滲透汽化膜技術及其在制藥工業(yè)中的應用

1、滲透汽化膜技術及其在制藥工業(yè)中的應用滲透汽化膜技術及其在制藥工業(yè)中的應用清華大學膜技術工程研究中心清華大學膜技術工程研究中心山東藍景膜技術工程公司山東藍景膜技術工程公司李繼定李繼定2010年年9月月1日日 一、引言一、引言 二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀 三、可在制藥工業(yè)中直接應用的滲透汽化膜技術三、可在制藥工業(yè)中直接應用的滲透汽化膜技術 四、處在研究階段的滲透汽化膜分離技術四、處在研究階段的滲透汽化膜分離技術 報告提綱報告提綱一、引言一、引言膜分離技術膜分離技術篩分型篩分型膜分離技術膜分離技術溶解擴散型溶解擴散型膜分離技術膜分離技術一、引言一、引言膜膜ABA（汽

2、或液）（汽或液）AB（汽或液）（汽或液）B（汽）（汽）溶解擴散型溶解擴散型膜分離技術膜分離技術汽體滲透汽體滲透膜分離技術膜分離技術滲透汽化滲透汽化膜分離技術膜分離技術一、引言一、引言一、引言一、引言 19171917年年, , 滲透汽化概念出現(xiàn)，滲透汽化概念出現(xiàn)，KoberKober首次提出，描述水通過火棉首次提出，描述水通過火棉膠的情形。膠的情形。(P.A.Kober, J. Amer. Chem. Soc., 39:944, 1917) 19601960年年，滲透汽化專利出現(xiàn)，滲透汽化專利出現(xiàn)，Binning (R.C. Binning, US Patent, 2923749, 1960)

3、 19651965年年，滲透汽化膜分離機理，滲透汽化膜分離機理， Lonsdals (H.K. Lonsdals, V. Merten et. Al., J. Appl. Polym. Sci., 9:1341, 1965) 上世紀上世紀7070年代末年代末8080年代初，年代初，19841984年年德國德國GFTGFT公司首次建成了公司首次建成了400400噸噸/ /年無水乙醇滲透汽化膜工業(yè)裝置。年無水乙醇滲透汽化膜工業(yè)裝置。 滲透汽化膜分滲透汽化膜分離原理示意圖離原理示意圖膜膜液相液相滲透相滲透相 ( (汽相汽相) )料液料液出料出料冷凝器冷凝器真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)冷凝物冷凝物Feedliqu

4、idDissolutionDiffusionPermeatevaporEvaporation一、引言一、引言滲透汽化膜分離技術的突出優(yōu)點：滲透汽化膜分離技術的突出優(yōu)點：* * 典型的節(jié)能技術典型的節(jié)能技術（低能耗，一般比恒沸精餾節(jié)能（低能耗，一般比恒沸精餾節(jié)能1/2 1/2 3/43/4）* * 典型的清潔生產(chǎn)技術典型的清潔生產(chǎn)技術（過程不引入其它組成，產(chǎn)品和環(huán)境不會受到污染）（過程不引入其它組成，產(chǎn)品和環(huán)境不會受到污染）* * 典型的典型的便于放大、耦合和集成技術便于放大、耦合和集成技術 它特別適用于普通精餾難于分離或不能分離的近沸點、恒沸它特別適用于普通精餾難于分離或不能分離的近沸點、恒沸

5、點混合物的分離，對有機溶劑及混合溶劑中微量水的脫除，對點混合物的分離，對有機溶劑及混合溶劑中微量水的脫除，對廢水中少量有機物的回收，對有機物廢水中少量有機物的回收，對有機物/ /有機物分離和與反應耦合、有機物分離和與反應耦合、將反應生成物不斷脫除等具有明顯的經(jīng)濟上和技術上的優(yōu)勢。將反應生成物不斷脫除等具有明顯的經(jīng)濟上和技術上的優(yōu)勢。 一、引言一、引言Comparison of energy costs (in kWh) for the dehydration of 100 kg of isopropanol (starting from the azeotrope: isopropanol 8

6、8 wt.%) by different separation processesaUtilitiesAzeotropicdistillationAdsorptionPervaporationEvaporation energy 17 3.3 3.9Condensation energy 17 Cooling water 3.3 3.9Pumps, etc. 2 22 44Total cost3629 12U. Sander, P. Soukup, Design and operation of a pervaporation plant for ethanol dehydration, J.

