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面向高技术过程的不锈钢泵发展

2017-04-19 13:49:22

  发展高科技术实现产业化,积极推进具有战略意义的高技术研究,加快高新技术向传统产业渗透,是中国在科技进步和创新方面致力实现的目标。不锈钢泵技术从根本上说是过程放大技术,因此高技术过程工艺的工业化实现离不开不锈钢泵技术的支持。同时面向高技术发展的需求开发的过程设备,也是不锈钢齿轮泵制造业自身发展的需求。近年来化工过程机械市场竞争的结果表明,只有重视过程单元设备开发的企业才能得以生存和发展,今后的竞争还将表明只有面向高技术过程进行设备开发的企业才有的生命力。
  (1)的能源与环保技术
  能源领域的高新技术过程对于不锈钢泵技术是富有挑战性的。中国“863”高技术研究计划在后续能源主题中提出发展生物质气化发电技术和生物质液体燃料技术,许多设备的开发研制均与不锈钢泵相关。的生物质发电系统包括流化床燃烧、生物质综合气化和生物质外燃气透平系统,流化床锅炉技术   流态化燃烧方式,使它具有一些传统锅炉所不具备的优点,可以燃用常规燃烧方式难以使用的生物质材料。目前循环流化床锅炉的能力已达250MW,发达   近年来着力开发使用生物质气化驱动燃机并结合循环流化床的联合循环技术,瑞典在1993年便建立了利用加压循环流化床气化技术的发电厂。生物质高温气化技术的关键是高温空气的廉价生成,新型高温低氧空气   燃烧技术的出现及陶瓷材料领域的科技进步   了热回收技术的发展。经济紧凑、   回收烟气余热的蜂窝式陶瓷蓄热体在日本的成功开发,大幅度降低了高温空气的生产成本,使得以高温空气为核心的高温空气气化技术得到了广泛应用。采用热惰性小的蜂窝式陶瓷蓄热体,并用同炉烟气显热预热空气,空气预热后温度可达1000℃以上,只比炉温低50~100℃,   大限度地实现了烟气余热回收。生物质外燃式透平系统所用高温换热器也是一项关键技术,由其产生干净的空气,减少了后续透平系统的腐蚀,但出口空气温度决定了系统效率。固体生物质的热解液化是开发利用生物质能的途径,是在中温500℃左右、高加热速率(可达10000℃/s)和极短气体停留时间(约2s)的条件下,将生物质直接热解,经快速冷却而得到液体油。其   大的优点就在于产品油易存储和输运,不存在产品的就地消费问题,因而得到了的广泛关注。其关键技术便是热解液化的反应器,目前具有应用前景的技术包括载流床、旋风床、真空移动床、旋转锥以及循环流化床等。燃料乙醇是一种可   资源和环保产品,其生产技术相对成熟,年产600kt的生产装置是中国“十五”建设项目之一,其中热耦合精馏装置、选择性吸附设备等制造技术也为不锈钢泵技术提供了发展的空间。
  高温气冷堆与常规的核反应堆相比有明显的优势,除了用于发电,其产生的高品质热能(1000℃气体)还可用于等离子冶金、等离子喷射沉积等的冶金技术,亦可直接用于煤气化和甲烷转化技术,但其装置的抗蠕变和疲劳、抗腐蚀的设计十分重要,除了反应堆,氦气换热器、氦气透平、蒸汽发生器等产品的设计制造均有很高的难度。
  洁净煤技术也是中国优先发展的高技术领域,为了达到节约能源和保护环境的目的,   高度重视发展循环流化床锅炉、   低污染的中小锅炉和燃煤系统、水煤浆制备与燃烧装备以及消烟除尘设备技术和脱硫脱硝设备技术,开发的煤炭气化设备技术、煤炭液化设备技术等。
  (2)纳米材料制备技术
  粉体设备技术是不锈钢泵技术的主要分支,而纳米粉体的制备技术则是其前沿技术。制备纳米粉的途径大致有两种:一种是粉碎法,即通过机械作用将粗颗粒物质逐步粉碎而得;另一种是造粉法,即利用原子、离子或分子通过成核和长大两个阶段合成而得。若以物料状态来分则可归纳为固相法、液相法和气相法三大类。随着科技的不断发展以及不同物理化学特性超微粉的需求,在上述方法的基础上衍生出许多新的制备技术。固相法是一种传统的粉化工艺,用于粗颗粒微细化。由于其具有成本低、产量高以及制备工艺简单易行等优点,加上近年来   球磨和气流粉碎等分级联合方法的出现,因而在一些对粉体的纯度和粒度要求不太高的场合仍然适用。但是其存在着能耗大、效率低、所得粉末不够细、杂质易混入、粒子易氧化或产生变形等缺点,因此在当今高科技领域中较少采用此法。液相法是目前实验室和工业上广泛采用的制备超微粉的方法。其过程为选择一种或多种合适的可溶性金属盐类,按所制备的材料的成分计量配制成溶液,使各元素呈离子或分子态,再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等操作,将金属离子均匀沉淀或结晶出来,   后将沉淀或结晶物脱水或者加热分解而制得超微粉。