1、化工分离过程强化化工分离过程强化的若干新进展的若干新进展清华大学化工系清华大学化工系费维扬费维扬化工分离过程强化的若干新进展化工分离过程强化的若干新进展一、概述；一、概述； 二、二、过程强化成为研究工作的热点过程强化成为研究工作的热点; ;三、分离过程强化的若干新特点；三、分离过程强化的若干新特点；四、实例分析四、实例分析五、几点思考。五、几点思考。一、概况一、概况 v分离技术分离技术的的重要性重要性; ;v分离技术分离技术的的多样性；多样性；v分离技术分离技术的的复杂性；复杂性；v 广义的化学工业广义的化学工业(Chemical Based Industries)(Chemical Base
2、d Industries)在国民在国民经济中具有重要的作用；经济中具有重要的作用；v在我国国民经济总产值中约占在我国国民经济总产值中约占16.6%16.6%；在美国、德国均；在美国、德国均占国民经济第二位占国民经济第二位; ;v但化学工业往往存在高物耗、高能耗和高污染的问题；但化学工业往往存在高物耗、高能耗和高污染的问题；v化工分离过程通常占过程工业设备费和操作费的化工分离过程通常占过程工业设备费和操作费的40407070，对过程的技术经济指标和产品的成本具有重要的影，对过程的技术经济指标和产品的成本具有重要的影响。响。v随着节能减排要求的提高和水资源紧缺问题的日益突出，随着节能减排要求的提高
3、和水资源紧缺问题的日益突出，化工分离技术显得更为重要。化工分离技术显得更为重要。一、概况一、概况 v分离技术分离技术的的重要性重要性; ;v分离技术分离技术的的多样性；多样性；v分离技术分离技术的的复杂性；复杂性；分离技术分类分离技术分类a、生成新相进行分离生成新相进行分离 ; b、加入新相进行分、加入新相进行分;c、 用隔离物进行分离用隔离物进行分离; d、用固体试剂进行分离、用固体试剂进行分离 ;e、用外力场进行分离、用外力场进行分离; 一、概况一、概况 v分离技术分离技术的的重要性重要性; ;v分离技术分离技术的的多样性；多样性；v分离技术分离技术的的复杂性复杂性; ; Large Sc
4、ale Mixing (1)turbulence, mixing between channels, maldistribution.radial dispersionand also entrainment, backmixing.axial dispersionNear Interfaceseddies & large scale convectionfilm: no eddiesinterface 104mgasesiquidsl 105mturbulence decays near an interfacebubblesspraythin精馏的最新文献精馏的最新文献分离技术的最新专著分
5、离技术的最新专著vKirk-Othmer Separation Technology, 2 ed., 2008vSeparation Process Princeples, J.D.Seader, Wiley,1998vseparation Process technology, J.L.Humphrey, G. Keller II , McGraw Hill, 1997vEncyclopedia of Separation Technology, wiley, 1997vDistillation, Principles & Practice, Wiley, J.G.Stichlmair, J
6、.R.Fair, 1998vSolvent Extraction for 21 Century, ISEC99, 1999二二、 过程强化成为研究工作的热点过程强化成为研究工作的热点v我国在我国在2020世纪世纪6060年代也很重视过程强化；年代也很重视过程强化；v石油工业的崛起大大推动了催化剂、反应工程和精馏技术石油工业的崛起大大推动了催化剂、反应工程和精馏技术的发展；的发展；v核燃料后处理和湿法冶金的发展推动了溶剂萃取合离子交核燃料后处理和湿法冶金的发展推动了溶剂萃取合离子交换技术的发展等。换技术的发展等。v我国单位产值能源消耗量比世界先进水平的高得多；我国我国单位产值能源消耗量比世界先进
