精制反应器（精选5篇）
精制反应器 篇1
一、催化剂性质
FH-98催化剂是抚顺石油化工研究院开发的加氢精制催化剂。具有孔容大、比表面积高、装填堆比低及加氢脱硫和加氢脱氮活性好等特点。加氢反应器为热壁补焊结构, 分上、下两个床层, 中间设冷氢箱, 催化剂实际装填质量为17.5t, 装填密度为1.01 g/m3。2011年4月开工时, 按照催化剂公司提供的硫化曲线对FH-98催化剂重整硫化、活化。
二、FH-98加氢精制催化剂标定
为了考察30万吨/年柴油加氢装置采用FH-98催化剂在加工直柴掺兑约40%催柴混合油生产国Ⅲ标准清洁柴油的可行性, 分别于于2011年8月和2013年12月对装置进行产品质量技术标定。
三、FH-98催化剂脱硫率因素分析
1、原料油性质的影响
馏程对原料性质影响较大。生产低硫柴油, 就要脱除难以反应的硫化物, 尤其是带烷基的二苯并噻吩 (如4, 6-二甲基二苯并噻吩和4-甲基二苯并噻吩) , 它们通常存在于重质馏分油中。提高原料油终馏点将引起脱硫率下降, 必须提高反应温度抵消原料油馏程变重的影响, 甚至必须提高压力等级才能达到要求的反应深度, 不利于催化剂的长周期运行[1]。
2、反应温度的影响
对于特定的原料油和催化剂, 反应的活化能是一定的。提高温度时反应速率常数增加, 反应速度加快。当处理量增大, 或者催化剂处于使用末期活性下降时, 为保持反应深度不变, 通常需要相应地提高反应温度来调节。在其他条件都不变的条件下, 加氢脱硫深度随温度的变化如表5所示。结果表明, 加氢脱硫反应对温度非常敏感, 反应进行的深度很大程度上取决于反应温度的控制。
3、H2S浓度的影响
加氢原料掺炼减一线油后, 循环氢中硫化氢浓度明显提高, 硫化氢含量对脱硫率的影响见表7。由表可知, H2S对加氢脱硫反应具有抑制作用, 抑制程度取决于循环氢中H2S浓度和在催化剂表面上的吸附平衡常数。
归纳为两个原因:一是柴油加氢脱硫产物中H2S和原料油中的硫化物在催化剂活性位上存在竞争性吸附, 二、过高的H2S浓度也会使氢分压降低。另外, 研究还表明:这种抑制作用在深度脱硫反应和高压系统中表现尤为明显, 在相同加氢深度下, Ni Mo型催化剂比Co Mo型催化剂对H2S更为敏感[4]。
4、氢分压的影响
加氢装置氢分压取决于操作压力、氢油比、循环氢纯度及原料汽化率。与脱氮脱芳相比, 氢分压对加氢脱硫反应影响不大。原料中大量存在氮杂环化合物和芳烃要经历加氢饱和过程。但在较高氢分压下, 反应速率受动力学平衡控制, 可以显著提高氮及多环芳烃的转化率, 降低氮化物及芳烃对4-甲基二苯并噻吩和4, 6-二甲基二苯并噻吩的抑制作用, 也有利于深度脱硫[1]。另外, 合适的氢分压可以减缓催化剂的结焦速度。
结论
(1) 标定结果表明:在装置正常设计工况条件下, FH-98催化剂可以生产硫含量<350 0g·g-1的柴油产品, 其他主要指标国Ⅲ柴油标准, 在运行负荷112%、处理57.0%常减压二、三线、31.5%催化柴油和11.5%减一线油混合油时, 可以满足生产国Ⅱ排放标准的柴油产品。
(2) 原料油性质、反应温度、空速、氢分压、硫化氢浓度对柴油加氢深度脱硫反应有很大影响。在确定直柴和催柴比例、催化剂及装填方案后, 要深入挖潜, 优化工艺操作参数, 生产清洁柴油产品, 提高炼厂经济效益。
摘要：本文介绍了由抚顺石油化工研究院 (FRIPP) 开发的FH-9催化剂在西安石化30万吨/年柴油加氢装置上的工业应用情况。标定结果表明:在装置正常设计工况条件下, FH-98催化剂可以生产硫含量<350 0g·g-1的柴油产品, 其他主要指标国Ⅲ柴油标准。并探讨了影响FH-98催化剂脱硫率的主要因素, 对各炼厂生产清洁柴油产品, 提高经济效益, 具有一定意义。
关键词：FH-98催化剂,柴油加氢,影响因素,清洁柴油
精制反应器 篇2
基于上述分析,认知的精制是学生对所学信息附加内容的过程,它可以是逻辑上的推理,也可以是对信息的扩展和延伸,还可以是增加已知例证、补充某些细节、进行某种类推等,只要是增加了与新信息相关联的其他内容都属于对信息的精制加工。学科课堂教学中有效的互学不仅仅是浅层的动作、语言互动,更多的应该是内在的思维互动。为此,在学科课堂的互学组织实施过程中,从增强思维互动、促进认知精制的视角改进互学实践,是提升互学有效性的必然之径。以下以小学数学课堂中的合作互学为例,提出认知精制视野下的有效互学的三策略。