与其他方法相比,液相法具有设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点,主要用于氧化物系超微粉的制备。气相法是直接利用气体或者通过各种方式将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理或化学反应,   后在冷却过程中凝聚长大形成超微粉的方法。气相法在超微粉的制备技术中占有重要的地位,此法可制取纯度高、颗粒分散性好、粒径分布窄、粒径小的超微粉,尤其是通过控制可以制备出液相法难以制得的金属、碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉。该法又可分为蒸发冷凝法和气相反应法。目前中国   创的超重力反应沉淀法(简称超重力法)合成纳米粉体技术已经完成工业化试验,超重力沉降设备利用旋转产生的比地球重力加速度高得多的超重力环境,在分子尺度上地控制化学反应与结晶过程,从而获得粒度小、分布均匀的   纳米粉体产品,与传统的搅拌槽反应沉淀法制备技术相比,具有设备小、生产效率高、生产成本低、产品质量好等突出优点。水热法制备   (纳米)粉末近年来也很受重视,水热法研究的温度范围在水的沸点和临界点(374℃)之间,但通常使用的是130~250℃之间,相应的水蒸气压是0.3~4MPa。与溶胶凝胶法和共沉淀法相比,其   大优点是一般不需高温烧结即可直接得到结晶粉末,从而省去了研磨及由此带来的杂质,其中涉及的高温高压相关设备也是不锈钢泵技术的强项。
  (3)超临界流体技术
  超临界流体是指在临界温度和临界压力以上的流体。超临界流体萃取分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。这一技术目前已被广泛地应用于食品加工(如提取豆油、从咖啡豆中萃取咖啡因)、医药保健品生产(如中草药成分提取方面)、   香精香料的提取、制备液体燃料等诸多方面,因此不锈钢泵技术应用于超临界萃取的产业化具有广阔的前景。近年来超临界水氧化(SCWO)方法被用来处理有毒难溶的化学物质,得到高度重视,   利用SCWO技术已试处理过化学武器中的物质、火箭燃料物质、爆炸物质、双氧化物污染的土壤、纸浆厂料浆、城市泥浆、易挥发酸、工业料浆、人体生理垃圾等。但是SCWO在高温高压下(T>374℃,p>220MPa)运行,它的腐蚀性特别强,当Na+、H+、Cl-,F-,NH+4等离子出现时腐蚀   为严重,同时盐在反应区的沉积也相当严重,因此其反应器、预热器、冷却装置和管道的设计制造均有相当大的难度。但也正因为此,才需要不锈钢泵的科学工作者抓住源头创新的机遇,解决其工业化生产的问题。
  (4)微小型化学不锈钢泵
  微机械在航空航天、精密仪器、材料、生物等领域有着广泛的应用潜力,受到世界各国的高度重视,被誉为20世纪十大关键技术之   、21世纪   具代表性的技术之一。而微小型化学不锈钢泵由于以化学化工过程为基础,因此比一般意义上的微机械   加复杂。微小型化学不锈钢泵可以分为两类:一类为强化化工过程的微小型机械,通过过程效率的强化,使得设备体积大大减小,在未来有可能实现台式计算机一样大小的   生产的工厂;另一类则指以微型化学不锈钢泵产品为主组成的微仪器,通过进一步的微型化,实现芯片上的实验室(LabOnChip)。
  对于过程强化,目前已有了一些实例,可以大大缩小传统设备的体积,如静态混合反应器、超重力传质设备、紧凑式换热器、构件催化反应器等。日本提出的无配管化工装置的概念力图将反应器上的外接管道减少到   低限度,反应器将各种新型化工单元设备的功能集于一身,地缩小了体积。由于设备的效率提高、生产成本将降低、设备和基建的投入减少,同时污染减少、   可靠性大大提高。对于微仪器,早在20世纪70年代,斯坦福大学便试图在芯片上建造色谱仪,20世纪90年代以来,人们又提出了微型分析系统(MicroTotalAnalysis,μTAS)的概念,并已取得许多令人鼓舞的进展,如已制造了一个手提式血液化学分析系统。目前人们还试图将质谱仪缩小到一个手提计算机大小,样品入口、电离室、加速电极、漂移室和探测阵列都集成到一个硅片上,另一独立的硅芯片则包含微机械真空泵,用来维持仪器内的真空环境。微型不锈钢泵技术可将传统的混合、反应、分离、检验等过程集成为一体,成为芯片上的实验室。目前微型不锈钢泵技术还没有形成,中国不锈钢泵制造业对微仪器的制造亦还缺乏意识和知识,相信今后在化学家和不锈钢泵工作者的合作下,能逐渐形成新的产业。

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