化工工藝過程中超濾技術的應用

張洪武

摘 ? 要：為了提升超濾技術的應用質量、規范化工生產工藝，對化工工藝過程中超濾技術的應用進行了研究。首先，結合實際對超濾技術原理進行了研究，指出了超濾技術具有可常溫、分離效率高等特點。然后，詳細闡述了超濾技術在合成氨和氨分離改造、水處理、硝酸及硝銨合成、制藥等工藝中的應用。實踐證明，超濾技術可有效改善各種化工生產工藝，提升生產效率，保證生產質量。

關鍵詞：化工工藝過程;超濾技術;應用

隨著我國科學技術的不斷發展，化工工藝逐漸成熟。超濾技術就是其中一種比較先進的生產工藝，其能進一步提升分離效果，且高效、節能，非常有利于促進化工行業的可持續發展。但是，化工企業在應用超濾技術時，需結合自身實際情況，進一步改進、優化超濾工藝，從而充分發揮出超濾技術的優勢，提高化工生產效率[1-2]。

1 ? ?超濾技術簡述

超濾技術屬于膜分離技術。主要原理是：借助一定的壓力差及多孔膜攔截能力，進行不同顆粒大小的物質分離，從而實現溶液的純化、濃縮、篩分。從本質上來說，超濾是篩孔分離過程。該技術具有以下特點：（1）超濾技術是在常溫下進行的，非常適合藥物、果汁等對熱敏感的物質。（2）超濾過程不存在相變化，能耗低，不用加熱、加化學藥劑，非常節能環保。（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，不需要設置過于復雜的分離裝置，易操作、易控制。（5）超濾技術還具有設備回收率高、生產周期短、生產成本低、產品品質優良等特點。

2 ? ?化工工藝過程中超濾技術的應用

2.1 ?應用于合成氨和氨分離改造

在合成氨和氨分離中應用超濾技術，既可以降低能耗，又可以提升產品產量，最重要的是，能提高分離效率。相比于其他生產工藝，其分離效率能提高到50%以上。

首先，超濾技術在合成氨中的應用主要體現在：（1）去除雜質。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，可設置兩級超濾設備，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備的積碳、油污堵塞問題。因為超濾技術的過濾效果極強，能去除各種雜質，減少雜質污染。所以，可有效保護合成塔，延長合成塔的使用周期。其次，在氨分離方面，超濾工藝也發揮出了顯著的應用優勢。氨分離是指將氨從氣體中分離出來并進行處理，使其成為液態氨。在這一過程中，起到關鍵作用的是超濾膜，能夠從氣體中分離霧狀液氮，避免較多的氨進入合成塔。這樣就能降低塔的氨質量分數，并提升氨分離效率。另外，在實際應用中也有部分企業會以超濾膜為材料制作膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor，MBR），借助反滲透膜進行氨分離。顯然，應用超濾技術可以有效改善合成氨和氨分離的工藝水平，提升產品產量。例如，湖南某企業在應用超濾技術后，其合成塔進口氨質量分數降低了1.4%左右，且氨的年產量明顯提升。

2.2 ?應用于水處理

從超濾技術原理來看，超濾膜能夠完成大小分子的篩分、凈化溶液。將其應用到水處理中，可以過濾掉水中的大分子雜質，凈化水資源，從而有效提升水的質量。可以說，超濾技術是目前最有效、最安全的凈化技術。

現如今，超濾水處理設備已經研發出來，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的雜質篩選出來，進而有效去除水中的微生物、蛋白質、大分子等物質，而小分子物質則會透過膜。這樣，大小分子就會被分離，水就會得到凈化。而且，超濾技術的應用只需要常溫狀態，不用加熱，所以不會消耗過多能量。這樣既能提升水處理質量，又能節能降耗。另外，還可將超濾技術應用在海水脫鹽處理、城市污水處理、工業廢水處理等工作中。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，進而實現污水的二次利用。在工業廢水處理中，主要借助超濾膜去除其中的懸浮顆粒、油污，實現工業廢水的凈化。由此可見，將超濾技術應用在水處理工藝中能有效保證水處理的質量，促進水處理工藝水平的提升。

2.3 ?應用于硝酸及硝銨的合成

從實際來看，超濾技術在硝酸合成、硝銨合成中已經得到了一定的應用，且已落實到工業生產中。應用具體表現在以下幾個方面：（1）在硝酸合成階段應用超濾技術時，應用超濾膜可以減少雜質對觸鉑網的腐蝕，延長觸鉑網的使用年限，減少其清洗次數，從而有效降低生產成本，保證生產效益。（2）在硝銨合成作業中，應用超濾技術可以減少油污，保證產品品質。（3）在硝銨合成中應用超濾工藝，可以高效率凈化氨氣，杜絕氨氣泄露，保證生產的安全、穩定。總之，在硝酸合成、硝銨合成中應用超濾技術可以有效提升生產工藝水平，提高產品品質，有效促進化工企業生產效益的提升。

