化工分离技术发展

化工分离技术进展摘要：任何化工生产过程无论是石油炼制，还是生物制品的精制、纳米材料的制备等都离不开化工分离技术。化工分离技术是化学工程的一个重要分支。分离过程是耗能过程，设备数量多，规模大，在化工厂的设备投资和操作费用中占着很高的比例，对过程的技术经济指标起着重要的作用。因此设计时要求选择高效低耗的分离技术。随着环保要求的不断提高，三废处理和综合利用对分离技术提出了很多特殊的要求。伴随着新产品的不断出现，对分离技术的要求也越来越高。总之，化工分离技术也是在不断地朝着多样性和复杂性的方向发展。关键词：化工生产；化工分离技术；发展；Chemical separation technology progressAbstract:Any chemical production process of oil refining, or biological products refined, such as the preparation of nanometer materials is inseparable from the chemical separation technology. Chemical separation technology is an important branch of chemical engineering. Separation process is energy consumption process, equipment number, large scale, in the chemical plant equipment investment and operation cost accounts for a high proportion, technical and economic index in the process of the plays an important role. Therefore, inexpensive design when asked to select efficient separation technology. With the constant improvement of the requirements of environmental protection, three wastes treatment and comprehensive utilization of separation technology put forward many special requirements. With the appearance of new products, is becoming more and more high to the requirement of separation technology. All in all, chemical separation technology is also in constant development in the direction of the diversity and complexity.Key words: Chemical production; Chemical separation technology; Development引言一个完整的化工过程，从原料的精制，中间产物的分离，产品的提纯和废水、废气的处理都有赖于化工分离技术。绝大多数反应过程的原料和反应所得到的产物都是混合物，需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯。它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。本文主要论述了传统化工分离技术的改进和新分离技术的发展及其应用前景。1.化工分离技术概述伴随着化工过程的发展，衍生出了诸多常规的化工分离技术，如蒸馏、结晶、萃取、吸收、吸附、离心萃取分离、电泳等。化工分离技术虽然有了很大的发展，但是一些新兴分离技术由于受到操作条件和材料的限制而不能广泛应用到工业化生产中。因此，精馏、萃取、吸收、结晶等最为常规的分离工艺仍是当前使用最多的分离技术。但是这并不影响到新化工分离工艺的研究和发展，相信随着科学技术的进步，这些新型工艺会得到广泛的应用2化工分离技术的新进展2.1膜分离技术2.1.1发展概况膜分离技术是借助膜的选择渗透作用，对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集，其过程一般不发生相变，且在常温下进行。以膜为基础的其他分离过程，如膜溶剂革取、膜气体吸收、膜蒸馏、膜反应器及膜分离与其他分离过程相结合的集成膜过程，也正在日益得到重视和发展。与有相变的分离方法相比，膜分离技术能耗较低。适用于热敏性物质及许多特殊溶液体系的分离，是一项简单、快速、高效、选择性好、经济节能的新技术，已广泛地用于水处理、湿法冶金、生物化工、医药工业、食品工业、环境保护等方面。膜分离技术作为一门新兴的化工分离单元操作已在各个科学技术领域发挥愈来愈大的作用。2.1.2分离过程的形式膜分离过程可以分为渗析式膜分离、过滤式膜分离和液膜分离三种形式2。1）渗析式膜分离被处理的溶液置于固体膜的一侧，另一侧的接受液是接纳渗析组分的溶剂或溶液。料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中而被分离出去。渗析式膜分离有渗析和电渗析等方式。2）过滤式膜分离被处理的溶液或混合气体置于固体的一侧。在压力差的作用下，部分物质透过膜而成为渗滤液或渗透气，留下部分则为滤余液或渗余气。由于组分的分子大小和物质有区别，它们透过膜的速率有差异，因而透过部分与留下部分的组成不同，实现了组分的分离。过滤式膜分离有超滤、微滤、渗透和气体渗透等方式。3）液膜分离该过程涉及三个液相，料液是第一液相，接受液是第二液相，处于二者之间的液膜为第三液相。液膜必须与料液和接受液互不混溶，液液两相间的传质分离操作类似于萃取和反萃取，溶质从料液进入液膜相当于萃取L2J。