7、水平的高得多；我国自主开发的新过程数量较少，工业化周期较长；自主开发的新过程数量较少，工业化周期较长；v在国际市场上竞争能力较差。在实现可持续发展方面差距在国际市场上竞争能力较差。在实现可持续发展方面差距较大。较大。在能源和资源领域在能源和资源领域v1616大提出，大提出，20202020年我国年我国GDPGDP番两番，如何番两番，如何保证所需的能源供应？保证所需的能源供应？v按汇率计算，我国单位能耗产出的按汇率计算，我国单位能耗产出的GDPGDP是是日本的日本的1/71/7，美国的，美国的1/41/4，不到世界平均，不到世界平均水平的水平的1/21/2；v按购买力平价法计算，我国高能耗工业按
8、购买力平价法计算，我国高能耗工业的产品单位能耗与美国、日本的差距基的产品单位能耗与美国、日本的差距基本上在一倍以内；本上在一倍以内；v节能降耗十分重要！过程强化十分重要！节能降耗十分重要！过程强化十分重要！设备大型化的挑战设备大型化的挑战v10001000万吨常、减压：减压塔塔径万吨常、减压：减压塔塔径1313米；米；v100100万吨特大型乙烯：油洗塔塔径万吨特大型乙烯：油洗塔塔径1010米左米左右；右；v6060万吨：对二甲苯分离：塔径万吨：对二甲苯分离：塔径10.210.2米米; ;v液化气脱硫液化气脱硫: :高压、高通量；高压、高通量；v燃煤电厂烟道气脱硫：塔径燃煤电厂烟道气脱硫：塔径
9、12121616米；米；v燃煤电厂烟道气脱燃煤电厂烟道气脱CO2CO2：分离要求更高；：分离要求更高；特高分离要求的挑战特高分离要求的挑战v己烯己烯-1-1和丁烯和丁烯-1-1是生产高品质聚烯烃树脂的重要共聚是生产高品质聚烯烃树脂的重要共聚单体，与常用的聚烯烃树脂相比，拉伸强度、抗冲击单体，与常用的聚烯烃树脂相比，拉伸强度、抗冲击强度、抗撕裂性和经久耐用性能都明显提高。市场需强度、抗撕裂性和经久耐用性能都明显提高。市场需求增长迅速。求增长迅速。v在己烯在己烯-1-1生产新工艺中，己烯生产新工艺中，己烯-1-1与副产物己烯与副产物己烯-3-3等同等同分异构体沸点相近，精馏分离需分异构体沸点相近，
10、精馏分离需100100多个理论级，回多个理论级，回流比极大，投资占总投资的近一半，且能耗很高。流比极大，投资占总投资的近一半，且能耗很高。v在乙烯裂解装置的在乙烯裂解装置的C4C4馏分分离工艺中，丁烯馏分分离工艺中，丁烯-1-1与异丁与异丁烯的精馏法分离需烯的精馏法分离需350350理论级，回流比高，能耗极高。理论级，回流比高，能耗极高。v1818医用稳定轻同位素分离需理论级；医用稳定轻同位素分离需理论级； 在环境保护领域在环境保护领域v各种工业废水（如含有机物、含酸、含金各种工业废水（如含有机物、含酸、含金属离子、含放射性物质和其他有毒物质的属离子、含放射性物质和其他有毒物质的废水等）的回收
11、的处理；废水等）的回收的处理；v各种工业废气的回收的处理；温室气体各种工业废气的回收的处理；温室气体CO2CO2的捕集和分离；的捕集和分离；v回收有价物料或使物料再循环；回收有价物料或使物料再循环；v开发绿色工艺过程中将发挥重要的作用。开发绿色工艺过程中将发挥重要的作用。在生物和医药领域在生物和医药领域v利用分子设计研制特效的新分离剂；利用分子设计研制特效的新分离剂；v发酵液中各种有机酸的提取新工艺；发酵液中各种有机酸的提取新工艺；v中草药的提取和净化新工艺的开发；中草药的提取和净化新工艺的开发；vCOCO2 2超临界萃取选择性高并不污染产品；超临界萃取选择性高并不污染产品；v反微团、膜萃取、