一、任务:促进思维互动
在维果茨基看来,儿童之间的互动,最有可能在彼此的最近发展区内操作,会在小组合作中表现出比单独行动更为高级的行为。同时,合作学习理论认为[4],学生与教学内容之间的矛盾是课堂教学的主要矛盾,为了解决学生与所学知识之间的矛盾,才产生了教师与学生、教学与教学内容等从属性的矛盾。为使学生在课堂中的合作互学有效发生在小组成员之间彼此的最近发展区内,互学中的任务设置应聚焦学习内容的本质核心,给学生提供深度思维互动的空间,让学生在课堂学习的重难点处产生思维精制,在思维互动中经历新知识的形成过程,高效达成互学目标。然而,很多小学数学课堂中的互学,往往不是把最有思考价值的问题交给学生。如人教版课标教材五年级上册“用数对确定位置”的新知学习环节中的一个互学、展学片段。
教师出示互学任务:请以第4行第5列为例,设计出更简洁的表示方法,先独立设计,再在小组内交流。课堂上一个小组的交流过程如下:
成员1:我设计的方法是“4,5”,表示4列5行。
成员2:我设计的方法是“4.5”,表示4列5行。
成员3:我设计的方法是“4丨5—”,表示4列5行。
成员4:我设计的方法是“4列5行”,表示4列5行。
该小组成员展示了互学的不同简洁表示方法“4,5”“4.5”“4丨5—”“4列5行”后,教师提出了进一步的核心重点问题:请你们观察一下,这些方法有什么共同点?作为全班集体学习的问题,由教师与个别学生之间点对点的单向对话归纳数对的要素特征:都有4、5;都是列在前,行在后;都用一个符号把4和5隔开……
上述小组合作互学过程中,学生在小组内交流了对“4列5行”的不同简便记法,这很重要,它一方面是后面归纳提炼用数对确定位置方法的基础,另一方面学生在交流过程中也一定程度地发生了认知精制,至少是增加了“已知例证”。但从“思维深度互动”的角度看,后面教师在全班教学中提出的问题:这些方法有什么共同的地方?更具有思维价值,因为这些共同点就是数对的本质属性。对概念本质属性的提炼过程更具有思维互动的必要,应该把它交给小组互学,可以提出这样的任务要求:(1)小组内交流自己的简便记法。(2)这些不同的方法有什么共同的地方?以课堂学习的重点问题、核心问题、难点问题引领学生小组互学,增强互学的思维互动深度,让每一个学生都在小组交流中经历精细的思维加工,实现有效的思维精制。
促进学生深度思维互动的互学任务至少应该具有可能性、挑战性、核心性的特性。1.核心性。就是互学的问题任务应该是与教学重难点解决直接相关的问题,而不是重点之外的枝节问题。将课堂核心问题交给学生互学解决是充分发挥小组功能作用、提升互学实效的前提,否则互学只能是作为课堂的点缀出场装点门面而已,这也是不同教师课堂教学理念差别的具体体现。2.可能性。即通过小组成员的共同努力能够解决的问题任务。小组互学的问题任务应该是在个别独立思考尝试解决的基础上,一部分学生能解决而另一部分学生不能解决,或是个体能解决问题的一部分而不能解决问题的全部,但集全组之力能够解决的问题,即落在小组集体的认知的最近发展区的问题任务。3.挑战性。即小组互学的问题任务要对小组团队形成挑战,而不是对个别学生的挑战,个体能解决的任务没有必要引入小组互学,需要通过小组集体一定的努力才能解决的互学的问题任务才能有效促进小组的内在学习动力。
二、材料:支撑思维生成
认知心理学研究表明,单一或简单的合作形式,以及合作性不强的学习任务,久而久之会使学生失去合作的兴趣。美国J.R.莱文教授提出了认知精制十大原则[2],其中第十条原则是:精制并不对一切作业有益。只有当学习材料与学生的认知状态、精制策略相契合时,才有助于学习的精制。这就是说,互学材料的选择要具有挑战性、启发性,符合学生认知特点,有利于学生在互学时生成新观点、新方法,产生高级认知精制。怎样的学习材料才有利于学生在小组互学中的思维互动生成,有效地促进互学过程中的高级认知精制产生呢?下面“数字编码”教学中的小组互学过程能给我们以启示。
互学问题:邮政编码的编排有什么规律?
