浅谈化工工艺过程中超滤技术的应用

邱忠航

摘 要：本文结合实际对超滤技术原理进行了研究，指出了超滤技术具有可常温、分离效率高等特点。然后，详细阐述了超滤技术在合成氨和氨分离改造、水处理、硝酸及硝铵合成、制药等工艺中的应用。

关键词：化工工艺过程;超滤技术;应用

1 超滤技术简述

超滤技术属于膜分离技术。主要原理是：借助一定的压力差及多孔膜拦截能力，进行不同颗粒大小的物质分离，从而实现溶液的纯化、浓缩、筛分。从本质上来说，超滤是筛孔分离过程。该技术具有以下特点：（1）超滤技术是在常温下进行的，非常适合药物、果汁等对热敏感的物质。（2）超滤过程不存在相变化，能耗低，不用加热、加化学药剂，非常节能环保。（3）分离效率非常高，尤其是能高效完成低浓度的浓缩。（4）主要以压力为动力，不需要设置过于复杂的分离装置，易操作、易控制。（5）超滤技术还具有设备回收率高、生产周期短、生产成本低、产品品质优良等特点。

2 化工工艺过程中超滤技术的应用

（1）应用于合成氨和氨分离改造。在合成氨和氨分离中应用超滤技术，既可以降低能耗，又可以提升产品产量，最重要的是，能提高分离效率。相比于其他生产工艺，其分离效率能提高到50%以上。首先，超滤技术在合成氨中的应用主要体现在：1）去除杂质。例如，去除空气中的油水尘。2）降低能耗。例如，在新鲜的气管路中，可设置两级超滤设备，提升分离效率，而不需要消耗过多的能源。尤其是可以改善冷交换器设备的积碳、油污堵塞问题。因为超滤技术的过滤效果极强，能去除各种杂质，减少杂质污染。所以，可有效保护合成塔，延长合成塔的使用周期。其次，在氨分离方面，超滤工艺也发挥出了显著的应用优势。氨分离是指将氨从气体中分离出来并进行处理，使其成为液态氨。在这一过程中，起到关键作用的是超滤膜，能够从气体中分离雾状液氮，避免较多的氨进入合成塔。这样就能降低塔的氨质量分数，并提升氨分离效率。另外，在实际应用中也有部分企业会以超滤膜为材料制作膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，MBR），借助反渗透膜进行氨分离。显然，应用超滤技术可以有效改善合成氨和氨分离的工艺水平，提升产品产量。例如，湖南某企业在应用超滤技术后，其合成塔进口氨质量分数降低了1.4%左右，且氨的年产量明显提升。

（2）应用于水处理。从超滤技术原理来看，超滤膜能够完成大小分子的筛分、净化溶液。将其应用到水处理中，可以过滤掉水中的大分子杂质，净化水资源，从而有效提升水的质量。可以说，超滤技术是目前最有效、最安全的净化技术。现如今，超滤水处理设备已经研发出来，其主要原理就是以压力为推力，利用膜分离功能将直径在0.002～0.100 μm的杂质筛选出来，进而有效去除水中的微生物、蛋白质、大分子等物质，而小分子物质则会透过膜。这样，大小分子就会被分离，水就会得到净化。而且，超滤技术的应用只需要常温状态，不用加热，所以不会消耗过多能量。这样既能提升水处理质量，又能节能降耗。另外，还可将超滤技术应用在海水脱盐处理、城市污水处理、工业废水处理等工作中。例如，在城市污水处理中，主要借助超滤膜去除污水中的氨氮，进而实现污水的二次利用。在工业废水处理中，主要借助超滤膜去除其中的懸浮颗粒、油污，实现工业废水的净化。由此可见，将超滤技术应用在水处理工艺中能有效保证水处理的质量，促进水处理工艺水平的提升。