12、电泳萃取、电色谱等反微团、膜萃取、电泳萃取、电色谱等耦合的分离技术的开发和应用；耦合的分离技术的开发和应用；新材料和其他领域新材料和其他领域v超高纯单一稀土的分离；超高纯单一稀土的分离；v纳米材料的制备等；纳米材料的制备等；v氧氧1818，碳，碳1515等稳定同位素的分离；等稳定同位素的分离；v光导纤维材料的生产；光导纤维材料的生产；v性能优异的布基球性能优异的布基球C C6060的分离；的分离；v微电子工业中的分离过程微电子工业中的分离过程; ;化工过程强化化工过程强化vThe term “Process Intensification” refers to technologies tha
13、t replace large, expensive, energy-intensive equipment or processes with ones that are smaller, less costly and more efficient, or that combine multiple operations into fewer devices (or a single apparatus).v过程强化是用更小的，更便宜的和更高效的设备和过程强化是用更小的，更便宜的和更高效的设备和工艺来代替庞大的，贵的和耗能的设备和工艺，或工艺来代替庞大的，贵的和耗能的设备和工艺，或用较少的
14、（或单个）设备来代替多个设备。用较少的（或单个）设备来代替多个设备。-Tsouris (ORNL) and Porcelli (JVP), Chemical Engineering Progress, 2003, 99(10), pp50化工过程强化化工过程强化v化工过程强化包括新装置和新工艺两方面：化工过程强化包括新装置和新工艺两方面：(1) 设备的强化：设备的强化：包括新型反应器、新型热交换器、高效填料、新型塔板等；(2) 过程的强化：过程的强化：如反应和分离的耦合（反应精馏、膜反应、反应萃取等）、分离过程的耦合（膜吸收、膜精馏、膜萃取等）、外场作用（离心场、超声等）及其他新技术（如超临界
15、流体等）。v化工过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标化工过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标，人们力图灵活应用化学工程的原理和方法，通人们力图灵活应用化学工程的原理和方法，通过技术创新，推动化工过程强化；过技术创新，推动化工过程强化；化工过程强化化工过程强化v19951995年以来，已举行过多次化工过程强化的国际年以来，已举行过多次化工过程强化的国际会议（每会议（每3 3年一次）；年一次）；vUEFUEF和和AIChEAIChE联合召开的联合召开的 Refocusing Chem. Eng. Refocusing Chem. Eng. 的研讨会上（的研讨会上（20012001， 意大利），化工
16、过程强化意大利），化工过程强化被列为当前化学工程优先发展的领域之一；被列为当前化学工程优先发展的领域之一；vUEFUEF和和AIChEAIChE于于20022002年年9 9月在英国爱丁堡举行过程月在英国爱丁堡举行过程发明和过程强化的专题研讨会。发明和过程强化的专题研讨会。 v20022002年成立了年成立了Process Intensification Process Intensification Network (PIN)Network (PIN)，约，约2 23 3个月开一次研讨会；个月开一次研讨会；v20032003年年4 4月月 US DOE US DOE 和和 AIChEAICh
17、E 召开了过程强化的召开了过程强化的主题研讨会主题研讨会三三、 分离过程强化的若干新特点分离过程强化的若干新特点v面对新的挑战，提出更高要求；面对新的挑战，提出更高要求；v过程强化受到极大的重视；过程强化受到极大的重视；v信息科学和先进实验技术相结合；信息科学和先进实验技术相结合；v耦合分离技术广泛应用；耦合分离技术广泛应用；v多尺度、多层次的研究；多尺度、多层次的研究；全球全球变暖变暖问题问题受到受到广泛广泛关注关注 News Feature : Nature 441, 802-805 (15 June 2006) The Tipping point of the iceberg197919