7、 Membr. Sci. 36 (1988) 463, (contribution of the company LURGI).Cost comparison for the dehydration of ethanol (94 wt.%) by azeotropic distillation and pervaporation. Costs estimated in Deutsch Mark per tonne of produced anhydrous ethanol (99.8 wt.%)UtilitiesAzeotropic distillation(entrainer = cyclo

8、hexane)PervaporationLow pressure steam50756.25Cooling water7.52Electric power2.25 5.70Entrainer2.44.5Membranes 816Total cost62892230J. Bergdorf, Case study of solvent dehydration in hybrid processes with and without pervaporation, in: R. Bakish (Ed.), Proceedings of the Fifth International Conferenc

9、e onPervaporation Processes in the Chemical Industry, 1115 March 1991, Bakish Materials Corporation, Heidelberg, Germany, pp. 362382 (contribution of the German companyBMVT).Stefan Sommer，Thomas Melin，Design and Optimization of Hybrid Separation Processes for the Dehydration of 2-Propanol and Other

10、Organics，Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 5248-5259 The dehydration of an IPA/water stream of 1875 kg/h from 80 wt % up to 99.9 wt % product purity with a solvent recovery of 99.98%, 2004 回收溶媒可直接使用回收溶媒可直接使用 提高產(chǎn)品收率提高產(chǎn)品收率 提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量 除明顯的節(jié)能、環(huán)保等特點外，應用于制藥除明顯的節(jié)能、環(huán)保等特點外，應用于制藥行業(yè)還有其獨特的優(yōu)點行業(yè)還有其獨特的優(yōu)點二、滲透汽化膜分離技術

11、應用現(xiàn)狀二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀國外：國外： 19841984年，年，德國德國GFT公司率先公司率先 在巴在巴西建成了日產(chǎn)西建成了日產(chǎn)13001300升無水乙醇工廠，升無水乙醇工廠，標志著滲透汽化膜技術真正意義上實標志著滲透汽化膜技術真正意義上實現(xiàn)了工業(yè)化應用。現(xiàn)了工業(yè)化應用。二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀國內(nèi)：國內(nèi)： 清華大學、浙江大學、復旦大學、中科院化學所、長春應清華大學、浙江大學、復旦大學、中科院化學所、長春應化所等化所等（有機膜）（有機膜）。南京工業(yè)大學、大連理工大學等。南京工業(yè)大學、大連理工大學等（無機無機膜）膜） 清華大學和中石化燕化公司，清華

12、大學和中石化燕化公司，19991999年年，滲透汽化苯脫水工，滲透汽化苯脫水工業(yè)中試；業(yè)中試；20002000年，滲透汽化碳六油脫水中試。年，滲透汽化碳六油脫水中試。 苯：苯：600ppm 600ppm 脫水至脫水至 30ppm30ppm以下以下碳六油：碳六油： 200ppm 200ppm 脫水至脫水至 5ppm 5ppm 以下以下二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀二、滲透汽化膜分離技術應用現(xiàn)狀 清華大學通過清華大學通過“九五九五”國家重點科技攻關國家重點科技攻關“滲透滲透汽化透水膜及其過程關鍵技術開發(fā)汽化透水膜及其過程關鍵技術開發(fā)”項目的研發(fā)、國項目的研發(fā)、國家家863863項目和國家項目和國家

13、973973項目的研發(fā)，項目的研發(fā)，20022002年年，以清華大，以清華大學滲透汽化膜技術為依托，組建了北京藍景膜技術工學滲透汽化膜技術為依托，組建了北京藍景膜技術工程公司，主要從事滲透汽化膜技術工業(yè)應用開發(fā)。程公司，主要從事滲透汽化膜技術工業(yè)應用開發(fā)。20062006年年初，又組建了山東藍景膜技術工程公司。初，又組建了山東藍景膜技術工程公司。600mm流涎機流涎機600mm涂膜機涂膜機600mm水洗、酸、堿處理流水線水洗、酸、堿處理流水線 600mm熱處理流水線熱處理流水線600mm熱定型流水線熱定型流水線 1.1.廣州天賜異丙醇脫水裝置（廣州天賜異丙醇脫水裝置（8 8000t/a000t

14、/a）20032003年年2.2.山東淄博叔山東淄博叔丁醇脫水裝置丁醇脫水裝置（2500t/a2500t/a）20042004年年3.3.四川瀘州異丙醇脫水裝置四川瀘州異丙醇脫水裝置（2500t/a2500t/a）20042004年年4. 4. 山東淄博海正化工公司叔丁醇脫水裝置，山東淄博海正化工公司叔丁醇脫水裝置，2500t/a2500t/a20052005年年5.5.滲透汽化膜法溶劑脫水小型裝置滲透汽化膜法溶劑脫水小型裝置（小于（小于500500公斤公斤/ /天天）20052005年年20052005年年6.6.東藥集團腦復康公司東藥集團腦復康公司異丙醇脫水裝置異丙醇脫水裝置（300t/a

