En los últimos años, el fondo de doble carbono ha dado lugar a la demanda de verde, de bajo carbono y el desarrollo orientado al ahorro de energía en todos los ámbitos de la vida, y la industria química, como uno de los principales emisores de emisiones de carbono, necesita urgentemente hacer ajustes y mejoras en todos los aspectos desde la perspectiva del desarrollo con bajas emisiones de carbono. Proceso de producción química existe en el alto consumo de energía y el consumo de energía, productos químicos de alta pureza para obtener difícil, baja tasa de utilización de los recursos después de los residuos de productos y otros problemas multifacéticos, y la separación y purificación en el proceso químico de consumo de energía representaron alrededor de 80%, a través de medios técnicos para reducir la separación química de consumo de energía es reducir la producción química de medios eficaces para reducir el consumo total de energía, al mismo tiempo, la tecnología avanzada de separación química para obtener productos químicos de alta pureza es también la aplicación aguas abajo de la química de bajo carbono y ahorro de energía factores clave. La principal forma de mejorar la tecnología de separación química de bajas emisiones de carbono y ahorro de energía es ajustar la ruta técnica, y la segunda es adoptar el modo de economía circular, y el acoplamiento de múltiples etapas del proceso de producción de productos y el modo de acoplamiento térmico de la utilización del consumo de energía serán las principales medidas y direcciones para la mejora y el desarrollo de la actual tecnología de separación química.
En toda la producción química, la separación química a lo largo de todo el proceso de producción, la adquisición de materias primas de alta pureza es la clave para la reducción de subproductos en el proceso de producción, los productos químicos intermedios de alta pureza pueden reducir aún más la producción química de tres emisiones de residuos, la pureza del producto final es la encarnación de la competitividad en el mercado de las empresas químicas. La tecnología de destilación y cristalización es la principal tecnología de separación química, la tecnología de destilación puede obtener productos químicos de grado industrial general, pero para obtener productos químicos de pureza ultra alta es enorme el consumo de energía, mientras que tecnología de cristalización por fusión puede obtener fácilmente sustancias químicas de gran pureza a partir de sustancias químicas de calidad industrial. Por lo tanto, el acoplamiento de las dos tecnologías de cristalización por fusión y destilación, y el uso mutuo de sus respectivas energías, para conseguir en última instancia sustancias químicas de gran pureza con un bajo consumo energético se ha convertido en una realidad.
Destilación
Tecnología de destilación es una tecnología de separación y purificación de uso común que separa los componentes de una mezcla aprovechando las diferencias en los puntos de ebullición de las sustancias. Con sus ventajas de mayor pureza del producto, amplia aplicabilidad y sostenibilidad, se utiliza ampliamente en las industrias química, petrolera, farmacéutica y alimentaria. Sin embargo, al intentar obtener productos químicos de pureza ultraelevada también se plantean retos como el elevado consumo de energía, la complejidad y el coste de los procesos y las operaciones.
El proceso de destilación se divide en dos etapas principales: vaporización y condensación. En primer lugar, la mezcla líquida se calienta hasta el punto de ebullición, donde los componentes de menor ebullición se vaporizan primero, y después el vapor se enfría y se condensa a líquido en un condensador para separar los componentes. Las técnicas de destilación suelen requerir un gran aporte de calor y frío, por lo que tienen un elevado consumo energético. Su consumo energético depende principalmente de los siguientes factores:
Calentamiento: Se consume una gran cantidad de energía térmica para calentar la mezcla hasta la temperatura de vaporización.
Refrigeración: la condensación de los vapores requiere una cierta cantidad de energía de refrigeración.
Además, si se quieren obtener productos químicos de gran pureza, se requieren elevadas relaciones de reflujo de destilación, lo que a su vez aumenta exponencialmente el consumo de energía.