互学材料———四个不同地址及其对应的邮政编码:
重庆市沙坪坝区沙正街72号400030
重庆市沙坪坝区井口村400053
重庆市垫江县沙坪镇408304
北京市通州区西集镇7号101106
互学过程:一个小组成员先静静观察学习材料,不一会儿有所发现。
成员1:(有所发现似的)哎!蛮有规律哟。第一个4代表重庆市,1代表北京市。
成员2:不对呀,前面两个重庆市有3个0,后面重庆市只有1个0。
成员3:哦,我懂了。40应该代表重庆市,10代表北京市。
成员2:是不是两个数字一组,分别代表不同的地区。
成员4:我们分组看看。(用笔把地址和邮政编码分别分组,如下图)
四人小组在共同圈画中达成了邮政编码的前两位表示省市、中间两位表示区县、最后两位表示投递局的共识。
上述互学过程中,教师的设计用最少的学习素材承载了要探究的数学规律,有效支撑了互动中的思维生成,学生在互学中用分组的方式,找到了地址与数字编码的对应关系,小组内成员相互启发,不同的观点引发各自在头脑中的思维精制加工,高效地达成了小组互学的目标。
对类似上述成功的小学数学课堂小组互学过程深入分析,不难发现,有效支撑小组互动过程中思维生成与精制加工的学习材料普遍具有结构性、互赖性、可接受性的特点。结构性,即呈现给小组互学的学习材料要把学生将要学习的数学知识结构要素,内隐于学习材料之中,有利于学生在小组内通过对学习材料的互动研讨,发现要学习探究的数学知识内涵。互赖性,指小组内不同成员的学习材料的相互依赖,或是每一个小组成员只拥有解决问题的一部分资源,需要汇集所有成员的学习材料才能达成完整解决问题的小组目标;或是每一个成员的学习材料中都隐含着要学习探究的数学知识,但都不能充分、有效地验证独立发现的准确等。这样具有互赖性的学习材料促使小组成员相互支持,相互依赖,形成解决问题的强大凝聚力,进而生成互动探究的内在动力。可接受性,就是给学习小组提供的学习材料是学生喜闻乐见的,如学生熟悉的、常见的情境材料,能引发好奇心的话题等,以学生乐于接受的学习材料激发学生合作互学的动机,提升互学中思维精制的效率。
三、指导:引领思维提升
美国的一项计算机支持的协作学习(CSCL)背景下的研究表明,学生对学习方法和预期认知进程的详细阐述,有助于提高群体成员的讨论效率,进而提升成绩[5]。这说明互学中教师对学习方法、学习过程进行引导的重要性。只要深入日常的常态课堂,不难发现小组互学往往有这样的表现:很多时候学生学习互动时能够进行思维精细加工,但他们并非一定会对学习材料进行思维加工,并非会对学习材料进行有效的思维加工。这需要我们在学生互学中及时、适当地进行引导,让学生对学习任务、学习材料准确、及时地进行思维精制,提升学生在互学中的思维互动水平。如“用数对确定位置”教学中的互学———用数对拼图,教师给学生提供一张被等份分割成16小张的风景照片,16小张上面依序标示数对,让学生运用数对拼出完整的图片。下面是其中一个小组合作拼图过程:
(小组内先有约20秒时间的摆弄、观察)
成员1:大家看,每个小张上面都有数对。
成员2:我们按数对来一列一列地拼。(大家同意)
成员3(组长)进行分工,成员1拼第一列,成员2拼第二列,成员3拼第三列,成员4拼第四列。
小组成员各自找寻自己这一列的小图片,如成员1找出标示有(1,1)(1,2)(1,3)(1,4)的小图片,成员2找出标示有(2,1)(2,2)(2,3)(2,4)的小图片等,并按序排列。最后把排好的四列拼在一起形成一幅完整的风景图片。学生在拼图的过程中,教师反复提示:大家一定要学会发现图片上的小秘密。还特别在一个小组中进行提问:发现了什么小秘密?进行反馈。在互学后全班展示反馈“怎么拼成的”过程中,两个组的展示都是浅显的同一方法结论:按数对拼成的。
