新型化工分离技术

翠绿化工分离技术的若干进展姓名：崔亭级别：化工0804学号：_化工分离技术的若干新进展崔婷(吉林化工学院化工系，吉林)摘要：介绍了化工分离过程中一些新技术的原理、适用范围和优点。 根据其重要性、多样性和复杂性分析和讨论流程产业在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 .概要1.1化工分离过程的重要性分离工艺是将混合物分成组成互不相同的2种以上的产品的操作。 典型的化工生产装置通常由一个反应器和精制原料、具有中间产物和产品的多个分离设备组成。 分离操作为化学反应提供符合质量要求的原料，除去有害物质，提高产率，同时分离纯化合格品，使未反应循环利用。 分离操作在环境保护和资源利用中发挥着极其重要的作用。 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应用领域非常广泛，对原料、产品和分离操作的要求多种多样，决定了分离技术的多样性。 根据化工分离过程的机理，大致可分为生成和分离新相(蒸馏、结晶等) 5种。 添加并分离新相(提取、吸收等)。 用隔膜分离(膜分离等)。 用固体试剂分离(吸附、离子交换等)，或在外力场或梯度分离(离心萃取分离、电泳等)。 它们的特点和设计方法虽然不同，但各有特点和特定的应用场景。1.3化工分离过程的复杂性化工分离技术十分复杂。 即使是精馏、提取等比较成熟的技术，设计多成分系统的大型设备也是一项艰巨的工作。 大型塔的设计、扩大的主要困难是塔内两相流动和传递过程不理想。 例如，大型规则填充塔中也存在纵向混合和放射状混合等宏观尺度的流动，也存在界面附近的微观尺度的涡流、界面和传递过程。 一百多年来的平衡级模型简单直观，但多组分分离过程的缺点已经很明显。 许多商用软件强大，已在工程中得到广泛应用。 但是，多相、多成分遗传过程的数学模型尚未完成，也体现了分离技术的复杂性。2 .分离过程的新技术2.1超声波提取技术超声提取技术(Ultrasound Extraction，UE )是近年来应用于中药有效成分提取分离的最新比较成熟的手段。 超声波是频率为20千赫50兆赫左右的声波，是机械波，需要能量载体-介质。 超声波存在于传递过程中的正负压力交变周期为正相位时，对介质分子产生压迫，在介质本来的密度增加的负相位的情况下，介质分子稀疏、离散，介质密度减少。 也就是说，超声波不极化试料内的分子，在溶剂和试料之间产生声波空化作用，引起溶液内气泡的形成、生长和爆炸压缩，使固体试料分散，增大试料和萃取溶剂的接触面积，提高对象物从固相向液相转移的传播速度。 在工业应用中，利用超声波进行清洗、干燥、杀菌、雾化、无损检测等是一项十分成熟、广泛应用的技术。2.1.1超声波提取原理中草药在超声波提取中的优势是基于超声波的特殊物理性质。 主要通过压电换能器产生的高速机械振动波，减少目标提取物与试料基体之间的力，实现固液提取分离。(1)加速介质的质点运动。 传播超声波频率高于20 KHz的连续介质(如水)时，惠更斯波动原理导致介质点(含药剂重要有效成分的质点)在其传播的波面上运动，给介质点的运动带来了很大的加速度和动能。 质点的加速度一般计算为重力加速度的两千倍以上。 介质质点通过超声波能作用于药剂的药效成分质点而获得巨大的加速度和动能，迅速脱离药剂基质游离于水中。(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数千气压的微空化，“爆破”微观强冲击波作用于中药，其中药剂成分物质逃逸到“冲击”，药剂基体绝缘加快植物有效成分的浸出提取。(3)超声波的振动均匀化(Sonication )使样品介质内各点受到的作用一致，使样品整体的提取更均匀。 综上所述，中药材中的药效物质不仅在超声场中作为介质质点获得了自身的巨大加速度和动能，而且通过“空化效应”获得了较强的外力冲击，因此能够有效且充分地分离。2.1.2超声波提取的特点应用于中药有效成分的提取，是中药制药彻底改变传统水煮醇沉淀提取方法的新途径、新工艺。 与水煮、酒精沉淀技术相比，超声提取具有以下特点(1)不需要高温。 在40-50的水温f下用超声波强化萃取，无水煮高温，中药材中热量不稳定，不破坏易水解和氧化的药效成分。 