Cristalización de la masa fundida
La cristalización por fusión es una nueva tecnología de baja emisión de carbono en la cristalización industrial, que tiene un papel insustituible en la obtención de la purificación de productos de alta pureza y romper el cuello de botella de la separación por destilación. Según las estadísticas, más de 80% del sistema orgánico mixto es un sistema de baja eutéctica, teóricamente una cristalización por fusión se puede obtener 100% pureza del producto y sus impurezas de la mezcla eutéctica, y la tecnología de destilación es teóricamente imposible obtener la sustancia pura en comparación con la cristalización por fusión en la separación de productos químicos de alta pureza tienen una ventaja natural. En los últimos años, la tecnología de cristalización por fusión ha sido ampliamente utilizada y desarrollada en muchos campos, y el proceso común de cristalización por fusión incluye principalmente la purificación de sustancias orgánicas y la preparación de API. Cristalización de masa fundida es principalmente a través de la utilización de sustancias en el proceso de cristalización se pueden obtener sustancias puras y bajas características de mezcla eutéctica, a través de la cristalización de un productos de alta pureza.
Según el método de precipitación de la cristalización por fusión y el tipo de dispositivo de cristalización, la cristalización por fusión se divide principalmente en cristalización por capas y cristalización por suspensión. La cristalización en capas es el proceso de cristalización en la superficie de enfriamiento, por lo general un proceso intermitente, dividido en diferentes etapas, una cierta carga de material en el cristalizador, a su vez, a través de la cristalización, descarga de licor madre, sudoración (parcialmente fundido), fusión (totalmente fundido), descarga de producto purificado. La cristalización en suspensión, por otro lado, generalmente implica la cristalización rápida de partículas de cristal a partir de la masa fundida en un recipiente con agitación, con las partículas suspendidas en la masa fundida, normalmente con un equipo adicional de separación sólido-líquido.
En comparación con otros métodos de separación, la cristalización por fusión presenta las siguientes ventajas:
1. Alta pureza del producto: el sistema de material convencional debido a la diferencia de punto de ebullición es pequeño, la destilación es difícil de obtener productos de alta pureza, por lo general la cristalización por fusión puede obtener productos de alta pureza (99,9%), e incluso puede obtener productos de ultra alta pureza (99,99%, 99,999%);
2. Condiciones de funcionamiento suaves: La cristalización por fusión se realiza en el punto de fusión del producto, que suele ser mucho más bajo que el punto de ebullición, por lo que la temperatura de funcionamiento es baja. Al mismo tiempo, debido a las condiciones de funcionamiento suaves, no hay requisitos especiales para los equipos, sino que también reduce el coste de fabricación de los equipos, especialmente para ciertos productos químicos sensibles al calor, la cristalización por fusión tiene una ventaja inherente.
3. Amplia gama de productos: además del sistema de material ordinario, para muchos sistemas difíciles de separar, como los sistemas isoméricos, los sistemas termosensibles pueden lograr buenos resultados de separación;
4. Ahorro de energía y protección del medio ambiente: por lo general, el calor de fusión de las sustancias es mucho menor que el calor de vaporización, y el proceso de destilación tiene una alta relación de reflujo y pérdida de calor, por lo que la operación es mucho menor que el consumo de energía de destilación convencional, y al mismo tiempo debido a la falta de introducción adicional de otros disolventes, no sólo para ahorrar energía, sino también para reducir la contaminación del medio ambiente.
Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de cristalización por fusión también se ha mejorado y desarrollado continuamente. La tecnología moderna de cristalización por fusión combina tecnologías avanzadas de control y detección para lograr un control más preciso de la temperatura y la supervisión del proceso de cristalización. Además, los investigadores están explorando formas de mejorar los equipos de cristalización, optimizar los parámetros del proceso y desarrollar nuevos tipos de cristalizadores para aumentar la eficacia y la economía de la cristalización por fusión.