18、79年到年到20052005年北冰洋的冰川覆年北冰洋的冰川覆盖面积量减小了盖面积量减小了2020。The Tipping point of the iceberg气候变迁：冰山的警示气候变迁：冰山的警示 v几十年前就有人提出，一旦经过某个不为人知几十年前就有人提出，一旦经过某个不为人知的极限将会引起全球气候的剧烈变化。的极限将会引起全球气候的剧烈变化。v这种观点在几十年来经常表达成这种观点在几十年来经常表达成“非线性非线性”、“正反馈正反馈”、“滞后作用滞后作用”。现在，在。现在，在“转折转折点点”这个新名字的描述下，它的重要性得到了这个新名字的描述下，它的重要性得到了更广泛的关注。更广泛的关
19、注。v在在2004年，有年，有45篇新闻文章提到过和全球气候篇新闻文章提到过和全球气候变迁相关的变迁相关的“转折点转折点”关键词；今年的前五个关键词；今年的前五个月，就有月，就有234篇这样的文章发表。篇这样的文章发表。v“全球变暖会达到转折点全球变暖会达到转折点”，最近一期英国的，最近一期英国的报纸在首页上如此警告大家；报纸在首页上如此警告大家；“气候接近不可气候接近不可逆点逆点”。 工业化（工业化（1750年）以来，年）以来，大气中温室气体大气中温室气体明显增加明显增加。南极南极Law Dome冰芯资料显示的近冰芯资料显示的近1000年大气年大气CO2浓度浓度2005年年均大气年年均大气C
20、O2浓度已达到浓度已达到380ppm维护一个可持续发展的环境已成为世界各国共识维护一个可持续发展的环境已成为世界各国共识 对温室气体排放不采取措施对温室气体排放不采取措施到到2100年年 全球变暖（全球变暖（1.45.8）和海平面上升（）和海平面上升（0.110.77m）未来大气温未来大气温度变化预测度变化预测未来海平面未来海平面变化预测变化预测全球气候评估报告全球气候评估报告vIPCC分别在分别在1990年、年、1995年和年和2001年发表了年发表了3份份全球气候评估报告。在全球气候评估报告。在1990年的报告中，年的报告中，IPCC向向人类警示了气温升高的危险；在人类警示了气温升高的危险
21、；在1995年的第二份年的第二份报告中，报告中，IPCC认为，认为，“证据清楚地表明人类对全证据清楚地表明人类对全球气候的影响球气候的影响”；在；在2001年的第三份报告中，年的第三份报告中，IPCC表示，有表示，有“新的、更坚实的证据新的、更坚实的证据”表明人类表明人类活动与全球气候变暖有关，全球变暖活动与全球气候变暖有关，全球变暖“可能可能”由由人类活动导致。人类活动导致。“可能可能”表示表示66%的可能性。的可能性。v最新的第四份报告则指出，气候变暖已经是最新的第四份报告则指出，气候变暖已经是“毫毫无争议无争议”的事实，人为活动的事实，人为活动“很可能很可能”是导致气是导致气候变暖的主要
22、原因。候变暖的主要原因。“很可能很可能”表示表示90%以上的以上的可能性。可能性。v19971997年通过年通过京都议定书京都议定书，20052005年正式生效年正式生效v京都议定书（定量化减排）京都议定书（定量化减排）156156个国家和地区批准（美国除外）个国家和地区批准（美国除外） , ,根据共同而根据共同而有区别的原则，有区别的原则，20122012年前，主要工业发达国家的温年前，主要工业发达国家的温室气体排放量要在室气体排放量要在19901990年的基础上平均减少年的基础上平均减少5.25.2，其中欧盟将种温室气体的排放削减其中欧盟将种温室气体的排放削减8 8，美国削，美国削减减7
23、7，日本削减，日本削减6 6v控制控制COCO2 2排放成为解决全球变暖的关键排放成为解决全球变暖的关键中华人民共和中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要中提中提出要出要“控制温室气体排放取得成效控制温室气体排放取得成效”。国际应对温室气体排放的行动国际应对温室气体排放的行动人类面临的严重挑战人类面临的严重挑战l数量极大：数量极大：50万万KW 的燃煤电厂每年排放的燃煤电厂每年排放300万吨万吨CO2 ；l我国我国CO2年排放量占世界第二；年排放量占世界第二；l2005年我国火力发电为年我国火力发电为20180亿亿kwh，燃煤电厂排放，燃煤