上述互学过程中,教师反复强调的“小秘密”,指向的是图片上的数对,它是明明白白标记在图片上的,没有必要反复提醒,倒是“怎么利用数对快速地拼图”的方法没有任何点拨,其实上述这个小组的拼图方法很好:按数对,1人负责拼一列,再合在一起就是完整的图了。由于教师没有及时引导学生对感性操作的思维精制加工,结果是互学中做了就做了,老是停留在直观层面,没有任何可操作的、理性方法上的收获。
互学中小组成员的思维精制必然需要引起学习者对信息的积极思维加工,在这一思维精细加工的过程中离不开教师适时、适当的引导,在互学实践中教师可以从适切性、生长性、启发性等方面优化引领学生思维,提升小组成员思维精制的质量。适切性,就是教师在互学中的指导要适时、适当,及时切中学生互学中的思维盲点和思维拐点,引导学生有效解决互学问题,引导恰到好处,低于小组互动思维水平的引导不利于学生思维提升,大幅度高于小组互动思维水平的引导会让学生摸不着头脑,学生思维会因为无法企及而望而生畏或徒劳无功。生长性,指教师的指导要有利于学生思维的生成,而不是直接告诉学生结论,教师的引导发挥的是助产术的作用,让学生的思维顺着教师的引导生长出新的观点、新的方法,如上述“用数对拼图”的互学中,“怎么利用数对快速地拼图”的引导比“图片上有什么小秘密”的引导更具有生长性。启发性,是与引导的生长性紧密联系的引导维度,教师在对学生互学过程中思维准确把握的基础上,实施对学生思维有催化作用的提示、提问、点拨,学生一旦采纳教师的引导建议后思维会有一种茅塞顿开、灵光乍现、恍然大悟的感觉,能有效解决互学问题。
华盛顿合作定律[6]指出:人与人之间的合作不是简单的人力相加,而是要复杂和微妙得多。在这种合作中,假定每个人都为1,那么10个人的合作结果有时比10大得多,有时甚至比1还要小,因为人不是静止物,而更像方向各异的能量,相互推动时,自然事半功倍,相互抵触时,则一事无成。课堂中基于认知精制视角的互学组织,应从任务促进思维互动、材料支撑思维生成、指导引领思维提升等多个视角进行优化,方能把影响互学的各种因素变为方向一致的能量,达成事半功倍的学习实效。
参考文献
[1]Wittrock,M C.The Cognitive Movement in Instruction.Educational Psychologist,1978(77).
[2]袁军.说精制[J].外国中小学教育,1993(5).
[3]周国韬.也说精致——谈精细加工在认知学习中的作用[J].外国中小学教育,1994(4).
[4]王坦.论合作学习的基本理念[J].教育研究,2002(2).
[5]刘电芝,王秀丽.国外关于群体认知过程的研究——合作学习研究的新思路[J].全球教育展望,2008(3).
[6]林芳,孟昭洋.合作学习的内在因素与影响因素[J].黑龙江史志,2013(23).
硫磺精制工艺的改进 篇3
1.1 引言
2万吨/年硫磺精制装置采用国产化融硫法技术于2011年在延安石油化工厂建成, 2012年1月进入投产试车阶段。此装置生产出的硫磺产品质量纯度将达99.5%, 达到进口同类产品水平。该套装置的建成投产, 减少了二氧化硫的排放量, 提高了硫磺产品的纯度和产品质量, 增加了产品附加值。
1.2 主要内容
由于石化厂装置产生的硫磺原料产量有限, 不足以使整个硫磺精制装置循环运转, 而是间歇性运行, 这就要求介质在运行前后夹套管道无堵塞。硫磺熔点为119℃, 不溶于水。设计方考虑到硫磺的物理性质, 设计流程为配成料浆的硫磺饼进入熔硫釜后, 从上部分离出水, 下部分硫磺通过管道进入液硫池内。若在装置运行过程中温度控制不合适, 硫磺易结块凝固在夹套内部, 增加操作工的工作量, 也增加了硫磺精制成品的产出时间。对此, 我结合原设计图纸与变更及在开车后实际过程中的操作, 对工艺管线改造做一总结。
2 硫磺精制工艺的改进
2.1 硫磺精制工艺设计
2.1.1 工艺设计原理
将粗硫磺与水配成料浆, 再将料浆加热, 使得硫磺达到熔融状态, 并沉淀下来, 而不溶于硫磺的酸与盐等杂质则保留在水相中, 然后将水相和熔融状态的硫磺进行分离。
2.1.2 工艺设计流程