Destilación - cristalización Mejora de la tecnología de procesos térmicamente acoplados
Con el desarrollo económico y social, la pureza de los productos químicos en diversos campos plantean mayores exigencias, la demanda de productos químicos de alta pureza, ultra-pura está aumentando día a día. El uso de la tecnología de destilación de productos químicos de alta pureza hay una alta relación de reflujo, alto consumo de energía, en última instancia conduce a altos costos, en el proceso de destilación de la eliminación de impurezas traza es más difícil, la pureza de cada nivel de destilación relación de reflujo tiene que ser el doble o incluso múltiplos, lo que conduce a un fuerte aumento en el consumo de energía. La operación de destilación se realiza generalmente en la operación de anexo de punto de ebullición del material, incluso si el uso de la tecnología de vacío para reducir la temperatura de funcionamiento, su condensación también debe ser mayor que el punto de fusión del producto, de lo contrario habrá debido a problemas de cristalización conducen a la obstrucción del condensador, por supuesto, esto también proporciona una base teórica para el calor de condensación de destilación para la fuente de calor de la cristalización de la masa fundida.
La cristalización en fusión utilizando sustancias en el proceso de cristalización se pueden obtener sustancias puras y mezclas de bajo punto eutéctico de las características de la cristalización para obtener productos de alta pureza. Cuando la pureza de la materia prima para la cristalización en fusión es baja, debido a la proximidad del bajo punto eutéctico de la mezcla, habrá la desventaja de bajo rendimiento o incluso no poder cristalizar la sustancia pura, sin embargo, la purificación de la sustancia de menor pureza es exactamente la ventaja de la destilación. Además, como la cristalización de la masa fundida opera cerca de su punto de fusión, la temperatura de operación es inevitablemente inferior a la temperatura de condensación en la parte superior de la columna de destilación, lo que permite utilizar el calor de condensación en la parte superior de la columna de destilación para la cristalización de la masa fundida.
El proceso utiliza la tecnología de destilación para la separación inicial de las materias primas y, a continuación, utiliza la tecnología de cristalización de la masa fundida para obtener sustancias químicas de gran pureza. El calor del condensador situado en la parte superior de la torre de destilación se utiliza como fuente de calor para la cristalización por fusión, y el calor de la cristalización por fusión se utiliza para enfriar el condensador situado en la parte superior de la torre de destilación.
La tecnología de destilación y cristalización acopladas, utilizando sus respectivas ventajas para la separación de alta pureza, el proceso es principalmente materias primas primera destilación purificación a una cierta pureza, los productos del proceso de destilación y luego en el proceso de cristalización para una mayor cristalización y purificación a una mayor pureza, la cristalización del licor madre en el proceso de destilación, de modo que el rendimiento y la pureza han alcanzado el óptimo. En la actualidad, el proceso de acoplamiento de destilación-cristalización se ha utilizado ampliamente en la producción industrial, lo que puede ampliar aún más el sistema de separación, aumentar en gran medida el efecto de separación y mejorar en gran medida la pureza del producto. En la actualidad, la investigación y el desarrollo de la tecnología de acoplamiento destilación-cristalización todavía se centra principalmente en la aplicación del sistema de material específico, para la continuidad del proceso de separación de acoplamiento y el proceso de consumo de energía de la optimización de la red es relativamente débil.
La tecnología de acoplamiento térmico destilación-cristalización consigue una separación eficaz y una ultrapurificación de los componentes de las mezclas mediante la transferencia y el uso de la energía térmica en el proceso de acoplamiento térmico. Debido a que para el sistema material general, el calor de vaporización es 2~3 veces el calor de fusión, mientras que el punto de ebullición es mucho mayor que el punto de fusión, por lo tanto, en el proceso de acoplamiento térmico, el calor generado por la condensación del vapor en el condensador del proceso de destilación puede utilizarse como suministro de energía de las etapas de fusión y sudoración del proceso de cristalización, y en el proceso de separación ultrapura térmicamente acoplada de destilación-cristalización, las dos etapas de destilación y cristalización se acoplan entre sí para formar un proceso cíclico. Esta tecnología no sólo proporciona una separación altamente eficiente, sino que también ahorra energía y reduce las emisiones de carbono, lo que cumple los requisitos de ahorro de energía con bajas emisiones de carbono y ecologización.
