和分離的難易程度劃分有機(jī)物系，總結(jié)了六種常見的有機(jī)二元體系相圖。發(fā)現(xiàn)80%以上的有機(jī)物適合用熔融結(jié)晶進(jìn)行分離，而在經(jīng)典體系中，低共熔體系下，50%以上的有機(jī)物混合物可以通過熔融結(jié)晶得到純物質(zhì)和共熔混合物。
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傳熱的穩(wěn)態(tài)控制：這是根據(jù)溫控曲線工藝控制，它是決定結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。
傳質(zhì)的穩(wěn)態(tài)控制：它是流體相變過程中的結(jié)晶質(zhì)量和產(chǎn)能的穩(wěn)定保證，既和傳熱穩(wěn)態(tài)控制有關(guān)，也和液相部分的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，主要靠關(guān)鍵設(shè)備來支撐和保證。
層式熔融結(jié)晶的過程原理：
第一階段：結(jié)晶。液態(tài)混合物原料在降膜或靜態(tài)結(jié)晶設(shè)備中通過冷媒和結(jié)晶壁傳熱，逐步冷卻降溫，晶層緩慢生長，達(dá)到預(yù)期設(shè)定厚度后進(jìn)行排液。
這樣，一次完整的結(jié)晶過程就完成了。
降膜結(jié)晶器采用并行放大的熱媒和物料雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱的高效性和穩(wěn)態(tài)控制，達(dá)到低碳運(yùn)行的目標(biāo)。降膜結(jié)晶器的優(yōu)勢是：
處理能力大，產(chǎn)能可達(dá)十萬噸/年 -
生產(chǎn)效率高，通常結(jié)晶一次只需要幾十分鐘。一個(gè)完整的結(jié)晶過程只需要在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。
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操作彈性寬，相比精餾，操作彈性可達(dá)20%~110%。
作為降膜結(jié)晶器的補(bǔ)充，雖然靜態(tài)結(jié)晶器的生產(chǎn)效率比較低，但在復(fù)雜物料體系的情況下，以及母液產(chǎn)品回收、處理能力較小的裝置中，靜態(tài)結(jié)晶器和降膜結(jié)晶器可以進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。
對于整個(gè)熔融結(jié)晶工藝系統(tǒng)，東庚建立了一套完整的技術(shù)創(chuàng)新體系，涵蓋了從工藝設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備、可持續(xù)創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)應(yīng)用和客戶服務(wù)的全流程完整體系。尤其是在技術(shù)應(yīng)用體系中，我們建立廣泛的產(chǎn)品應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，幫助客戶快速地優(yōu)化工藝流程。在客戶服務(wù)體系中，我們建立了小試、中試到工業(yè)化流程的一體化服務(wù)，可以幫助客戶進(jìn)行結(jié)晶可行性的快速驗(yàn)證。同時(shí)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫和模塊化中試裝置，讓客戶提前直觀地體驗(yàn)開車服務(wù)。
PART03應(yīng)用案例
1萬噸/年-熔融結(jié)晶項(xiàng)目應(yīng)用案例
該項(xiàng)目產(chǎn)品具有高沸熱敏特點(diǎn)，是屬于經(jīng)典的低共熔相平衡體系。產(chǎn)品進(jìn)料濃度中等偏高，與共晶點(diǎn)的濃度差和溫差較大，結(jié)晶的推動(dòng)力高。
物料是從反應(yīng)工段直接進(jìn)結(jié)晶，對比原料及產(chǎn)品指標(biāo)，結(jié)晶純度從初始進(jìn)料的87%提升到99%以上的目標(biāo)純度。因?yàn)?/span>物料含復(fù)雜組分和聚合物，所以通過三到四級結(jié)晶完成，收率在95%左右，而直接用精餾收率只有60%。
在進(jìn)行結(jié)晶工藝對比發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶的能耗比精餾節(jié)約60%左右。考慮綜合能耗、三廢、產(chǎn)品收率等因素，我們推薦使用熔融結(jié)晶技術(shù)進(jìn)行分離。
PART04行業(yè)應(yīng)用與賦能
熔融結(jié)晶這種低碳綠色關(guān)鍵技術(shù)在行業(yè)中有著極為廣泛的應(yīng)用前景，涵蓋了電子化學(xué)品、石油化學(xué)品、生物化學(xué)品，精細(xì)化學(xué)品、新材料領(lǐng)域。
在如此廣泛的行業(yè)應(yīng)用中，當(dāng)您的企業(yè)產(chǎn)品分離遇到以下困難和問題時(shí)：
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進(jìn)一步提純付出更高能耗
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希望產(chǎn)品純度>99.9%，以期獲得高純度產(chǎn)品
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α值很低有機(jī)物
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同分異構(gòu)體
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形成共沸物
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高沸點(diǎn)，熱不穩(wěn)定降解，熔點(diǎn)在-20°C~220°C之間
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分離時(shí)高溫聚合
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組分復(fù)雜熱敏生物合成化學(xué)品
遇到以上復(fù)雜問題，熔融結(jié)晶將為您賦能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排70%左右，綠色環(huán)保、獲得高純度產(chǎn)品，產(chǎn)品收率提高20%或更高。東庚公司數(shù)十套萬噸級系統(tǒng)裝置經(jīng)驗(yàn)，為客戶保駕護(hù)航。