化工制藥行業(yè)溶媒回收

溶媒是指能溶解氣體、固體、液體而成為均勻混合物的一種液體。溶媒也稱為溶劑，分為有機(jī)溶媒和無機(jī)溶媒。有機(jī)溶媒通常指具有較強(qiáng)溶解能力的有機(jī)物，包括脂肪烴、芳香烴、醇、多元醇及其衍生物、酮、酸、酯、酰胺等；無機(jī)溶媒包括水、液氮、液態(tài)二氧化碳、濕酸、熔鹽等，其中水是最重要的無機(jī)溶媒。溶媒具有溶解力強(qiáng)、選擇性高、低毒或無毒、性能穩(wěn)定、腐蝕性小、作業(yè)性好、揮發(fā)性低、操作損失少、容易回收等特點(diǎn)而取得了快速的發(fā)展，廣泛用于化妝品、清洗劑、油墨、涂料、黏合劑、有機(jī)合成、新材料、醫(yī)藥及農(nóng)藥等行業(yè)中，在溶解、反應(yīng)、蒸餾濃縮、萃取、蒸發(fā)結(jié)晶和干燥等各工藝段都有廣泛應(yīng)用。

涉及到溶媒脫除的蒸餾濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶和干燥等工藝過程中，涉及大量的溶媒蒸發(fā)，并且一般都在真空狀態(tài)下運(yùn)行。因此，真空工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)對溶媒回收效率和能耗有較大的影響。

一、 真空泵類型選擇

化工、制藥、新材料等涉及溶媒脫除的真空系統(tǒng)一般壓力在數(shù)百帕到數(shù)十千帕，所涉及真空泵包括蒸噴噴射器、液環(huán)泵和干式真空泵等。

1.蒸汽噴射真空系統(tǒng)：蒸汽噴射器是采用蒸汽作為工作動力源的一種真空裝備，工作蒸汽在拉伐爾噴嘴中加速形成超音速射流，而引射流體則由于與工作蒸汽間的剪切作用被卷吸至混合室，而后逐漸形成單一均勻的混合流體，經(jīng)過一擴(kuò)散段減速壓縮到一定的背壓后排出噴射器。蒸汽噴射器可以處理真空氣量大、具有一定顆粒物的真空體系，多級蒸汽噴射器能達(dá)到較高的真空度。但是蒸汽噴射器除運(yùn)行能耗高以外，噴射作用過程中，蒸汽與真空氣體混合，勢必降低真空氣體中需要回收溶媒的純度，如果蒸汽噴射器后采用混合冷凝器，溶媒的純度進(jìn)一步降低，增加了后續(xù)溶媒分離純化的難度和能耗。

2.液環(huán)真空系統(tǒng)：在泵體中裝有適量的水作為工作液。液環(huán)式真空泵是帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。液體被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，液體形成了一個(gè)決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。液環(huán)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，液環(huán)的上部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸。此時(shí)葉輪輪轂與液環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的下部0°為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕;當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮;當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體便被排出泵外。當(dāng)工作液體為水時(shí)，稱水環(huán)真空泵。液環(huán)真空泵主要用于粗真空、抽氣量大的工藝過程中，亦可與羅茨、蒸汽噴射泵。液環(huán)泵除能效低外，工作液與真空氣體直接接觸，氣體中的溶媒會溶解于工作液中，工作液作為廢液排除，一會增加廢水量，二會降低溶媒的回收效率，三由于工作液的蒸發(fā)，在真空系統(tǒng)排放尾氣冷凝過程中又增加了冷量消耗，降低了回收溶媒的純度，增加了后續(xù)溶媒分離純化的難度和能耗。