Tomemos como ejemplo el acoplamiento de destilación y cristalización de carbonato de etileno (EC), el grado industrial de EC por encima de 99% puede cumplir los requisitos, pero como disolvente de litio debe alcanzar 99,99~99,999% de los requisitos de grado electrónico, utilizar sólo la tecnología de destilación para obtener la pureza de grado electrónico no sólo es de alto consumo de energía, sino también difícil de lograr. La destilación de EC acoplada con la tecnología de cristalización de fusión, no sólo puede obtener fácilmente productos de grado electrónico de alta pureza, y la destilación de la parte superior del calor de condensación de la torre para la fuente de calor de cristalización de fusión para reducir aún más el consumo de energía, los mismos productos de grado electrónico, destilación - tecnología de cristalización de acoplamiento en relación con el método de destilación tradicional, el ahorro de energía de más de 60%.
Tecnología de acoplamiento térmico destilación - cristalización para lograr los siguientes puntos principales:
1, el diseño y desarrollo de condensadores de alta eficiencia puede reducir aún más el consumo de energía;
2, impulsando el área superior de la torre de destilación de la energía térmica del vapor de baja temperatura convertida eficazmente a la etapa de fusión del cristalizador y a la etapa de sudoración de la fuente de calor;
3, el proceso de destilación es generalmente un proceso continuo, mientras que el proceso de cristalización es generalmente un proceso intermitente, en el establecimiento de la red de utilización de calor, la necesidad de considerar la coordinación y la adecuación de la energía;
4, el proceso de cristalización del sistema de circulación del medio de conducción del calor y el control del calor del condensador de destilación para una regulación eficaz.
Aunque la tecnología de acoplamiento térmico tiene muchas ventajas, existen algunos retos y limitaciones:
1, complejidad del diseño de ingeniería: la aplicación del acoplamiento térmico requiere un equipo de intercambio de calor y un diseño del sistema adecuados, lo que aumenta la complejidad del equipo y los costes de inversión. El esquema de control para garantizar la transferencia efectiva de calor es un problema de ingeniería complejo.
2, optimización del proceso: el acoplamiento térmico requiere un control preciso de la temperatura y la transferencia de calor, con elevados requisitos para los parámetros del proceso y las condiciones de funcionamiento. La optimización de los parámetros y el funcionamiento del proceso de acoplamiento térmico requiere la consideración exhaustiva de una serie de factores como la transferencia de calor, el transporte de materiales y la cinética de reacción.
3, compatibilidad de materiales: en el proceso de acoplamiento térmico, hay que tener en cuenta la compatibilidad y estabilidad térmica de las sustancias para evitar reacciones químicas adversas o la descomposición térmica. Especialmente para operaciones a altas temperaturas y presiones, es necesario evaluar cuidadosamente la elección y durabilidad de los materiales.
Conclusión
La tecnología de separación ultrapura acoplada térmicamente destilación-cristalización es una tecnología que acopla los procesos de destilación y cristalización para lograr una separación y ultrapurificación eficientes de los componentes de una mezcla mediante la recuperación y reutilización de energía, y es una tecnología clave para el ahorro integral de energía y la optimización de la integración térmica del proceso de operación de destilación, que tiene ventajas significativas en términos de ahorro de energía con bajas emisiones de carbono y ecologización de la producción, y puede ahorrar energía, reducir las emisiones de carbono, y es aplicable a una serie de campos industriales Puede ahorrar energía y reducir las emisiones de carbono, y es aplicable a las necesidades de separación y purificación de una amplia gama de sectores industriales. Con los crecientes requisitos de ecologización y desarrollo sostenible, se espera que la tecnología de separación ultrapura acoplada térmicamente de destilación-cristalización se aplique y promueva más ampliamente en el mundo industrial, reduciendo así el consumo de energía de los procesos de separación química, contribuyendo a la realización del objetivo nacional de ‘doble carbono’ y creando un futuro industrial de gama alta y bajas emisiones de carbono.