石化厂柴油加氢装置产生的含硫废水和液化气脱硫、液化气脱硫醇装置产生的硫化氢气体, 通过溶剂再生及污水汽提装置进入硫磺回收装置生成纯度为65.05%的单质硫, 除去除酸、盐等不溶于硫磺的杂质来提纯硫磺, 制成纯度为99.5%的精制硫磺。硫磺造粒单元和包装码垛单元对精制单元产生的硫磺再经过造粒和包装, 再制成质量合格的成品硫磺。
2.1.3 工艺设计在实际中出现的问题
(1) 阀组整体离地面低, 不便于排放液硫与蒸汽;
(2) 阀组紧凑, 管件多, 硫磺在流动过程中易形成死角, 堵塞管道, 且蒸汽流动性差;
(3) 仪表元件多, 增加了露在环境中的管件, 降低蒸汽温度;
(4) 如果管线泄漏, 夹套管内的漏点不易查寻。
2.2 工艺管线改进方法
根据实际中发现的问题及现场变更, 操作工与现场技术员在实践中不断对工艺进行改进与研究, 现对工艺管线改进总结如下:
2.2.1 管道、管件的选择
本套硫磺精制装置在设计时考虑到原料流量较小, 故采用夹套管中较小的夹套尺寸即:外套碳钢DN50 Sch40、内套不锈钢DN25 Sch80和外套碳钢DN80 Sch40、内套不锈钢DN50 Sch40, 管道采用ASTM A312M/ASTM A106标准, 管件采用ASME B16.9/ASME B16.11标准, 弯头规格为1.5DN。
如果参考上述标准购买管件, 则小于DN40的管件均为承插式, 若与外套管件连接视图如下:
如图所示, 外套管与内套管之间的距离仅有2~3mm, 如果按照理论, 套管之间流动的蒸汽可以通过。但是由于外套的材质为碳钢, 在蒸汽介质间歇性的流动与停止, 碳钢管内壁容易堆积铁锈, 且随着蒸汽流动堆积在死角处, 堵塞介质流动与蒸汽排凝, 降低了蒸汽在工艺管线中的作用。所以在现场, 施工人员利用测温器测量阀组的两端, 发现温差有的高达20℃, 致使部分硫磺浆料未熔堆积在管道内。
经过现场技改与研究, 解决上述问题的方法总结如下:
(1) 选择管道时, 尽量使外套管内壁与内套管外壁的间隙>10mm;若间隙过小, 就会容易产生杂质堆积的死角;
(2) 考虑到硫磺的腐蚀性, 内不锈钢管壁厚大于等于5mm;若壁厚过小, 管道经过硫磺长时间的腐蚀容易出现裂纹, 且操作工日常工作中, 常用木锤敲打管道检查介质的流动, 这也对管道造成一定的损坏;
(3) 内不锈钢管件 (三通、弯头等) 宜采用对接焊形式而不是承插焊式;内不锈钢弯头若为DN≤40mm, 也可考虑机械煨弯, 其尺寸参照国家标准规范《GB50235-2010》。
2.2.2 工艺的选择
2.2.2. 1 流程
硫磺精制具体流程图见下图:
本套装置原料的主要来源是三联合硫磺回收装置的产品, 经由叉车运输至造粒包装厂房, 经过硫磺储罐利用提升泵将原料输送至熔硫釜。6台硫浆提升泵基础标高为0.4m, 输送硫浆至标高为9.5m处的设备法兰入口, 之间须经过近20米的管道及20多个管件。如果室外温度偏低, 介质中有大颗粒杂质或者上次残留在管道中的硫磺没有清理干净, 极易造成管道的堵塞, 且管件处死角的残留介质很难清洗彻底。这样不仅加大施工人员的工作量, 也对设备运行不利。经过现场技改与研究, 施工人员提出以下解决问题的方法:
(1) 每次硫浆管道停止运行时, 及时疏通清洗管道。虽然此方法保证了管道每次流动的通畅性, 但需要大量的人工和水源。
(2) 硫浆管道的标高高于设备法兰入口, 取消硫浆泵。此方法未实践, 这是利用自重的原理, 减少硫磺浆料输送的路径。
2.2.2. 2 夹套阀组
本套装置熔硫的技术主要工艺集中在夹套阀组中, 精制后的硫磺经过阀组进入挤压程序。夹套阀组详图如下:
其中:PT压力控制元件;TE温度测量元件;FT流量变送器;FV流量调节阀;阀门为不锈钢闸阀。
液硫自熔硫釜出, 阀组设计紧凑, 总宽度不超过1.5m, 高度也不超过0.8m, 所以阀组在预制安装时需要大量的管件。由图示中的阀组知, 阀组底部的弯头处易形成死角, 导淋阀安装的位置偏低, 不利于及时排液;管件、仪表仪器过多, 导致蒸汽流动性降低、硫磺堆积在管道内的可能性加大, 易结成固体快硫磺。针对此问题, 经过现场技改与实践, 阀组改进方法如下:
