NaA分子篩膜用于醫(yī)藥企業(yè)乙醇脫水精制回收

王志龍 羅超 吳巍 盛春光

摘 要：采用高分離性能NaA分子篩膜對醫(yī)藥企業(yè)對回收乙醇1及回收乙醇2進行脫水精制回收，并對其滲透汽化性能進行測試，在操作溫度為85℃、真空度為300～500Pa的條件下，對乙醇含量為90wt.%的乙醇/水體系進行分離，隨著時間的進行滲透通量平均在1.1kg·m-2·h-1，滲透液中平均水含量99.6wt.%。運行結(jié)果表明，該兩種原料通過NaA分子篩膜進行乙醇精制回收可行且效果較好。通過運用該膜工藝醫(yī)藥企業(yè)建立10000t/a乙醇脫水制備精制回收乙醇，運行以來將含水量10%的回收乙醇1和回收乙醇2脫水至含水量在0.5%以下，連續(xù)運行穩(wěn)定分離結(jié)果較好，節(jié)能減少成本效果顯著。

關(guān)鍵詞：NaA分子篩膜;乙醇脫水;滲透汽化

Abstract：high performance NaA zeolite membrane was prepared by hydrothermal synthesis method， and its pervaporation performance was tested. Under the condition of operating temperature of 75℃ and vacuum degree of 300-500 Pa， the ethanol/water system with ethanol content of 95 wt.% was separated. The permeation flux was more than 2.0 kg·m-2·h-1 and the separation coefficient was more than 9000. The characterization and test results show that the prepared NaA zeolite membrane has high crystallinity， continuous density and high repeatability. The crude ethanol with water content of 10% has been dehydrated to less than 0.05% since its operation in the 50000 t/a ethanol dehydration enterprise. The continuous operation and stable separation results are good.

Keywords：NAA molecular sieve membrane;ethanol dehydration;pervaporation

0 前言

無水乙醇是一種重要的基本化工原料和溶劑，有著廣泛的用途，在油漆、染料、制藥、化妝品、橡膠、電子工業(yè)等領(lǐng)域應用廣泛。乙醇在使用過程中與水易形成共沸體系，導致乙醇的回收利用較為困難，傳統(tǒng)的共沸精餾脫水技術(shù)會引入新的雜質(zhì)，且過程能耗大，環(huán)境污染嚴重，亟待需要節(jié)能、高效的乙醇脫水工藝。

分子篩膜是一種新型無機膜，它具有耐高溫、抗化學與生物侵蝕、通量大、分離選擇性高等優(yōu)點，在許多滲透汽化/蒸汽滲透過程中展示出優(yōu)異的應用前景。滲透汽化是在混合物（液態(tài)或氣態(tài)）中某組分蒸氣壓差推動下，利用組分通過膜的吸附（溶解）與擴散速率的不同來實現(xiàn)分離的過程。NaA分子篩膜技術(shù)作為一種新型的膜分離技術(shù)，具有一次分離度高、操作簡單、無污染、低能 耗的特點，解決乙醇提純過程的高能耗問題。在NaA分子篩膜脫水過程中，含水混合有機溶劑經(jīng)預熱后進入膜組件進料側(cè)，而滲透側(cè)采用抽真空方式維持一個低壓環(huán)境（絕壓2000 Pa以內(nèi)）。在進料側(cè)，水分子優(yōu)先吸附于膜表面，在膜兩側(cè)水蒸氣分壓差推動下透過膜，并在膜滲透側(cè)汽化為水蒸氣。經(jīng)分離操作后，膜進料側(cè)出口得到無水的有機溶劑產(chǎn)品，而滲透側(cè)組分經(jīng)冷凝后去廢水處理。

1 實驗部分

1.1 原料預處理

醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)過程中有兩種回收乙醇，為回收乙醇1和回收乙醇1。其中兩種乙醇pH、電導分別為一號釜pH：3.3電導：64，消旋回收pH：8.75電導：116。而適合NaA分子篩膜穩(wěn)定運行的有機溶劑pH值范圍在6.5～ 9.0，溶液中電導率≦5。通過調(diào)節(jié)pH值、蒸餾對兩種回收乙醇原料進行預處理，處理后原料pH值分別為為6.88和7.86、電導率分別為3.13和3.45，含水量在10% wt%，符合NaA分子篩膜脫水對原料的要求。