24、电厂排放的的CO2约为约为18亿吨；亿吨；l浓度低，温度高，体系复杂，含浓度低，温度高，体系复杂，含 Nox、SOx and O2 等；等；l设备体积庞大，捕集和分离能耗极高；设备体积庞大，捕集和分离能耗极高；020406080GasCoalUS$/tCO2-avoidedCaptureTransmissionStorageCost of Capture and StorageSource: International Energy AgencyCost relative to use of same fuel in least cost plant without capture Relat
25、ive Cost of Post-Combustion CO2 Capture TechnologiesData is for a 500 MW PC power station, taken from Riemer, Audus and Smith , IEA Report Carbon Dioxide Capture from Power Stations, 20010102030405060708090With MEAAbsorptionWith MEAMembraneContactorWith GasSeparationMembraneWith PSACost of Capture (
26、US$/tonne CO avoided)500 MW500 MW燃煤电厂典型的燃煤电厂典型的CO2CO2吸收设备吸收设备Flue gas rate-2.8 kT/hrCO2 concentration-14 mol%Recovery-90%Solvent-20 wt% MEAAbsorber- Height: 7m, Dia.: 2 columns of 16m dia;Desorber Height: 12m, Dia.: 2 columns of 12.5m dia;整体催化剂和管式反应器整体催化剂和管式反应器三三、 分离过程强化的若干新特点分离过程强化的若干新特点v面对新的挑战，提出更
27、高要求；面对新的挑战，提出更高要求；v信息科学和先进实验技术相结合；信息科学和先进实验技术相结合；v耦合分离技术广泛应用；耦合分离技术广泛应用；v过程强化和安全；过程强化和安全；v多尺度、多层次的研究；多尺度、多层次的研究；信息科学和实验技术结合信息科学和实验技术结合vCAD的应用；的应用；vCFD和和DPIV等相结合；等相结合；v分子模拟发挥重要作用分子模拟发挥重要作用; 三三、 分离过程强化的若干新特点分离过程强化的若干新特点v面对新的挑战，提出更高要求；面对新的挑战，提出更高要求；v信息科学和先进实验技术相结合；信息科学和先进实验技术相结合；v耦合分离技术广泛应用；耦合分离技术广泛应用；
28、v过程强化和安全过程强化和安全v多尺度、多层次的研究；多尺度、多层次的研究；耦合分离技术广泛应用耦合分离技术广泛应用v催化精馏、膜精馏、吸附精馏等；催化精馏、膜精馏、吸附精馏等； v反应萃取、膜萃取、发酵萃取、电萃取等；反应萃取、膜萃取、发酵萃取、电萃取等；v用于化学吸收、吸附等新分离剂的开发；用于化学吸收、吸附等新分离剂的开发；v致力于化学和化工的结合；致力于创新；致力于化学和化工的结合；致力于创新；v应用实例：应用实例：MTBEMTBE（甲基叔丁基醚）过程采（甲基叔丁基醚）过程采用用催化精馏和先进的精馏塔、萃取塔内件催化精馏和先进的精馏塔、萃取塔内件后，处理能力从万吨年提高到万吨后，处理能
