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行業(yè)專家聚焦“熔融結晶”，共同探討低碳技術
云講座回顧
低碳超純分離技術——熔融結晶
本次講座由上海東庚化工技術有限公司、上海新材料協(xié)會、中國化工企業(yè)管理協(xié)會聯(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——上海東庚化工技術有限公司總經(jīng)理康小玲，就“熔融結晶”這項綠色低碳超純技術進行了詳細的介紹，并與大家一同探討了此項技術在生產(chǎn)應用中的實際問題。下面是本次講座的視頻回放與精選內(nèi)容。
PART01技術背景
2019年我國就已經(jīng)是化工產(chǎn)品生產(chǎn)和消費最大的國家，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)型對全國實現(xiàn)碳中和目標至關重要，也對化工價值鏈低碳轉(zhuǎn)型意義重大。
在化工過程能源消耗結構中，分離占據(jù)80%，尤其是在電子化學品及新材料領域的高純化學品的分離面臨著能耗高、技術難度大的瓶頸。針對當下普遍存在的問題，有沒有可以廣泛應用和推廣的解決方案呢？在化工行業(yè)碳中和時代背景下，綠色低碳分離技術——熔融結晶，就是一個很好的技術選擇。熔融結晶或熔融結晶耦合技術解決方案可以實現(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)整等價值，今后會受到更廣泛的關注。
PART02技術概況
熔融結晶的技術原理：
熔融結晶的技術原理從相平衡、傳質(zhì)速率、分離性三個方面進行介紹，對比精餾和熔融結晶的分離，我們總結了每個方面在產(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，在實際生產(chǎn)過程當中，結晶的公用工程、工藝條件要求、操作要求更低，過程穩(wěn)態(tài)控制。
熔融結晶技術的關鍵知識要點：
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熔融結晶分離是根據(jù)混合物物質(zhì)組分之間熔點不同，逐步降低液態(tài)混合物溫度，使待分離組分物質(zhì)達到相平衡冰點和過飽和狀態(tài)，從混合物中逐步析出結晶，并通過重熔純化來實現(xiàn)產(chǎn)品的分離。
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相圖：我們根據(jù)結晶物系和分離的難易程度劃分有機物系，總結了六種常見的有機二元體系相圖。發(fā)現(xiàn)80%以上的有機物適合用熔融結晶進行分離，而在經(jīng)典體系中，低共熔體系下，50%以上的有機物混合物可以通過熔融結晶得到純物質(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，它是決定結晶產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關鍵因素。
傳質(zhì)的穩(wěn)態(tài)控制：它是流體相變過程中的結晶質(zhì)量和產(chǎn)能的穩(wěn)定保證，既和傳熱穩(wěn)態(tài)控制有關，也和液相部分的流動狀態(tài)有關。在實際生產(chǎn)過程中，主要靠關鍵設備來支撐和保證。
層式熔融結晶的過程原理：
第一階段：結晶。液態(tài)混合物原料在降膜或靜態(tài)結晶設備中通過冷媒和結晶壁傳熱，逐步冷卻降溫，晶層緩慢生長，達到預期設定厚度后進行排液。
這樣，一次完整的結晶過程就完成了。
降膜結晶器采用并行放大的熱媒和物料雙系統(tǒng)設計，實現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱的高效性和穩(wěn)態(tài)控制，達到低碳運行的目標。降膜結晶器的優(yōu)勢是：
處理能力大，產(chǎn)能可達十萬噸/年 -
生產(chǎn)效率高，通常結晶一次只需要幾十分鐘。一個完整的結晶過程只需要在兩個小時內(nèi)完成。
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操作彈性寬，相比精餾，操作彈性可達20%~110%。
作為降膜結晶器的補充，雖然靜態(tài)結晶器的生產(chǎn)效率比較低，但在復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)結晶器和降膜結晶器可以進行優(yōu)勢互補。
對于整個熔融結晶工藝系統(tǒng)，東庚建立了一套完整的技術創(chuàng)新體系，涵蓋了從工藝設計、關鍵設備、可持續(xù)創(chuàng)新研發(fā)、技術應用和客戶服務的全流程完整體系。尤其是在技術應用體系中，我們建立廣泛的產(chǎn)品應用數(shù)據(jù)庫，積累了豐富的應用經(jīng)驗，幫助客戶快速地優(yōu)化工藝流程。在客戶服務體系中，我們建立了小試、中試到工業(yè)化流程的一體化服務，可以幫助客戶進行結晶可行性的快速驗證。同時，應用數(shù)據(jù)庫和模塊化中試裝置，讓客戶提前直觀地體驗開車服務。
PART03應用案例
1萬噸/年-熔融結晶項目應用案例
該項目產(chǎn)品具有高沸熱敏特點，是屬于經(jīng)典的低共熔相平衡體系。產(chǎn)品進料濃度中等偏高，與共晶點的濃度差和溫差較大，結晶的推動力高。
物料是從反應工段直接進結晶，對比原料及產(chǎn)品指標，結晶純度從初始進料的87%提升到99%以上的目標純度。因為物料含復雜組分和聚合物，所以通過三到四級結晶完成，收率在95%左右，而直接用精餾收率只有60%。
在進行結晶工藝對比發(fā)現(xiàn)，結晶的能耗比精餾節(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晶技術進行分離。
PART04行業(yè)應用與賦能
熔融結晶這種低碳綠色關鍵技術在行業(yè)中有著極為廣泛的應用前景，涵蓋了電子化學品、石油化學品、生物化學品，精細化學品、新材料領域。
在如此廣泛的行業(yè)應用中，當您的企業(yè)產(chǎn)品分離遇到以下困難和問題時：
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進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值很低有機物
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同分異構體
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形成共沸物
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高沸點，熱不穩(wěn)定降解，熔點在-20°C~220°C之間
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分離時高溫聚合
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組分復雜熱敏生物合成化學品
遇到以上復雜問題，熔融結晶將為您賦能，實現(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，為客戶保駕護航。