液膜分离可以看作是萃取与反萃取两者的结合。2.1.3膜分离技术的发展趋势膜技术开发的焦点是膜的选择性、过程的比产值及操作可靠性，同时继续开发功能性的高分子膜材料和无机膜材料，乃至仿生膜材料仍是今后膜技术开发的另一个重要课题。2.2离子液体在化工分离中的应用2.2.1离子液体概述室温离子液体是指室温下呈液态的离子化合物。离子液体已经在诸如聚合反应、选择性烷基化和胺化反应、酰基化反应等方面得到应用，并显示出反应速率快、转化率高、反应的选择性高、催化体系可循环重复使用等优点。此外，离子液体在溶剂萃取、物质的分离和纯化、废旧高分子化合物的回收、燃料电池和太阳能电池、工业废气中二氧化碳的提取、地质样品的溶解、核燃料和核废料的分离与处理等方面也显示出良好的应用前景。总之，离子液体的无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，使它成为传统挥发性溶剂的理想替代品。它有效地免除了使用传统有机溶剂所造成的严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题为名符其实的环境友好的绿色溶剂，适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受3。2.2.2离子液体在萃取中的应用萃取过程可以用来从原料液中提取回收有用组分或去除有害组分，以达到综合利用资源、消除污染的目的。传统的萃取溶剂均为分子型溶剂，而离子液体则为由阴离子和阳离子组成的液体，它可与水或有机溶剂形成两相，根据溶质在两相中的不同分配系数达到萃取的目的。离子液体主要应用在有机物如生物制品、芳烃的分离及油品的脱硫脱氮等过程中，也可用于无机金属离子的萃取过程中。2.2.3离子液体的发展趋势从目前的研究结果来看，离子液体作为分离剂具有良好的分离性能，但离子液体的再生问题至今没有深入的研究。作为一个完整的分离流程，通过萃取分离后的离子液体需与目标化合物分离后再循环使用，少量溶解到原料中的离子液体也需回收，从而实现真正意义上的零污染。今后应针对不同体系，研究离子液体的再生方法，从而节省运行成本，并节约资源。随着人们对离子液体认识的不断深人，离子液体将会在化工分离过程中逐步取代传统的有机溶剂，实现环境友好的清洁化工分离过程，给人类带来一个面貌全新的绿色化工高科技产业。2.3耦合分离技术近年来，诸如催化剂精馏、膜精馏、吸附精馏、反应萃取、络合吸附、反胶团、膜萃取、发酵萃取、化学吸收和电泳萃取等新型耦合分离技术得到了长足的发展，并成功地应用于生产。它们综合了两种分离技术的优点，具有独到之处。催化精馏在2FGH等工艺中的成功应用和反应萃取在己内酰胺工艺中的成功应用充分说明了这类新方法具有简化流程、提高收率和降低消耗的特出优点。耦合分离技术还可以解决许多传统的分离技术难以完成的任务，因而在生物工程、制药和新材料等高新技术领域有着广阔的应用前景。如发酵萃取和电泳萃取在生物制品分离方面得到了成功的应用。采用吸附树脂和有机络合剂的络合吸附具有分离效率高和解析再生容易的特点1。2.4超临界CO2萃取技术2.4.1超临界流体CO2萃取技术概述目前，超临界流体技术主要包括超临界流体萃取、超临界水氧化、超临界流体中的重结晶、超临界色谱和超临界流体中的化学反应。超临界流体萃取作为一种高新技术受到人们的青睐，而且发展日趋成熟，被广泛应用于医药、化工、石油、食品、疏水性染料、环保、塑料、纳米材料、脂质体制备等诸多领域。超临界萃取剂可分为极性和非极性两大类。在各种萃取剂中，由于CO2的临界温度和临界压力较低，可在接近室温条件下萃取，不会破坏生物活性物质和热敏性物质；再加上CO2具有低沸点、低粘度、低表面张力、无毒无害、不易燃易爆等优点，故CO2成为一种最常用的超临界萃取剂。因此，超临界CO2萃取技术一直是分离技术中最活跃的领域，并有“绿色分离技术”之称。2.4.2超临界CO2萃取原理超临界流体兼有液体和气体的优点，既具有气体的低粘度和高扩散系数，又具有液体的高密度。因而具有很好的传质、传热和渗透性能。对许多物质有很强的溶解能力，而且，在临界点附近流体的这种特性对压力和温度的变化非常敏感，即SCF的密度仅是温度和压力的函数，温度和压力的微小变化，就可引起密度的大幅度改变。因此超临界流体既是一种良好的分离介质，又是一种良好的反应介质4。2.4.3萃取效果的影响因素41）萃取压力的影响萃取压力是影响超临界CO2密度的重要参数。温度一定，随萃取压力的增加，超临界CO2的溶解能力增加；但压力达到一定值后，溶解能力反而变小，这是由于在高压下超临界相密度随压力变化缓慢所致。2）萃取温度的影响萃取温度对萃取效果的影响较为复杂。在一定压力下，一方面，升高温度有利于溶质挥发和扩散，从而利于萃取，另一方面，温度升高时流体密度减小，即溶解能力的减小，又不利于萃取，因此萃取温度对萃取效率的影响常有一个最佳值。对于CO2在临界点附近，升高温度导致其溶解能力下降；在高压区，升高温度导致其溶解能力提高。3）萃取时间的影响在一定条件下，萃取率随萃取时间的增加而增大，直到分离组分大部分被萃取出而达到最大值。之后由于溶质组的减少，传质推动力减小，萃取率降低。4）粒度的影响粒度越小，物料与超临界CO2接触的比表面积就越大，利于向物料内部迁移，从而增强了传质效果，利于萃取。但粒度过小会增加表面流动阻力，甚至产生沟流现象，反而不利于萃取。因此，粒度也有一个最佳值。2.4.4超临界CO2萃取技术的展望5超临界CO2萃取技术作为一项新技术，有广阔的应用前景，但也有局限性，存在着一些问题，如分离过程在高压下进行，对设备的要求较高，萃取釜间歇操作，对提取效率较差的物质还需选用适宜的夹带剂等。但是超临界CO2萃取技术在刚刚起步的30年里就得到了人们如此广泛的关注和青睐，并取得了优异的成果，相信在不久的将来，在更深入细致的研究开发下，超临界CO2萃取技术在提取分离方面必能做出更大的贡献，从而在医药等领域完全实现工业化道路。3.化工分离技术的发展趋势随着新材料的发明与应用，一些传统的分离工艺必定会得到进一步的改进与优化，而新兴的化工分离技术会得到进一步的普及应用。像膜分离技术，离子液体，耦合分离技术以及超临界CO2萃取技术等不