29、力从万吨年提高到万吨年；年；PI PI 的范例的范例设备的数目从设备的数目从 28 28 减少到减少到 3 3三三、 分离过程强化的若干新特点分离过程强化的若干新特点v面对新的挑战，提出更高要求；面对新的挑战，提出更高要求；v信息科学和先进实验技术相结合；信息科学和先进实验技术相结合；v耦合分离技术广泛应用；耦合分离技术广泛应用；v过程强化和安全过程强化和安全v多尺度、多层次的研究；多尺度、多层次的研究；过程强化和安全过程强化和安全v传统的过程工业需要许多庞大的原料、中间产品和传统的过程工业需要许多庞大的原料、中间产品和成品储罐。这不仅增加投资，而且发生事故时可能成品储罐。这不仅增加投资，而且
30、发生事故时可能造成灾难性后果。造成灾难性后果。v以印度以印度Bhopal所发生的中间产品甲基异氰酸盐所发生的中间产品甲基异氰酸盐（MIC）泄漏事故为例，泄漏的）泄漏事故为例，泄漏的41吨甲基异氰酸盐吨甲基异氰酸盐造成约造成约4000人死亡的惨剧。人死亡的惨剧。v利用先进的连续反应器，可以使产生的中间产品立利用先进的连续反应器，可以使产生的中间产品立即转化为最终产品，对于同样规模的装置，工艺过即转化为最终产品，对于同样规模的装置，工艺过程中程中MIC的总量可以从的总量可以从41吨减少到吨减少到10公斤。公斤。过程强化过程强化和可持续发展可持续发展v传统模式：原生矿物资源（如铁、铜、铝传统模式：原
31、生矿物资源（如铁、铜、铝矿石等）和化石资源（如煤、石油、天然矿石等）和化石资源（如煤、石油、天然气等）的开采，加工，产品消费到废物处气等）的开采，加工，产品消费到废物处理的单向运理的单向运v在欧美发达国家，化学工业是仅次于烟草在欧美发达国家，化学工业是仅次于烟草工业和核工业的名声最差的工业部门；工业和核工业的名声最差的工业部门；v过程强化：是解决过程工业带来的过程强化：是解决过程工业带来的“发展发展 污染污染”的矛盾和实现可持续发展的有的矛盾和实现可持续发展的有效手段；效手段；Bhopal, December 3, 1984Bhopal, December 3, 1984过程强化和安全过程强化
32、和安全v以印度以印度Bhopal所发生的中间产品甲基异氰酸所发生的中间产品甲基异氰酸盐（盐（MIC）泄漏事故为例，泄漏的）泄漏事故为例，泄漏的41吨甲基吨甲基异氰酸盐造成约异氰酸盐造成约4000人死亡的惨剧。人死亡的惨剧。v利用先进的连续反应器，可以使产生的中间利用先进的连续反应器，可以使产生的中间产品立即转化为最终产品，对于同样规模的产品立即转化为最终产品，对于同样规模的装置，工艺过程中装置，工艺过程中MIC的总量可以从的总量可以从41吨减吨减少到少到10公斤。公斤。三三、 分离过程强化的若干新特点分离过程强化的若干新特点v面对新的挑战，提出更高要求；面对新的挑战，提出更高要求；v信息科学和
33、先进实验技术相结合；信息科学和先进实验技术相结合；v耦合分离技术广泛应用；耦合分离技术广泛应用；v过程强化和安全过程强化和安全v多尺度、多层次的研究；多尺度、多层次的研究；生物芯片上的微尺度分离过程生物芯片上的微尺度分离过程Fortune1997.3.31.Microprocessors have reshaped our economy, spawned vast fortunes, and changed the way we live. Biochips could be even bigger 微处理器使我们的经济发生了根本改变、微处理器使我们的经济发生了根本改变、给人类带来了巨大的财
34、富、改变了我们的给人类带来了巨大的财富、改变了我们的生活方式。然而，生物芯片给人类带来的生活方式。然而，生物芯片给人类带来的影响可能会更大影响可能会更大 分离过程示意图分离过程示意图（a a）注入标记有抗体的磁珠）注入标记有抗体的磁珠（b b）将磁珠固定（）将磁珠固定（c c）注入样品（）注入样品（d d）靶抗原和磁）靶抗原和磁珠表面的抗体反应（珠表面的抗体反应（e e）释放检测）释放检测. 利用纳米磁珠从全血中制备利用纳米磁珠从全血中制备PCR模板模板流程流程谢欣，陈德朴，费维扬等，基于多功能纳米磁珠的DNA制备与基因分型，科学通报，2004,49(6),541.（PCR 聚合酶链式反应 P