（3）应用于硝酸及硝铵的合成。从实际来看，超滤技术在硝酸合成、硝铵合成中已经得到了一定的应用，且已落实到工业生产中。应用具体表现在以下几个方面：1）在硝酸合成阶段应用超滤技术时，应用超滤膜可以减少杂质对触铂网的腐蚀，延长触铂网的使用年限，减少其清洗次数，从而有效降低生产成本，保证生产效益。2）在硝铵合成作业中，应用超滤技术可以减少油污，保证产品品质。3）在硝铵合成中应用超滤工艺，可以高效率净化氨气，杜绝氨气泄露，保证生产的安全、稳定。总之，在硝酸合成、硝铵合成中应用超滤技术可以有效提升生产工艺水平，提高产品品质，有效促进化工企业生产效益的提升。

（4）应用于变换气过滤。一般来说，变换气主要指利用变换单元对反应合成气进行变换。变换气过滤就是指对经过变换单元的合成气进行过滤，以达到净化合成气的目的。例如，可去除变换气中的油水杂质。相比于其他过滤方式，应用超滤方式不仅可以保证过滤效果，还可以减少气体杂质对生产设备的腐蚀，延长生产设备使用寿命，降低生产成本。例如，在尿素生产中就可以应用这一方法。以二氧化碳汽提法尿素生产工艺为例，其工艺流程包括CO2压缩和脱氢、液氮升压、合成、汽提、循环、蒸发造粒、贮存、包装、解吸、水解等。在CO2压缩和脱氢环节中，设置超滤装置可有效去除CO2中的油污，改善压缩机油污情况，提高传热效率，降低生产能耗，保证生产产品质量。现如今，随着超滤技术的广泛应用，越来越多的企业将超滤技术应用到尿素合成中，且部分企业还对超滤技术的应用进行优化、改进。总之，借助超滤技术可有效改善尿素生产工艺。

（5）应用于制药。超滤技术的最小截留分子质量为500 Da，完全可以将其应用到制药中。从目前来看，随着超滤技术的成熟，它在蛋白质、核酸、抗生素、病毒等生产工艺中都得到了广泛应用。1）在除热源中应用超滤技术。一般来说，药液中有效成分的分子质量不超过1 000 Da。例如黄酮类、生物碱类等。超滤技术的最小截留分子质量为500 Da。所以，在制药制剂的除热源中完全可以应用超滤技术。例如，空军北京医药局就应用这一方法制备了生脉、复方丹参等中草药注射液。2）在小分子精制中也可应用超滤技术。以青霉素为例，该小分子物质属于热敏性物质，容易受到温度、处理时间等因素的影响。传统的过滤、萃取、浓缩、结晶等生产工艺具有能耗大、耗时长、产量低等缺点，尤其是可能预留蛋白质、核酸等大分子，影响药效，给人们的身体带来副作用。但是，应用超滤技术可以筛分大分子，并借助常温优势，减小温度对青霉素精制的影响。尤其是可以省去添加化学药剂的环节，简化生产工艺。3）在大分子精制中也可应用超滤技术。大分子类药物具有热不稳定性。

（6）应用于循环机后油分离器。循环机后油分离器的主要作用是去除气体中的油水杂质，保护合成触媒，降低能耗。将超滤技术应用在这一过程中可以有效提升油水筛分效果，延长触媒使用寿命。尤其是对于一些细小的油污分子，其分离效果更好。概括地说，在循环机后油分离器中，超滤技术的应用效益主要表现在可缓解油污对设备的腐蚀、可保证触媒催化性能两个方面。

3 结语

超滤技术是一种极为先进、高效的膜分离技术。它在化工生产中有着非常广泛的应用，能有效推动我国化工产业的发展。但是，若想充分发挥出超滤技术的优势，技术人员必须要结合化工生产实际，合理选择超滤技术应用形式、途径，并深入研究超滤膜材料，优化其分离性能，拓宽其应用范围。

参考文献：

[1]李伟，孟影子.化工工艺过程中超滤技术的应用分析[J].化工设计通讯，2018，44（08）：57-58.

[2]丁陶.化工工艺过程中的超滤技术应用分析[J].石化技术，2018，25（05）：46.