(1) 取消流量变送器 (FT) 阀组, 进行现场控制流量;流量远程控制往往由于管道内硫磺的堵塞而无法实现;
(2) 提高阀组高度0.2米, 使导淋阀正常工作;
(3) 仪表仪器制安保温防护罩, 减少硫磺经过仪表后的温差;且防护罩也要做好保温措施。
2.2.2. 3 夹套间蒸汽的连接方式
夹套阀组在设计时采用的蒸汽联络管连接方式如下图所示:
蒸汽联络管为DN15的无缝碳钢管, 在阀门或断开的夹套管道前后的外套管上挖眼, 直接与DN15的管道焊接。此连接方式缺点是极大的降低了蒸汽的作用, 且不利于阀门的拆卸与蒸汽管道的更换。在之后的变更中, 将原设计的不锈钢闸阀全部更换为不锈钢夹套球阀, 蒸汽联络管之间采用法兰连接, 示意图如下:
蒸汽由管道的底部进入夹套阀门, 不仅对经过阀门的硫磺温度有保证, 也减少蒸汽经过外部环境的热量损耗。夹套球阀与管道之间的蒸汽通过法兰连接, 方便夹套阀门的检修与蒸汽连接管的更换, 且夹套管道如果出现泄露, 通过法兰拆卸管节也极易找出漏点。
3 总结
2万吨硫磺精制装置是国内首套装置, 所以在设计与操作中的技术经验不够。但随着装置的长时间运行, 操作工已大概了解其工作原理, 并能根据十实际需要对现有的工艺流程进行改进。由于硫磺特殊的物理性能, 其对温度的要求特别高, 所以在之后的工艺变更中主要考虑硫磺原料的多少决定管道的直径, 且根据陕北冬天寒冷的特点加强套管伴热措施, 保证液硫的温度达到105℃~120℃, 装置就能平稳运行。
摘要：我国首套硫磺精制装置于2011年在延安石油化工厂建成, 此套装置减少了以含水和杂质的半成品存在的硫磺产品, 而产出纯度将达99.5%的硫磺, 达到进口同类产品水平。对于首套装置, 在工艺流程方面, 还需要根据实际情况和装置的年产量加以改进与变更, 使生产装置达到环保、节能、高效益的目的。
关键词：硫磺精制,工艺,技改
参考文献
[1]、中油辽河工程有限公司设计的相关图纸及文件;
[2]、《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》SHT3040-2002;
精制番茄红素的方法 篇4
番茄红素普遍存在于食用水果与食品中, 尤以番茄含量最高。在其叶绿体中, 番茄红素与蛋白质形成光合成色素蛋白质复合体附着在叶绿体膜上, 至番茄成熟时, 叶绿体中番茄红素形成折皱状晶体。人体的各种器官和组织中也广泛存在番茄红素, 它是人体血浆中含量最高的类胡萝卜素。植物中的番茄红素几乎都是反式的, 而在动物体内存在的番茄红素则是以顺式导构体为优势, 反式番茄红素生理活性较顺式异构体高, 而顺式番茄红素易溶于胆酸微粒并可优先融合乳糜微粒, 故易为人体吸收及利用。
番茄红素具有比其它类胡萝卜素更强的清除猝灭单线态氧的能力;具有清除自由基的能力;对预防前列腺癌、结肠癌和子宫癌等具有显著的作用;另外, 番茄红素具有延缓衰老的作用。番茄红素作为天然色素主要用于以下几个方面:1) 用于防止紫外线灼伤, 保护皮肤;2) 用于延缓衰老的产品;3) 用于类胡萝卜素复合产品;4) 用于预防前列腺癌的产品;5用于食品、药品、化妆品的着色剂。
目前, 获取番茄红素常用的方法主要为:有机溶剂提取法、超临界CO2萃取法、HPLC法、酶工程法、化学合成方法等。
本专利提出的制取番茄红素的方法主要采用微波辐射破壁法。该方法提取番茄红素将温度控制为40℃-55℃, 使菌丝体破壁死亡。并采用湿法高速球磨机破坏菌丝体的细胞壁, 降低菌丝浓度, 菌丝体5分钟后可破碎, 破碎率达98%以上, 碎片大小为10至25微米。
为提高番茄红素的提取率, 本专利用90%-95%的乙醇并以微波辅助进行萃取, 温度为35℃-45℃, p H值7.0, 常压, 萃取2至4次。