超声促进植物细胞破壁，提高中药疗效。(2)常压提取，安全性好，操作简单，易于维护。(3)提取效率高。 超声波强化提取在2040分钟内得到最佳提取率，提取时间为水煮、醇沉法的三分之一以下。 提取充分，提取量是传统方法的两倍以上。 据统计，超声波为6570C，工作效率非常高。 温度在65以内的中药植物有效成分几乎没有被破坏。 加超声后(65度条件下)，植物有效成分提取时间约为40分钟。 蒸煮法的蒸煮时间多需要23小时，是超声波提取时间的3倍以上的时间。 每罐提取3次，基本上可提取有效成分的90%以上。(4)具有广谱性。 适用性广，大多数中药材各成分均可超声提取。(5)超声波提取与溶剂和目标提取物的性质(如极性)没有多大关系。 因此，可选择的萃取溶剂种类很多，目标萃取物的范围很广。(六)减少用电。 超声波提取不需要加热，或者加热温度低，提取时间短，大幅度降低能耗。2.2膜分离技术所谓膜分离技术，是在分子水平上粒径不同的分子的混合物通过半透膜时选择性地分离的技术，半透膜也称为分离膜或过滤器，膜壁充满小孔，根据孔径的大小，分为微滤器(MF )、超滤器(UF )、纳米滤器(NF )、反渗透膜(RO )等2.2.1膜分离技术的优点(1)在常温下进行有效成分损失极少，特别适合抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离和浓缩(2)无状态变化保持原有风味，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使用化学试剂和添加剂，产品不受污染(4)选择性好能够在分子水平上进行物质分离，具有普遍过滤材料无法替代的优良性能适应性强的处理规模可以小，连续无间隙，工艺简单，操作方便，自动化方便。2.3微波提取技术在传统的萃取过程中，能量不规则地传递到萃取剂中，萃取剂扩散到基质物质中，从基质中溶解或夹层的多种成分中扩散出来。 微波提取是利用微波提高提取效率的新技术。 微波是300300万mhz频率范围的电磁波。 由于物质不同，介电常数也不同，吸收微波能量的程度也不同，因此产生的热能和传递给周围环境的热能也不同。 在微波场中，根据吸收微波能力的不同，基质物质的一部分区域或抽出系统的一部分成分被选择性加热，抽出的物质从基质或系统中分离出来，进入介电常数小、微波吸收能力较弱的抽出剂中。2.3.1微波提取的工艺流程微波提取的大致工艺流程为：原料的预处理(清洗、切片或粉碎)溶剂与材料的混合微波提取过滤浓缩分离成分的提取2.3.2微波提取的方法1常压法即，在开放容器中进行微波提取，具有样品容量大、安全性能好、容器便宜的优点是原料容易被污染、挥发性成分容易损失，有时消除不完全2高压法指材料在密闭分解罐中分解。 由于分解罐是密闭容器，因此分解时产生的高压即使在提高酸沸点的密闭时也会产生高温，反应速度提高，反应时间减少，不会失去酸，节约酸的使用量，减少酸雾对其他容器的腐蚀三连续流动萃取法。微波在线分解与流动注射并用的方法2.3.3微波提取的特点微波提取技术作为一种新的提取技术具有明显的特点。 首先，通过介质从内部加热提取，可以有效地保护材料中的有效成分，纯度高，提取率高，其次，提取物具有高选择性，通过选择性地加热极性分子而选择性地溶出； 第三，速度快，节省时间。 传统方法需要几小时或十几小时，但微波提取需要几秒到几分钟的时间，可节省50 %90 %的时间，最后安全、节能、无污染、生产设备简单、节约投资3 .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促进工业的进步和经济的迅速发展，同时也会造成资源浪费、环境污染和能源损失。 因此，为了使化工分离过程更加绿色化、节能化、高效化。 面对新的挑战，人们对加强化工分离过程提出了更高的目标。 越来越多的研究人员认为，加强化工工艺的目标不仅应该引出现有设备的百分之几的效率，而且应该着力于大幅度提高工艺工业的效率。 加强化工过程不能满足渐进变革，要大力突破设备体积、能耗、原材料消费、产业化周期和环境保护等方面的过程和工厂效率。 许多实例表明，加强化工分离过程对工艺工业节能减排起着重要作用。 因此，我们应该研究