一文了解有机中空纤维渗透汽化膜工艺及运用（内附案例）

导读

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在制药行业，特别是原料药、中间体企业生产过程中，大量使用各种有机溶剂用于反应、结晶、清洗等工艺，在使用之后，溶剂中会含有产品、原料、无机盐、酸、碱或者色素之类的杂质，当然其中也会包括水。在回用时，就需要把杂质及水去除，常规使用的方法包括蒸馏釜、精馏塔、超重力旋转床等传统工艺，另外有很多企业使用无机渗透汽化膜用于共沸溶剂的深度脱水，譬如无水级乙醇、异丙醇等等。

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有机中空纤维渗透汽化膜的主要功能也是用于有机溶剂的脱水单元，可以汽相进料，也可以液相进料，原料的pH范围4-8，电导率小于100us/cm，初始含水量无限制，相较于无机渗透汽化膜，具有成本低、节能50%以上、节约占地30%以上、操作方式更安全（非压力容器）、使用条件更广、和前端预处理更易结合等优势。

一、 膜及膜组件‍

该有机膜技术源自新加坡国立大学钟台生院士团队和世纪水集团新加坡分离膜研发中心的共同研发，由南京惟新研究院孵化成熟后进行市场推广，膜材料为特殊高分子原料，经世界首创的一步成型工艺制备成中空纤维膜，经过精细处理后形成标准的膜芯元件，根据项目不同，选用不同规格的膜组件。

有机中空纤维渗透汽化膜具有以下特点：

v 超亲水海绵选择层，水分子优先溶解扩散 

v 对pH、电导率和杂质耐量大，无需复杂前处理，无需汽相进料 

v 高通量，高分离效率，耐溶胀 

v 耐高温≤150℃

v 应用于多种有机溶剂脱水提纯、海水淡化，脱盐等。 

二、设备工艺

以乙醇脱水工艺为例：

乙醇原料由膜进料泵输送，经预热器预热、加热器升温后，进入膜组件进行脱水。原料中的水分和少量乙醇由膜外侧渗透至膜内侧，在最后一级膜组件出口得到含水量≤0.5wt.%的乙醇成品液，在预热器中对原料进行预热后进入成品冷却器冷却，最终进入膜成品罐中。膜内侧采用抽真空加冷凝的方式产生推动力，渗透液蒸汽在真空机组抽吸下进入渗透液冷凝器，冷凝后的渗透液流至渗透液罐中，未冷凝的蒸汽（多为乙醇蒸汽）从真空泵出口进入尾气冷凝器进行冷凝器，捕集其中少量的乙醇。

公用工程需求（以8000吨/年含水10%的乙醇脱水到0.5%为例）

类别	规格	单位	消耗
蒸汽	0.2~0.4MPaG	t/t	0.1~0.12
电耗	380V，50Hz	KWh/t	12~15
循环水	≥0.3MPa，上水≤32℃	m3/t	3~3.5
冷冻水	≥0.3MPa，上水-5~0℃	m3/t	15~20
氮气	≥0.3MPa	停机吹扫膜组件

工艺特点：

v 运行成本低：液相进料，相较于精馏降低能耗80%以上，较无机膜降低50%以上，原料常压或低压进料，无需加压，运行压力小于0.5bar；渗透蒸汽温度低，冷却水耗量少。

v 占地小：膜组件单位体积装填面积大；中低温常压操作，换热器体积小。

v 抗污染性强：特殊材料的超亲水性，且耐酸、耐盐；

v 脱水范围广：可从99%的水脱至0.1%以下；

v 操作简便：一键启停，可增加数据远传及远程操控，适应企业未来发展需求；

 三、应用场景及体系‍

应用体系：

v 醇类：乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇等；

 四、和其他工艺的耦合‍

相较于传统工艺，渗透汽化工艺有其非常大的优势，但是传统工艺在某些条件下，也有具有优势的地方：譬如塔设备耐腐蚀，维护成本低，适用范围广；釜设备在一些回收要求不高的环境，操作简单，设备成本低；所以传统工艺和渗透汽化工艺的耦合，使两者优势互补，就能得到1+1＞2的效果。