1.2 建立實驗流程

采用高性能工業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)的高性能NaA分子篩膜對預處理后后的乙醇原料進行滲透汽化脫水;實驗裝置如圖1所示，將NaA分子篩膜密封與不銹鋼膜組件內(nèi)，膜組件進出口為不銹鋼管線。將含水量10%wt%原料通過加液口加入到原料罐中，在循環(huán)泵的輸送下經(jīng)過加熱器將物料溫度控制在85℃，滲透側(cè)真空度保持在300～500Pa，透過膜產(chǎn)生的滲透液經(jīng)過冷凝器收集在滲透液罐。

1.3 NaA分子篩膜滲透汽化性能檢測

采用通量和滲透液含水量來評價膜的滲透性能。其中滲透通量是指單位時間、單位膜面積滲透組分透過膜的質(zhì)量，用J來表示，單位為kg·m-2·h-1。利用圖1實驗裝置，操作溫度為85℃、采用含水量10wt%的乙醇/水體系對膜滲透性能進行測試。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 NaA分子篩膜用于乙醇滲透汽化脫水

圖2為NaA分子篩膜對一號釜和消旋回收兩種原料脫水過程中，滲透側(cè)水含量、及通量隨時間的變化情況，結(jié)果表明，隨著實驗的進行，原料水含量降低，滲透通量和滲透液含水量不斷下降，但膜保持了較高的分離性能。通量下降是因為隨著原料中水含量的逐步降低，水分子從溶液中遷移到膜表面的阻力增強，經(jīng)過8h的運行，兩種原料中水含量降至0.05wt%和0.04wt%，平均通量為1.1kg·m-2·h-1，滲透液中平均水含量99.6wt%。

2.2 不同批次原料NaA分子篩膜的性能

為驗證回收乙醇1和回收乙醇2兩種乙醇原料在NaA分子篩膜在乙醇原料脫水膜性能，采用多批次乙醇原料進行實驗。在操作溫度85℃條件下，每種含水量約為10% wt%的原料乙醇對膜實驗后的滲透性能進行表征。

上述結(jié)果顯示不同批次的乙醇原料在NaA分子篩膜中都運行都表現(xiàn)出較好的分離效果和通量。

3 示范工程裝置

3.1 運行工藝流程及運行情況

醫(yī)藥企業(yè)建立10000t/a NaA分子篩膜乙醇脫水精制回收設(shè)備用于乙醇回收。圖3為NaA分子篩膜乙醇脫水精制回收工藝流程，采用該設(shè)備及工藝成功的將含水量10%的回收乙醇脫水至含水量在0.05%以下。滲透側(cè)水含量隨著操作條件的變化在98%左右，滿足企業(yè)生產(chǎn)要求。運行以來NaA分子篩膜分離性能穩(wěn)定，設(shè)計參數(shù)與實際運行參數(shù)相符，滲透汽化分離結(jié)果如圖4所示。

3.2 運行成本對比

對該藥企NaA分子篩膜乙醇脫水精制回收技術(shù)與傳統(tǒng)的共沸精餾法運行能耗進行比較，NaA分子篩膜乙醇脫水精制回收技術(shù)節(jié)約成本約46%，年節(jié)約蒸汽19000t，年減少用電130000度，年減少循環(huán)水用水20000t，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟和社會效益。生產(chǎn)1t99.5wt%產(chǎn)品設(shè)備運行成本對比情況如表2。

4 結(jié)論

NaA分子篩膜具有優(yōu)異的乙醇/水系滲透脫水性能。在醫(yī)藥企業(yè)乙醇脫水精制回收應用表明：將原料液含水量在10wt%，成功脫水至0.05wt%以下。在實驗和生產(chǎn)過程中均表現(xiàn)出良好的滲透汽化運行穩(wěn)定性，為在NaA分子篩膜在其他有機溶劑脫水應用提供了可靠依據(jù)。隨著NaA分子篩膜的發(fā)展，NaA分子篩膜在醫(yī)藥企業(yè)乙醇脫水精制回收技術(shù)將大大地提高醫(yī)藥企業(yè)乙醇的回收再利用，提高生產(chǎn)效率及降低生產(chǎn)成本。

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