Эксперты отрасли сосредоточились на «плавковой кристаллизации» и совместно обсуждали низкоуглеродные технологии 

Данная лекция была организована совместно компанией Шанхай Донггэн Химическая Технология КоЛтд, Ассоциацией новых материалов Шанхая и Ассоциацией управления химическими предприятиями Китая, собрав более 200 экспертов отрасли, исследователей, специалистов в области химии, а также предпринимателей. Основной лектор — г-жа Кан Сяолин, генеральный директор компании Шанхай Донггэн Химическая Технология КоЛтд, подробно представила эту зеленую низкоуглеродную технологию получения чистых продуктов — плавковую кристаллизацию, а также вместе с аудиторией обсуждала практические вопросы применения данной технологии в производстве. Ниже приводятся основные содержания лекции.

ГЛАВА 01 Технологический фон

Уже в 2019 году Китай стал крупнейшим производителем и потребителем химических продуктов в мире, и за последние годы продолжает демонстрировать высокие темпы роста, среднегодовой темп роста промышленной добавленной стоимости составляет около 6%.

В процессе быстрого развития химической промышленности выбросы углекислого газа также резко возросли. Переход химической промышленности Китая к нулевым выбросам углерода имеет решающее значение для достижения национальной цели углеродной нейтральности, а также играет важную роль в низкоуглеродной трансформации глобальной химической цепочки создания стоимости.

В структуре энергопотребления химических процессов разделение компонентов занимает 80%. Особенно разделение высокочистых химических веществ в области электронных химикатов и новых материалов сталкивается с проблемами высокого энергопотребления и сложности технологического процесса. На фоне существующих проблем, существует ли решение, которое можно широко применять и распространять? В контексте эпохи углеродной нейтральности в химической промышленности зеленая низкоуглеродная технология разделения — плавковая кристаллизация — является отличным выбором. Технологические решения на основе плавковой кристаллизации или ее сочетания с другими методами позволяют реализовать разделение высокочистых веществ, снизить энергопотребление и выбросы, увеличить продуктивный эффект и гибко регулировать качество продукции. В будущем эта технология будет привлекать все больше внимания.

ГЛАВА 02 Общие сведения о технологии

Технологический принцип плавковой кристаллизации

Технологический принцип плавковой кристаллизации рассматривается с трех аспектов: фазового равновесия, скорости переноса вещества и разделительной способности. Сравнивая разделение компонентов методами ректификации и плавковой кристаллизации, мы подвели различия между этими методами по таким параметрам, как чистота продукции, энергопотребление, технологические условия производства и контроль процесса.

Кристаллизация относится к системе «твердое тело — жидкость» и характеризуется высоким коэффициентом разделения. При кристаллизации за счет переохлаждения или пересыщения образуются включения примесей в кристаллической решетке, но за исключением адсорбции примесей на поверхности кристаллов, уже после одного цикла кристаллизации можно получить чистые вещества. Латентная теплота фазового перехода при кристаллизации — это теплота кристаллизации, которая составляет всего 1/7–1/3 от латентной теплоты испарения, используемой в процессе ректификации. Теоретически, для достижения одинаковой чистоты продукции энергопотребление процесса кристаллизации составляет только 1/7–1/3 от энергопотребления ректификации.

С точки зрения сравнения скорости переноса вещества и разделительной способности, в процессе фактического производства для кристаллизации требуются более низкие показатели вспомогательных энергетических ресурсов, более мягкие технологические условия и эксплуатационные требования, а также обеспечивается стационарный контроль процесса.

Основные ключевые знания о технологии плавковой кристаллизации

Разделение методом плавковой кристаллизации основано на различии температур плавления компонентов смеси. При постепенном снижении температуры жидкой смеси целевые компоненты достигают температуры плавления, соответствующей фазовому равновесию, и состояния пересыщения, постепенно выпадают в виде кристаллов из смеси, а затем продукты разделения получаются путем повторного плавления и очистки.

-Фазовые диаграммы: Мы классифицировали органические системы в зависимости от типа кристаллизующейся системы и сложности разделения, и подвели шесть типов распространенных фазовых диаграмм для двухкомпонентных органических систем. Было установлено, что более 80% органических веществ подходят для разделения методом плавковой кристаллизации. В рамках классических систем, в случае эвтектических смесей, более 50% органических смесей можно разделить с получением чистых веществ и эвтектических смесей посредством плавковой кристаллизации.

-Стационарный контроль теплообмена: Это технологический контроль на основе температурных графиков, который является ключевым фактором, определяющим качество кристаллической продукции и производительность.

-Стационарный контроль переноса вещества: Это гарантия стабильности качества кристаллов и производительности в процессе фазового перехода жидкости. Он связан как со стационарным контролем теплообмена, так и с режимом потока жидкой фазы. В процессе фактического производства поддержание этого параметра обеспечивается в основном с помощью ключевого оборудования.

Процесс и принцип слоистой плавковой кристаллизации

1.Этап кристаллизации:Жидкое исходное сырье (смесь компонентов) поступает в пленочный или статический кристаллизатор, где происходит теплообмен с хладагентом через стенку кристаллизатора. Температура постепенно снижается, кристаллический слой растет медленно, и после достижения заданной толщины производится слияние не кристаллизовавшейся жидкости.

2.Этап частичного плавления или «потоотделения»:Плавным подогревом с помощью теплоносителя осуществляется «потоотделение» и промывка кристаллического слоя для удаления примесей или побочных продуктов из слоя.3.

3.Этап полного плавления:Быстрым подогревом с помощью теплоносителя продукт полностью плавится и извлекается в жидком виде.

После этого завершается один полный цикл кристаллизации.

В процессе фактического производства, в зависимости от требуемого качества продукции и конкретных требований по дальнейшему увеличению выхода готового продукта, проводится разное количество циклов кристаллизации. На рисунке представлена типичная схема трехступенчатой кристаллизации, аналогичная процессу ректификации: ступенька регенерации продукции соответствует отпарной секции ректификационной колонны, начальная ступенька подачи сырья — зоне подачи сырья, а вторая ступенька очистки — дистилляционной секции. В зависимости от типа системы компонентов, требований к качеству продукции и выходу, после ступенек регенерации продукции и второй ступеньки очистки можно гибко добавлять дополнительные ступеньки очистки.

В процессе плавковой кристаллизации пленочные и статические кристаллизаторы являются критически важным оборудованием. На рисунке слева показан двойной пленочный кристаллизатор, поставляемый компанией Донггэн, а справа — статический кристаллизатор.