15、300t/a）20062006年年7.7.東藥集團東瑞公司乙醇脫水裝置，東藥集團東瑞公司乙醇脫水裝置，5000t/a5000t/a8.8.東藥集團張士公司乙醇脫水裝置，東藥集團張士公司乙醇脫水裝置，5000t/a5000t/a20072007年年最近建成運行的滲透汽化膜分離工業(yè)裝置：最近建成運行的滲透汽化膜分離工業(yè)裝置：(a)(a)常州高博常州高博能源材料有限公司異丙醇脫水，（能源材料有限公司異丙醇脫水，（b b）淄博諾奧化工有限）淄博諾奧化工有限公司正丙醇脫水；（公司正丙醇脫水；（c c）深圳寬寶環(huán)保設備有限公司異丙）深圳寬寶環(huán)保設備有限公司異丙醇脫水。醇脫水。acb序號客戶名稱序號客戶名稱

16、1廣州天賜高新材料股份有限公司15山東魯抗立科藥物化學有限公司2四川北方硝化棉有限責任公司16杭州賽諾索歐電池有限公司3哈藥集團制藥總廠17黑龍江泰納科技發(fā)展有限公司4東北制藥總廠腦復康公司18淄博海正化工有限公司5沈陽東瑞科技有限公司19麗珠集團利民制藥6浙江思賢制藥有限公司20浙江昂利康制藥有限公司7東北制藥總廠張士制藥21浙江醫(yī)藥股份有限公司維生素廠8深圳寬寶環(huán)保設備有限公司22深圳綠綠達環(huán)保有限公司9山東瑞陽制藥有限公司23山東宏瑞超高溫纖維科技有限公司10淄博諾奧化工有限公司24浙江新華制藥有限公司11常州高博能源材料有限公司25廣東恒晨環(huán)保科技有限公司12湖南海納百川生物工程有限公

17、司26蘇州三威燃料化學有限公司13蘇州東瑞化工有限公司27廣西百色14天津信匯制藥股份有限公司28安徽皖北制藥滲透汽化膜法溶劑脫水工業(yè)項目滲透汽化膜法溶劑脫水工業(yè)項目三、可在制藥工業(yè)中直接應用的滲透汽化膜分離三、可在制藥工業(yè)中直接應用的滲透汽化膜分離技術技術 乙醇與水在常壓下，在乙醇質(zhì)量濃度為乙醇與水在常壓下，在乙醇質(zhì)量濃度為95.6%95.6%時，與時，與水發(fā)生共沸。制取含醇水發(fā)生共沸。制取含醇99.8%(wt)99.8%(wt)以上的無水乙醇，需要以上的無水乙醇，需要采用萃取精餾、恒沸精餾或加鹽精餾，這些方法過程復雜、采用萃取精餾、恒沸精餾或加鹽精餾，這些方法過程復雜、能耗高、污染嚴重，應

18、用滲透汽化膜法回收乙醇溶劑具有能耗高、污染嚴重，應用滲透汽化膜法回收乙醇溶劑具有傳統(tǒng)的蒸餾法無可比擬的優(yōu)越性。傳統(tǒng)的蒸餾法無可比擬的優(yōu)越性。1 1、乙醇溶劑脫水回收、乙醇溶劑脫水回收2 2、醇類、酮類、醚類溶劑脫水回收醇類、酮類、醚類溶劑脫水回收 醇類包括異丙醇、正丁醇、低碳混合醇等；酮類包醇類包括異丙醇、正丁醇、低碳混合醇等；酮類包括丙酮、丁酮、戊酮等；醚類包括乙醚、乙烯基甲醚、括丙酮、丁酮、戊酮等；醚類包括乙醚、乙烯基甲醚、二甲醚等。醇類、酮類、醚類與水很容易形成恒沸體系。二甲醚等。醇類、酮類、醚類與水很容易形成恒沸體系。三、可在制藥工業(yè)中直接應用的滲透汽化膜分離三、可在制藥工業(yè)中直接應用的滲透汽化膜分離技術技術3 3、有機溶劑微量水脫除、有機溶劑微量水脫除 芳香族化合物：苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等中微芳香族化合物：苯、甲苯、乙基苯、二