为彻底清除萃取液中的杂质, 我们加入蛋白酶、纤维素酶、果胶酶与淀粉酶来处理萃取液。蛋白酶水解三孢布拉氏霉菌产生的蛋白质, 纤维素酶与果胶酶处理其中的纤维素与果胶物质, 淀粉酶用来水解残留的淀粉。酶解过程结束后, 回收乙醇。
同时, 采用分子筛吸附法对番茄红素进一步纯化, 分子筛孔径要小于番茄红素分子的直径。吸附后, 将热饱和溶液冷却析出结晶, 加热干燥析出番茄红素产品, 使番茄红素结晶度为75%, 纯度>98.5%。
磷酸精制工艺研究与探讨 篇5
1 精制磷酸的品种与应用
无论是热法磷酸还是湿法磷酸, 通过上述方法生产的产品含有少量的杂质, 不能适应市场的多种需求, 只能作为中间产品, 而不能构成实际意义上的商品磷酸供给市场。因此就要根据不同的应用要求, 有针对性地对原酸进行精制处理, 以满足用户对产品的品质要求。目前国内比较常用的磷酸品种主要有以下几种:
(1) 工业级磷酸。是生产各类工业级磷酸盐产品, 如铝材抛光剂、钢铁防锈剂、磷化剂、金属清洗剂、有机合成催化剂等的原料;在纤维、棉织、印染工业中添加可改进纤维的经纱质量;还是良好的制造乳白玻璃的添加剂、补牙粘结剂等等。
(2) 低砷级磷酸。生产各类食品级磷酸盐的原料。
(3) 食品级磷酸。在食品工业中用作酸度调节剂、酸化剂、螯合剂、抗氧化增效剂;在酸性饮料中作酸味剂, 在复合调味料、罐头食品、可乐型饮料、干酪、果冻和含乳饮料中适量加入可改善其口感和品质, 也可用于糖果、焙烤食品以及一般食用油脂的抗氧化剂;大量用于制备各种食品级的磷酸盐产品;也是医药工业的原料, 也可用于合成人工生物材料。
(4) 电子级磷酸。可在电子工业中用作清洗剂和腐蚀剂, 是液晶板、锂电池的原料。
2 目前国内常见的磷酸精制工艺
2.1 分步间断法磷酸精制工艺
如图1所示, 此工艺最早应用于磷酸精制处理, 以获取低砷级磷酸、食品级磷酸和部分要求较高的工业级磷酸, 它是将硫化钠投入发生器 (1) 中, 与稀磷酸或水反应, 有硫化氢气体溢出形成一定的压力后, 从底部通入盛满待精制磷酸的反应釜 (2) 中, 硫化氢与磷酸中的亚砷酸或重金属化合物 (以铅为例) 反应, 生成硫化砷或硫化铅的沉淀物, 经陈化处理后在过滤器 (3) 中过滤, 再经精制调配釜 (4) 进一步脱色、调配后, 使用开式精滤器 (5) 利用常压静力通过专用滤布过滤后, 检验包装入库。
1.硫化氢发生器;2.反应釜;3.常压过滤器;4.精制调配釜;5.开式精滤器
工艺过程中的化学反应式有:
从以上工艺过程可以看出, 本系统与原酸生产系统相互独立, 系统内各反应、处理单元又相对独立, 整个过程为开放式作业, 分步处理, 自然过滤, 间断性生产。其优点是:生产灵活性强, 产品品种更迭方便, 含量控制面广, 单元之间相互制约少, 出现问题可及时处理, 固定资产投资少, 便于维修, 适宜小批量多品种的生产;其缺点是:产量低, 劳动强度高, 劳动生产率低, 劳动环境差, 存在安全隐患, 自动化程度低, 自然因素对质量的影响较大, 原辅材料消耗高, 废渣含酸量大且处理困难, 易造成环境污染。目前依然在较多的小型企业中沿用。虽然不同的厂家的局部工艺路线和设备有所不同, 但是, 其基本思路是相同或相似的, 始终没有摆脱小规模低档次的生产局面。
2.2 一步连续法磷酸精制工艺
如图2所示, 此工艺是我国于1983年从德国赫斯特 (Hochest) 公司引进的热法磷酸装置的精制部分, 主要应用于有较高品质要求的工业级磷酸的生产。它的主要作用是对磷酸进行脱砷处理。在硫化钠溶液制备罐 (1) 中制取一定浓度的硫化钠溶液, 将溶液从反应塔 (2) 底部喷入塔内, 与输入的原酸形成同向混流, 反应, 生成的硫化氢与磷酸中的砷或重金属 (以铅为例) 反应, 从反应塔上部流出至缓冲罐 (3) 内, 加入助滤剂形成浑浊液后流入布滤器 (4) , 通过重力过滤后经收集进入提纯釜 (5) 中, 然后送至洗涤塔 (6) 与塔底送入的热空气逆向流动除去酸中剩余的过量硫化氢气体, 经洗涤后的洁净磷酸进入成品酸罐, 检验合格后包装入库。