3.干式真空泵：干式真空泵主要指的是無油干式機(jī)械真空泵，能從大氣壓力下開始抽氣，又能將被抽氣體直接排到大氣中去，泵腔內(nèi)無油或其他工作介質(zhì)，而且泵的極限壓力與油封式真空泵同等量級或者接近的機(jī)械真空泵。干式真空泵主要包括爪式、螺桿、羅茨等真空泵。干式真空泵泵腔內(nèi)無油或其他工作介質(zhì)，能有效防止有機(jī)溶劑污染工藝介質(zhì)。并且，干式真空系統(tǒng)無工作介質(zhì)，能效高，同樣氣量、真空度條件下能耗低，羅茨+爪式或羅茨+螺桿的組合能實(shí)現(xiàn)大抽起量、高真空度。并且，由于無其他介質(zhì)引入，真空氣體不會受到污染，溶媒回收的純度高，部分工況回收的溶媒可直接循環(huán)使用，即使需要分離純化，其分離難度和能耗也大大降低。比如制藥行業(yè)乙醇溶液濃縮和回收，新材料行業(yè)THF、異丙醇、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等許多種類溶媒的回收，已經(jīng)取得成功。

 二、 冷凝回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

真空尾氣冷凝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對溶媒回收效率和能耗影響非常大，合理的冷凝系統(tǒng)設(shè)計(jì)在提高回收效率的同時(shí)，降低泵的氣量配置電機(jī)功率，并且降低冷量消耗。

1. 泵前和級間冷凝器。泵前和級間冷凝器設(shè)計(jì)不但能降低進(jìn)真空泵氣體的溫度，而且能盡量多的將真空氣體中的可凝溶媒冷凝，從而大大降低進(jìn)泵的氣量，降低真空系統(tǒng)的氣量配置。而對于多臺真空泵串聯(lián)的真空系統(tǒng)，級間的冷凝也非常必要，因?yàn)殡S著真空氣體壓力的提升，體系的露點(diǎn)溫度進(jìn)一步提高，通過冷凝可進(jìn)一步降低進(jìn)入下一級真空泵的氣量。

2. 泵后冷凝。真空泵出口氣體壓力已經(jīng)大于一個(gè)大氣壓，體系的露點(diǎn)溫度進(jìn)一步提高，泵后冷凝能將負(fù)壓狀態(tài)下難以冷凝的溶媒進(jìn)一步冷凝回收，從而提高溶媒回收效率，并降低后續(xù)尾氣處理的難度和能耗。

3. 冷凝系統(tǒng)設(shè)計(jì)。冷凝系統(tǒng)工藝主要依據(jù)來氣的壓力、溫度以及溶媒的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)以及飽和蒸汽壓和平衡分壓進(jìn)行設(shè)計(jì)，以溶媒回收效益最大化為約束目標(biāo)，平衡冷凝溫度、真空氣量和回收效率關(guān)系。

三、 回收液的分離純化

回收溶媒如果不能滿足循環(huán)使用要求，則需要進(jìn)一步分離純化，常用的方法包括：

1. 液液分離。主要依據(jù)溶媒組分間的互溶性進(jìn)行液液分層處理，主要針對組分不互溶的體系，比如水和烴類等的分離，此分離較為簡單，合適的分層器即能滿足分離要求。

2. 精餾。對于大多溶媒體系，可依據(jù)組分的相對揮發(fā)度差異，采用精餾方式進(jìn)行分離。

3. 差壓精餾。對于組分間存在共沸或者相對揮發(fā)度低的物性，如需獲得高純度的溶媒，可根據(jù)組分在不同壓力下共沸點(diǎn)的差異進(jìn)行差壓精餾分離，比如水-THF、水-異丙醇等的分離。

4. 萃取+精餾。對于體系中低沸點(diǎn)組分含量高的物系，可采用萃取+精餾方式進(jìn)行分離，分離的能耗大大降低。比如DMF/DMAC -水物系的分離，如果直接精餾，水需要全部氣化，能耗非常高，如果先對物系進(jìn)行萃取，降低其中的水含量，則精餾能耗節(jié)約70%以上。

總之，工業(yè)領(lǐng)域尾氣中的溶媒回收，需要選擇合適的真空泵，比如干式真空泵，合理的真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)，比如合理的冷凝系統(tǒng)配置，以及后續(xù)溶媒的分離純化等。南真多年來致力于真空系統(tǒng)溶媒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并借助于現(xiàn)代化的研究設(shè)計(jì)方法，成功實(shí)施多套裝置，為企業(yè)創(chuàng)造了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并產(chǎn)生非常顯著的社會效益。