新型化工分离技术

姓姓名名 崔崔婷婷婷婷 班班级级 化化工工 0 08 80 04 4 学学号号 0 08 81 11 10 04 43 38 8 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 化化工工分分离离技技术术的的若若干干新新进进展展 崔婷婷 吉林化工学院 化工系 吉林 摘要 介绍了化工分离过程的几种新技术的原理 适用范围及优点 并根据其重要性 多样性及复杂性分析并讨论它在过程工业可持续 发展中的意义和作用 关键词 化工分离 新技术 可持续发展 1 概述概述 1 1 化工分离过程的重要性化工分离过程的重要性 分离过程是将混合物分成组 成互不相同的两种或几种产品 的操作 一个典型的化工生产 装置通常由一个反应器和具有 提纯原料 中间产物和产品的 多个分离设备组成 分离操作 一方面为化学反应提供符合质 量要求的原料 清除有害物并 提高收率 另一方面进行分离 提纯得到合格的产品并使未反 应的循环利用 此外分离操作 在环境保护和充分利用资源方 面起着极其重要的作用 因此 分离操作在整个化工生产中占 有十分重要的地位 1 2 化工分离技术的多样性化工分离技术的多样性 由于化工分离技术的应用领 域十分广泛 原料 产品和对 分离操作的要求多种多样 这 就决定了分离技术的多样性 按化工分离过程机理划分 可 大致分成 5 类 即 生成新相以 进行分离 如蒸馏 结晶 加 入新相进行分离 如萃取 吸 收 用隔离物进行分离 如膜 分离 用固体试剂进行分离 如吸附 离子交换 和用外 力场或梯度进行分离 如离心 萃取分离 电泳 等 它们的 特点和设计方法有所不同 但 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 各有特点和特定的应用场合 1 31 3化工分离过程的复杂性化工分离过程的复杂性 化工分离技术十分复杂 即 使对于精馏 萃取这些比较成 熟的技术 多组分体系大型设 备的设计仍是一项困难的工作 大型塔器设计 放大的主要困 难在于塔内两相流动和传质过 程的非理想性 例如 大型规 整填料塔中既存在着纵向混合 和径向混合等宏观尺度的流动 也存在界面附近微尺度的涡流 界面和传递过程 沿用了百余 年的平衡级模型虽然简单 直 观 但用于多组分分离过程的 缺点已显而易见 许多商用软 件功能强大 已在工程设计中 得到广泛运用 但是 多相 多组分传质过程的数学模型尚 不完善 这也体现了分离技术 的复杂程度 2 分离过程的新技术分离过程的新技术 2 1 超声波提取技术超声波提取技术 超声波提取技术 Ultrasound Extraction 3 UE 是近年来应用到中草药有 效成份提取分离的一种最新的 较为成熟的手段 超声波是指 频率为 20 千赫 50 兆赫左右 的声波 它是一种机械波 需 要能量载体 介质 来进行传 播 超声波在传递过程中存在 着的正负压强交变周期 在正 相位时 对介质分子产生挤压 增加介质原来的密度 负相位 时 介质分子稀疏 离散 介 质密度减小 也就是说 超声 波并不能使样品内的分子产生 极化 而是在溶剂和样品之间 产生声波空化作用 导致溶液 内气泡的形成 增长和爆破压 缩 从而使固体样品分散 增 大样品与萃取溶剂之间的接触 面积 提高目标物从固相转移 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 到液相的传质速率 在工业应 用方面 利用超声波进行清洗 干燥 杀菌 雾化及无损检测 等 是一种非常成熟且有广泛 应用的技术 2 1 1 超声波萃取的原理 超声波萃取中药材的优越 性 是基于超声波的特殊物理 性质 主要是主要通过压电换 能器产生的快速机械振动波来 减少目标萃取物与样品基体之 间的作用力从而实现固 液萃 取分离 1 加速介质质点运动 高 于 20 KHz 声波频率的超声波 的连续介质 例如水 中传播 时 根据惠更斯波动原理 在 其传播的波阵面上将引起介质 质点 包括药材重要效成分的 质点 的运动 使介质质点运 动获行巨大的加速度和动能 质点的加速度经计算一般可达 重力加速度的二千倍以上 由 于介质质点将超声波能量作用 于药材中药效成分质点上而使 之获得巨大的加速度和动能 迅速逸出药材基体而游离于水 中 2 空化作用 超声波在液 体介质中传播产生特殊的 空 化效应 空化效应 不断产 生无数内部压力达到上千个大 气压的微气穴并不断 爆破 产生微观上的强大冲击波作用 在中药材上 使其中药材成分 物质被 轰击 逸出 并使得 药材基体被不断剥蚀 其中不 属于植物结构的药效成分不断 被分离出来 加速植物有效成 份的浸出提取 3 超声波的振动匀化 Sonication 使样品介质内各 点受到的作用一致 使整个样 品萃取更均匀 综上所述 中 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 药材中的药效物质在超声波场 作用下不但作为介质质点获得 自身的巨大加速度和动能 而 且通过 空化效应 获得强大 的外力冲击 所以能高效率并 充分分离出来 2 1 2 超声波萃取的特点 