35、olymerase Chain Reaction）实验方法特点：实验方法特点：方法不用离心，不用有毒试剂，加热整个过程简单，快速方便实现自动化，微型化提取装置样品样品结果结果芯片实验室芯片实验室医学检验室四、实例分析四、实例分析v我国近年来从国外引进一批大型石化成套技术和我国近年来从国外引进一批大型石化成套技术和装置，如合成氨、乙烯、重整、芳烃抽提和己内装置，如合成氨、乙烯、重整、芳烃抽提和己内酰胺等，对加速我国化工产业现代化的步伐发挥酰胺等，对加速我国化工产业现代化的步伐发挥了重要作用了重要作用;v我国重复引进的问题十分严重。我国引进和消化、我国重复引进的问题十分严重。我国引进和消化、吸收引
36、进技术资金之比为吸收引进技术资金之比为1:0.07,而日、韩为而日、韩为1:51:5；v随着技术进步和时间的推移，很多引进装置的技随着技术进步和时间的推移，很多引进装置的技术经济指标与国外先进水平相比，已有差距，急术经济指标与国外先进水平相比，已有差距，急待进行改造。待进行改造。NRDCNRDC的研制及其在引进的研制及其在引进RDCRDC塔消化、塔消化、吸收和再创新中的应用吸收和再创新中的应用v中石化巴陵分公司引进荷兰中石化巴陵分公司引进荷兰DSMDSM公司的公司的己内酰胺生产装置设计能力为年产己己内酰胺生产装置设计能力为年产己内酰胺内酰胺5 5万吨。其中粗己内酰胺经转盘万吨。其中粗己内酰胺经
37、转盘萃取塔萃取塔C7302C7302进行提纯。进行提纯。v该塔在生产能力提高到该塔在生产能力提高到6 6万吨万吨/ /年己内年己内酰胺时，质量、消耗均不合格；酰胺时，质量、消耗均不合格；v工厂急需将转盘萃取塔的生产能力提高工厂急需将转盘萃取塔的生产能力提高到到7 7万吨万吨/ /年己内酰胺；年己内酰胺；v该该RDC塔成为瓶径之一塔成为瓶径之一, 急待改造；急待改造；项目简介项目简介RDC的特点的特点转盘萃取塔（转盘萃取塔（RDC）是一种高效萃取）是一种高效萃取设备设备,其特点为：其特点为：v处理能力大，易维修；处理能力大，易维修；v调节性能较好，易操作；调节性能较好，易操作；v在石油化工、精细
38、化工等领域（如在石油化工、精细化工等领域（如润滑油糠醛精制、香兰素萃取等）润滑油糠醛精制、香兰素萃取等）得到了广泛的应用；得到了广泛的应用；v影响因素复杂，设计放大困难。大影响因素复杂，设计放大困难。大直径塔的传质效率往往急剧下降；直径塔的传质效率往往急剧下降；项目简介项目简介技术改造的难点技术改造的难点v外商不提供有关技术资料；外商不提供有关技术资料；v是国内分离要求最高的是国内分离要求最高的RDCRDC；v必需利用原有设备革新挖潜；必需利用原有设备革新挖潜；v技术改造时间紧，要求高；技术改造时间紧，要求高；v国内此类萃取塔改造的经验；国内此类萃取塔改造的经验；v无备用设备，必需万无一失；无
39、备用设备，必需万无一失；v塔内流体力学和传质现象比较塔内流体力学和传质现象比较复杂；复杂；NRDCNRDC研究研究-LDV-LDV和和CFDCFD相结合相结合CFD 模拟模拟NRDCNRDC研究研究-LDV-LDV和和CFDCFD相结合相结合速度场实验测量与速度场实验测量与CFD模拟结果比较模拟结果比较 00.511.522.538090100110120130140150Ru( m/ sec )ExperimentalSimulated(a) -0.04-0.03-0.02-0.0100.010.0204080120160R( mm )w( m/sec )ExperimentalSimula
40、ted(b ) -0.03-0.02-0.0100.010.020.0304080120160R( mm )v( m/sec )ExperimentalSimulated( c )RDCRDC和和NRDCNRDC结构的比较结构的比较NRDCNRDC性能性能NRDCNRDC性能性能改造方案和效果改造方案和效果v改造的目：使改造的目：使C7302C7302塔在负荷提高到塔在负荷提高到7 7万吨万吨/ /年后，年后，塔底己内酰胺含量塔底己内酰胺含量 0.5%0.5%。v改造方案：采用改造方案：采用NRDCNRDC，即原塔塔体和工艺条件不，即原塔塔体和工艺条件不变，每隔一个固定环增加一块转动筛孔挡板；