目前渗透汽化膜主要以无机材料为主，以汽化形式过膜脱水，操作温度在100度以上，压力在0.1Mpa以上。这就给传统工艺和无机膜耦合增加了难度。

有机中空纤维膜操作弹性大，可汽相进料，也可以液相进料，耐酸、耐盐，原始水分无限制，这些优势就使传统工艺与渗透汽化工艺具备了耦合的基础。

譬如：

1、与反应釜/蒸馏釜的耦合，可直接参与现有的反应过程促进反应，或用于反应后的脱溶过程，将反应釜/蒸馏釜的常压蒸汽进入有机中空纤维渗透汽化膜系统脱水；

2、与精馏塔/超重力旋转床的耦合，通过精馏塔/超重力旋转床完成除杂、分离后将采出的常压蒸汽进入有机中空纤维渗透汽化膜系统脱水；

3、与吸附、超滤等预处理工艺有机结合，通过吸附、超滤等预处理手段完成物料的脱色、除杂、提浓后，液体适当加热后进入有机中空纤维渗透汽化膜系统脱水（不需汽化）。

五、案例分析‍

以生物乙醇为例：

• 能耗高，成本高                        能耗低，运行成本低 

• 投资回报率低                          投资回报率高

• 占地大                                占地小

运行案例：

乙醇体系（50%水含量） 

数据来源：河南天冠燃料乙醇有限公司

异丙醇体系（15%水含量）

数据来自新加坡某制药企业

丙三醇体系（85%水含量）

数据来自于河南天冠集团，产品纯度满足客户要求

 六、服务提供商

惟宇集团及其隶属南京惟新环保新技术产业研究院，是新加坡世纪水集团在中国南京建立的中国区域总部及技术中心，坐落于南京市江宁区国际企业总部基地，拥有3000平米办公及研发中心及2000平米高端制造基地。 

公司依托于新加坡国立大学钟台生院士团队，新加坡世纪水集团及南京江宁区政府三方合资共建的高端环保技术平台，以国际领先的低压中空纳滤膜，渗透汽化膜，碳化硅陶瓷膜，倒向反渗透，新型海水淡化能量回收等技术，致力于打造中国环保技术的开拓者和领航人!

核心团队：

 七、技术支持平台‍

1、世纪水新加坡分离技术研发中心

世纪水新加坡分离技术研发中心成立于2014年，前身为世纪水集团的研发事业部。研发中心共有11人，包括博士2人，本科以上研发工程师若干，占地约500m2，有各类制备、测试和分析设备。研发中心以膜技术为核心，目前已经交付生产的技术有PervaPure渗透汽化中空纤维膜，NanoPure纳滤中空纤维膜等，在研项目包括耐溶剂纳滤，特种正渗透，气体分离膜等。自成立以来，研发中心得到了新加坡政府机构，如企业发展局（ESG）和公共事业局（PUB）等的大力支持，5年内共获得资助折合近两千万人民币。

2、新加坡国立大学能源环境与医药分离膜研究中心

新加坡国立大学能源环境与医药分离膜研究中心是由新加坡工程院院士、教务长讲座教授钟台生博士于1998年牵头成立的，专注于功能分离膜研究的科研平台。研究中心现有博士硕士等各类研究人员40余人，先后承担了新加坡国家科研基金项目、公共事业局（PUB）项目、新加坡科技研究局项目等重要科研项目40余项，研发经费4500万美元，发表学术论文800余篇，拥有70多项授权专利和专利申请（包括35项美国专利），获得国家和学术组织奖励200多项，并孵化相关企业7家。另外，研究中心一直致力于直接为企业提供解决方案，多年来与巴斯夫、三井、葛兰素史克、宝洁、伊士曼等十多家跨国企业展开横向课题研究，企业研发经费达900万美元，为企业直接或间接研发各类膜产品二十余项。研究中心多年来在膜制备、表征、污染与清洗及膜组件和应用设备研制等各个方面取得了多项重要成果，尤其中空纤维膜技术在水处理、医药溶剂、气体分离和生物能源领域的取得广泛的应用。

研究中心面积2000平方米，主要设备有中空纤维纺丝线、平板膜涂覆设备、膜组件封装设备、膜组件测试设备、正电子湮灭测试设备、气体分离设备、反渗透测试设备、机械拉伸设备、及各种表征仪器。

方式：南京惟新环保装备研究院

联系人：张智电话：[phone]地址：南京市江宁区国际企业总部基地

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