2.4 ?應用于變換氣過濾

一般來說，變換氣主要指利用變換單元對反應合成氣進行變換。變換氣過濾就是指對經過變換單元的合成氣進行過濾，以達到凈化合成氣的目的。例如，可去除變換氣中的油水雜質。相比于其他過濾方式，應用超濾方式不僅可以保證過濾效果，還可以減少氣體雜質對生產設備的腐蝕，延長生產設備使用壽命，降低生產成本。例如，在尿素生產中就可以應用這一方法。以二氧化碳汽提法尿素生產工藝為例，其工藝流程包括CO?2壓縮和脫氫、液氮升壓、合成、汽提、循環、蒸發造粒、貯存、包裝、解吸、水解等。在CO?2壓縮和脫氫環節中，設置超濾裝置可有效去除CO?2中的油污，改善壓縮機油污情況，提高傳熱效率，降低生產能耗，保證生產產品質量。現如今，隨著超濾技術的廣泛應用，越來越多的企業將超濾技術應用到尿素合成中，且部分企業還對超濾技術的應用進行優化、改進。總之，借助超濾技術可有效改善尿素生產工藝。

2.5 ?應用于制藥

超濾技術的最小截留分子質量為500 Da，完全可以將其應用到制藥中。從目前來看，隨著超濾技術的成熟，它在蛋白質、核酸、抗生素、病毒等生產工藝中都得到了廣泛應用。

（1）在除熱源中應用超濾技術。一般來說，藥液中有效成分的分子質量不超過1 000 Da。例如黃酮類、生物堿類等。超濾技術的最小截留分子質量為500 Da。所以，在制藥制劑的除熱源中完全可以應用超濾技術。例如，空軍北京醫藥局就應用這一方法制備了生脈、復方丹參等中草藥注射液。（2）在小分子精制中也可應用超濾技術。以青霉素為例，該小分子物質屬于熱敏性物質，容易受到溫度、處理時間等因素的影響。傳統的過濾、萃取、濃縮、結晶等生產工藝具有能耗大、耗時長、產量低等缺點，尤其是可能預留蛋白質、核酸等大分子，影響藥效，給人們的身體帶來副作用。但是，應用超濾技術可以篩分大分子，并借助常溫優勢，減小溫度對青霉素精制的影響。尤其是可以省去添加化學藥劑的環節，簡化生產工藝。（3）在大分子精制中也可應用超濾技術。大分子類藥物具有熱不穩定性。借助超濾技術可實現低溫快速過濾，保證大分子精制質量。例如，可應用超濾技術從豬血中提純超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）。該方法的優勢為可有效去除大分子，有效濃縮SOD節省沉淀溶劑，提高SOD回收率。（4）在膜蒸餾中也可應用超濾技術。所謂膜蒸餾，指借助疏水箱微孔膜，將溫度不同的水溶液區分開。相比于傳統的分離方法，該方法具有操作溫度和壓力低、對膜性能要求低、高效等優勢。總之，借助超濾技術可有效改善制藥工藝。

2.6 ?應用于循環機后油分離器

循環機后油分離器的主要作用是去除氣體中的油水雜質，保護合成觸媒，降低能耗。將超濾技術應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。尤其是對于一些細小的油污分子，其分離效果更好。概括地說，在循環機后油分離器中，超濾技術的應用效益主要表現在可緩解油污對設備的腐蝕、可保證觸媒催化性能兩個方面。

3 ? ?結語

超濾技術是一種極為先進、高效的膜分離技術。它在化工生產中有著非常廣泛的應用，能有效推動我國化工產業的發展。但是，若想充分發揮出超濾技術的優勢，技術人員必須要結合化工生產實際，合理選擇超濾技術應用形式、途徑，并深入研究超濾膜材料，優化其分離性能，拓寬其應用范圍。只有這樣，才能深化超濾技術的應用，真正提升我國化工生產工藝水平。

[參考文獻]

[1]李 偉，孟影子.化工工藝過程中超濾技術的應用分析[J].化工設計通訊，2018，44（8）：57-58.

[2]丁 陶.化工工藝過程中的超濾技術應用分析[J].石化技術，2018，25（5）：46.