适用于中药材有效成份的萃取 是中药制药彻底改变传统的水 煮醇沉萃取方法的新方法 新 工艺 与水煮 醇沉工艺相比 超声波萃取具有如下突出特点 1 无需高温 在 40 50 水温 F 超声波强化萃取 无水煮高温 不破坏中药材中 某些具有热不稳定 易水解或 氧化特性的药效成份 超声波 能促使植物细胞地破壁 提高 中药的疗效 2 常压萃取 安全性好 操作简单易行 维护保养方便 3 萃取效率高 超声波强 化萃取 20 40 分钟即可获最 佳提取率 萃取时间仅为水煮 醇沉法的三分之一或更少 萃 取充分 萃取量是传统方法的 二倍以上 据统计 超声波在 65 70 C 工作效率非常高 而温度在 65 C 度内中草药植 物的有效成份基本没有受到破 坏 加入超声波后 在 65 度 条件下 植物有效成份提取 时间约 40 分钟 而蒸煮法的 蒸煮时 间往往需要两到三小 时 是超声波提取时间的 3 倍 以上时间 每罐提取 3 次 基 本上可提取有效成份的 90 以 上 4 具有广谱性 适用性广 绝大多数的中药材各类成份均 可超声萃取 5 超声波萃取对溶剂和目 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 标萃取物的性质 如极性 关 系不大 因此 可供选择的萃 取溶剂种类多 目标萃取物范 围广泛 6 减少能耗 由于超声萃 取无需加热或加热温度低 萃 取时间短 因此大大降低能耗 2 2 膜分离技术膜分离技术 膜分离技术是指在分子水平上 不同粒径分子的混合物在通过 半透膜时 实现选择性分离的 技术 半透膜又称分离膜或滤 膜 膜壁布满小孔 根据孔径 大小可以分为 微滤膜 MF 超滤膜 UF 纳滤膜 NF 反渗透膜 RO 等 膜分离都 采用错流过滤方式 2 2 1 膜分离技术优点 1 在常温下进行 有效成分损失极少 特别适 用于热敏性物质 如抗生素等 医药 果汁 酶 蛋白的分离 与浓缩 2 无相态变化 保持原有的风味 能耗极低 其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓 缩的 1 3 1 8 3 无化学变化 典型的物理分离过程 不用 化学试剂和添加剂 产品不受 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 污染 4 选择性好 可在分子级内进行物质分 离 具有普遍滤材无法取代的 卓越性能 适应性强处理规模可大可小 可以连续也可以间隙进行 工 艺简单 操作方便 易于自动 化 2 3 微波萃取技术微波萃取技术 在传统萃取过程中 能量无 规则地传递给萃取剂 然后萃取 剂扩散到基体物质 再从基体溶 解或夹带多种成分扩散出来 微波萃取 则是利用微波能来提 3 高萃取效率的一种较新技术 微波是一种频率范围为300 300 000 MHz 的电磁波 不同物质 的介电常数不同 其吸收微波能 的程度不同 由此产生的热能及 传递给周围环境的热能也不相 同 在微波场中 吸收微波能力 的差异使得基体物质的某些区 域或萃取体系中的某些组分被 选择性加热 从而使得被萃取物 质从基体或体系中分离 进入到 介电常数较小 微波吸收能力 相对较弱的萃取剂中 2 3 1微波萃取的工艺流程 微波萃取的大致工艺流程如 下 原料预处理 清洗 切片或 粉碎 溶剂与物料混合 微波 萃取 过滤 浓缩 分离 萃取成分 2 3 2 微波萃取的方法 1 常压法 即在敞口容器中进行微波萃 取 其优点是样品容量大 安全 性能好 容器便宜 缺点是原料 容易污染 挥发性成分容易损 失 有时消解不完全 2 高压法 指物料在密闭消解罐中进行 消解 因为消解罐为密闭容器 消解时产生的高压提高了酸的 沸点 密闭时也产生高温提高了 反应速度 减少了反应时间 酸 也不会损失 节约了酸的用量 减少了酸雾对其他容器的腐蚀 3 连续流动萃取法 就是将微波在线消解与流动 注射联用的方法 2 3 3 微波萃取的特点 微波萃取技术作为一种新型 的萃取技术 有着明显的特点 首先 借介质从内部加热萃取 可有效地保护物料中的有效成 分 纯度高 萃取率高 其次 对 萃取物有高选择性 因其对极性 分子的选择性加热从而其选择 性地溶出 第三 速度快 省时 传统方法需要几小时或十几小 时 而微波萃取只需要几秒到几 分钟 可节省 50 90 的时 间 最后 安全 节能 无污染 生产设备简单 节省投资 崔婷婷 化工分离技术的若干进展 3 化工分离技术的可持续发展化工分离技术的可持续发展 化工分离技术的不断发展 可以加快工业的进步并带动经 济的快速发展 但同时也会带来 资源的浪费 环境污染以及能 源损耗 所以 为了使化工分 离过程更为绿色化 节能化 高效化 面临新的挑战 人们 对化工分离过程的强化提出了 更高目标 越来越多的研究人 员认为 化工过程强化的目标 不应只停留在使已有设备挤出 百分之几的效率 而应致力于 使过程工业的效率取得大幅度 的提高 化工过程强化不能满 足于渐进式的变革 而应致力 于在设备的体积 能耗 原材 料消耗 产业化的周期和环保 等方面使过程和工厂的效率取 得重大的突破 大量实例表明 化工分离过程强化对过程工业 的节能减排发挥了重要作用 因此我们