工艺过程中的化学反应式有:
发从以上工艺过程可以看出, 本系统与原酸 (磷酸) 生产系统形成一个完整的磷酸生产体系, 它们是一个不可分割的整体, 系统内各反应、处理单元形成一套完整的流水生产线, 整个过程是密闭式与开放式作业同时存在, 自然过滤, 连续性生产。其优点是:产量大, 自动化程度较高, 劳动强度较低, 劳动生产率较高, 劳动环境较好, 自然因素对质量的影响较小;其缺点是:生产灵活性差, 产品品种单一, 无法灵活控制含量, 质量难以有效控制, 单元之间相互制约, 出现问题不能及时发现、及时解决, 一次性投资较大, 不适宜小批量多品种的生产;消耗高, 废渣含酸量大且处理困难, 易造成环境污染。
1.制液罐;2.反应塔;3.缓冲罐;4.布滤器;5.提纯釜;6.洗涤塔;7.成品酸罐
此装置自1983年引进至今, 在我国得到了广泛的应用和推广, 尤其在一些单产较大的热法磷酸生产企业中更是常见。虽然进行了不断的改进和革新, 但始终没有有效地克服生产中的不利因素。
3 磷酸精制新型工艺研究和探讨
3.1 研究思路
(1) 由于精制磷酸的应用领域广泛, 不同领域对产品质量指标的要求不同, 相同领域对产品质量指标的要求也有一定差异, 且产品具有不宜长期存放的特点, 因此对工艺过程的系统设计来讲, 就要求产品品种多样, 产量大小易控, 并能够方便、快捷、频繁地更换品种。
(2) 作为常用的无机化工产品磷酸, 对产品质量要求是非常严格的。因此, 在生产过程中就要求工艺系统性能可靠、控制精确、易于操作, 发现异常能够及时反馈与处理。
(3) 本设计方案力求采用优化的工艺路线, 简洁可靠的设备组合, 科学合理的操作方式, 先进自动的控制手段, 以期达到减少设备投资、降低劳动强度、充分利用原辅材料的目的。
(4) 本设计将严格控制硫化氢气体、含酸洗涤废水和硫化砷渣的排放。其中尾气中的硫化氢气体在洗涤塔中用碱液洗涤吸收, 达标后排放;含酸洗涤废水回收过滤后作为工艺循环水返回系统中使用;对硫化砷渣则利用高压气体压榨其中的酸液, 使其含酸量小于2% (其它工艺为15%~20%) , 形成饼状物后出售, 压榨出的酸液返回系统内再次使用。系统采用全封闭负压作业。
3.2 工艺线路
根据以上思路, 我们经过多年的探讨和试验, 研究出了如图3所示的工艺系统, 它可以连接到原酸生产线上, 作为系统的一部分, 产量可随主系统的变化而改变, 最大可达4万t/d, 也可以作为一个独立的生产线单独存在。整个系统采用模块化设计, 利用一套系统, 针对不同的品种要求, 采用不同的模块组合, 生产多个品种, 同一个单元设备在生产不同的品种时又承担不同的作用。它既可以连续生产, 又可以间断生产。目前能够生产的磷酸品种为工业级、低砷级、食品级、医药级、电容级、试剂级 (优级纯、分析纯、化学纯) 。现以生产食品级磷酸为例, 简述其主要工艺过程。
在制液罐 (1) 中制备一定浓度的P2S5溶液备用, 由前道工序生产的原酸通过过滤器 (2) 过滤后, 根据不同要求送入反应处理器Ⅰ (3) 或反映处理器Ⅱ (4) 中, 经加热后进行脱砷、脱重金属、陈化处理, 形成磷酸的混浊液, 用泵压入压滤机 (6) , 进行初步过滤, 滤液返回反应处理器Ⅰ (3) 或反应处理器Ⅱ (4) 中, 根据需要向处理器中加入适当的处理剂进行除铁、除硫、脱色、曝气、调配处理, 中间控制合格后, 再次压入压滤机进行精滤, 滤饼进行榨酸处理, 清澈的磷酸滤液循环压入气提塔 (5) , 进行脱臭处理, 然后压入精滤器 (7) , 通过膜过滤, 放入成品罐 (8) 中, 检验合格后包装入库。
新工艺过程中的化学反应式有:
通过以上的工艺处理, 将得到符合客户要求的磷酸产品。
4 各工艺方案的优劣性
各工艺方案的优劣性比较结果见表1所示。
5 结论