41、筛变，每隔一个固定环增加一块转动筛孔挡板；筛板的开孔率板的开孔率40%40%，孔径为，孔径为25mm25mm；v改造效果：改造效果：C7302C7302塔在负荷可提高到塔在负荷可提高到140140160%160%；塔底己内酰胺含量降低到塔底己内酰胺含量降低到0.20.20.3%0.3%；操作稳定，；操作稳定，操作弹性大；操作弹性大；v8 8年以来，累计增收节支总额达年以来，累计增收节支总额达51845184万元，累计万元，累计新增利税新增利税1.7141.714亿元。总经济效益亿元。总经济效益2.23242.2324亿元。亿元。改造取得了良好的经济和社会效益。改造取得了良好的经济和社会效益。经
42、济效益和社会效益经济效益和社会效益新建新建NRDC的效果的效果v巴陵分公司在巴陵分公司在0404年新建一套年新建一套7 7万万t/at/a己内酰胺萃取己内酰胺萃取装置中采用了装置中采用了NRDCNRDC，要求装置最大操作能力达，要求装置最大操作能力达1010万万t/at/a己内酰胺生产能力己内酰胺生产能力v塔负荷可达塔负荷可达1010万万1111万吨万吨/ /年，年，操作稳定操作稳定；v己内酰胺收率和质量达到设计要求；己内酰胺收率和质量达到设计要求；v2 2年多以来，累计新增产量年多以来，累计新增产量22.122.1万吨，累计新增万吨，累计新增利税利税2.4312.431亿元。取得了良好的经济
43、和社会效益。亿元。取得了良好的经济和社会效益。项目生产能力/kt/a塔径/m塔高/m塔底己内酰胺含量/%wt本项目NRDC（改造）本项目NRDC（新建）v荷兰荷兰DSMDSM公司试图开发高效萃取塔，但至今尚无成果；公司试图开发高效萃取塔，但至今尚无成果；v鉴定会专家意见：此项成果达到了国际领先水平。鉴定会专家意见：此项成果达到了国际领先水平。荷兰荷兰DSMDSM公司公司RDCRDC与本发明与本发明NRDCNRDC性能比较性能比较五、几点思考五、几点思考v国内外关注的一些问题；国内外关注的一些问题； v博采众长，加强我国过程强化的博采众长，加强我国过程强化的研究和推广应用；研究和推广应用；国内外
44、关注的一些问题国内外关注的一些问题v许多公司受股市价格的驱动，仅对短期的商业目许多公司受股市价格的驱动，仅对短期的商业目标感兴趣。它们主要依赖兼并、重组和转产高附标感兴趣。它们主要依赖兼并、重组和转产高附加值的产品来增加利润。采用基于贸易而不是基加值的产品来增加利润。采用基于贸易而不是基于研究、开发的发展策略。于研究、开发的发展策略。v许多化工公司的研究和开发工作主要集中在开发许多化工公司的研究和开发工作主要集中在开发新产品，而对开发新型设备和过程等化学工程问新产品，而对开发新型设备和过程等化学工程问题兴趣不大，也不愿冒风险进行开创性的实验。题兴趣不大，也不愿冒风险进行开创性的实验。v许多大学
45、的化工系面临研究经费短缺和编制被压许多大学的化工系面临研究经费短缺和编制被压缩的困境。教授们只能选择一些小型的、低风险缩的困境。教授们只能选择一些小型的、低风险的研究项目。这虽能多发表论文，但难以为过程的研究项目。这虽能多发表论文，但难以为过程强化做出大的贡献。强化做出大的贡献。v贯彻以人为本、全面、协调、可持续的科学贯彻以人为本、全面、协调、可持续的科学发展观急需加强分离过程强化的研究和应用；发展观急需加强分离过程强化的研究和应用；v建设资源节约型和环境友好型经济急需分离建设资源节约型和环境友好型经济急需分离过程强化的研究和应用；过程强化的研究和应用；v化学工程学科发展和我国经济和社会发展都化学工程学科发展和我国经济和社会发展都急需加强分离过程强化的研究和应用；急需加强分离过程强化的研究和应用；v化学工程理论、计算技术和测试技术的发展化学工程理论、计算技术和测试技术的发展为过程强化的研究和应用提供了有力的工具；为过程强化的研究和应用提供了有力的工具；v人人皆可参与，可在不同层次上进行创新；人人皆可参与，可在不同层次上进行创新；谢谢各位！谢谢各位！欢迎批评指正！欢迎批评指正！
