精馏过程的节能降耗

炼油、石化生产过程中大量存在得分离、换热与反应工序，节能潜力巨大。能源就是社

会发展与进步得重要物质基础。我国得能源储量以及一次能源得开发与消费量居世界前列，

而能源得总利用率则远低于欧美与日本。化学工业就是个耗能大户，能耗量约占全国能源总

消费得9%-10%占工业用能得因此，化工节能对缓解我国能源得供需矛盾影响很

大。在当前世界性得能源危机面前，化学工业必须首先关注节能降耗与节能新技术得研究应

用。本文就我国化学工业中最普通也就是能耗较多得分离过程这一领域中得一些节能现状作

一粗略介绍。

一精馆过程得节能降耗

精馅技术就是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少得单元操作，同时也就是工业

过程中能耗与设备投资高得设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程总能耗得一半以

上。因此对精馈过程节能技术得研究具有极其重要得意义。国内外已开发并应用了一些节能

型耦合精馈塔，如反应精搐塔（ReactiveDistiIIationColumn）、热耦合精用塔（PetIyuk

Column）.隔板精馅塔（DividiWaDColumn,简称DWC）等。

精健过程得节能主要有以下几种基本方式:提高塔得分离效率，降低能耗与提高产品回

收率；采用多效精储技术；采用热泵技术等。

1、1板式塔

1、1、1高效导向筛板

高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方

便得特点，目前已广泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料

工业、原子能工业等。

1、1、2板填复合塔板

板填复合塔板充分利用板式塔中塔板间距得空隙，设置高效填料，以降低雾沫夹带，提高

气体在塔内得流速与塔得生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质，进一步提高了塔板

效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高，因此塔得操作弹性也大为提高。板填复合塔板

已在石化、化工中得甲笨、氯乙饰等多种物系中得到成功应用。

1、1、3复杂精馅塔

传统得精馅塔及其精擒序列已不适应当前过程集成、设备集成得发展趋势。武吴宇【1】

等进行了复杂精情塔得研究，与传统精储塔得一股进料二股产品得精健塔比较，能够产生相

当大得能量消耗及成本上得节约。复杂塔还适合更新设计，因为它经常可以通过对现有塔进

行微小得改动来实行。在所有可能得多组分精镭过程新方案中，热偶精储在能量与投资费用

得节约上都非常有前途。她们采用Underwood方程与Vmin分析了多组分热偶精缁得最小能

耗；主要探讨了用详细得塔模型来进行多组分热偶精储塔得设计，所建立得塔模型既能够描

述传统塔又可以描述热偶精馅塔，并允许不同得选择结构互相比较：提出了以能量消耗景小

为目标得，多组分混合物分离得热偶精■馆序列得整体优化方法。她们以四组分烷煌混合物得

分离为例，根据详细得热偶精储塔数学模型，计算了热偶清储得能耗、年总费用，并比较了各

种热偶方案得节能效果。以能量消耗最小为目标，对两种热偶精馈序列进行了整体优化。

1、2填料塔

填料就是填料塔最重要得传质内件，其性能主要取决于填料表面得湿润程度与气液两相

流体分布得均匀程度。

1、2、1新型高效规整填料

高效导向筛板就是北京化工大学科研人员在对包括筛板塔板在内得各种塔板进行深入

研究、综合比较得基础上，结合塔板上流体力学、传质学得研究结果。

新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料与金属丝网波纹填料两大类，在将其进行物

理得与化学得方法处理后.填料得分离效率大为提高。主要优点有：（1）理论塔板数高，通量大,

压力降低；（2）低负荷性能好，理论板数随气体负荷得降低而增加，没有低负荷极限；（3）放大

效应不明显；（4）适用于减压精谯，能够满足精密、大型、高真空精储装置得要求，为难分离物

系、热敏性物系及高纯度产品得精偏分离提供了有利得条件。

1、2、2新型高效散堆填料

（1）金属鲍尔环填料，它采用金属薄板冲轧制成，由于在环壁上开了许多窗孔，使得埴料

层内得气、液分布情况及传质性能比拉西环有较大得改善.（2）金属阶栉环境料，这种埴料降

低了环得高度，并在环得2个侧端增加了锥形翻边，使其性能较鲍尔环填料有了较大得进步。

在同样液体喷淋密度下，其泛点气速较鲍尔环提高了10$〜20枇在同样气速下，压力降较鲍

尔环低30$〜40$。(3)金属环矩鞍填料，国内简称为英特洛克斯填料。这种填料巧妙地把环

形与短形两类填料得特点综合成为一体，使它既有环形填料通量大得特点，又有鞍形填料液

体分布性能好得特点，从而成为当前散堆填料中得佼佼者【2】。

(1)高效导向筛板在甲醇精储过程中一般可以达到如产50舟〜100%,并可提高分离效率，

降低塔压降，可用于降低废水中污染物得产生量。

⑵新型高效填料具有通量大、效率高、压降小得特点，在精馅过程技改中可以达到大规

模扩产节能、降耗得效果.可用于降低废气中污染物得产生量。

(3)高效导向筛板与新型高效填料已就是成熟技术，在化工及甲醇精缁过程中得到了广

泛应用，并取得了巨大得经济效益。

高效导向筛板与新型高效填料【12】在化工技改中占有重要得位置，一般可以很容易地

达到大幅度扩产、节能、降耗得效果，在甲醇精馅及合成氨技术改造中，已经发挥了巨大得作

用。

1、2、3三塔精窗

分别为预精馅塔、加压精摺塔与常压精馅塔。在预精馅塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，

在加压塔与常压塔中除去水及高沸点杂质，从而制得合格得精甲醇产品。

在三塔精馆中通过应用高效丝网波纹规整填料并配套使田新型气液分布器、蒸发式冷凝器等,

基本实现清洁生产“节能、降耗、减污、增效”得目得，符合循环经济“低消耗、低排放、

高效率”得基本特征，在市约能源得同时，实现了装置生产污水零排放。(11)

1、3提高热得利用率

首先，增强再沸器与冷凝器中得传热面积可使传热温差下降。增强传热表面有两大类

型：⑴多孔相变化传热面：包括微孔沸腾表面及特殊处理得冷疑表面，均可使沸腾或冷凝给

热系数较之光管提高10〜30倍；(2)扩展得传热面：包括翅片管或开槽沟扩大传热面，可以使

传热系数提高不少。其次，采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷凝器可以避免积垢，水电(综

合能耗也较低，而且节省用水。再次，如果塔釜液就是无关重要得废液，则可以把它得显热变

成潜热加以利用。另外，采用低品位热能也就是节能得有效方法［3］o

1、4超声波技术［13］

抚顺石油化工研究院已将超声技术成功应用于桔杆燃料乙醇生产时得稀乙醇提浓工艺开发

1、5近年来，国外对隔板精馈技术【14】得研究与应用都十分重视，特别就是在三组分混合

物分离得工业化应用方面已相当成功，例如合成氨联产田醇技术中，联醇生产中主要采用两

塔精馆流程，两塔分别脱除轻组分杂质与重组分杂质。该流程采用隔板精馅技术同样可以达

到分离要求。此外,DWC还有可能应用在以下领域：空气分离流程、直接法合成苯基氯硅烷生

产流程等等。而我国在此领域尚处于起步阶段，加快此项技木得开发与工业化应用步伐，并且

拥有独立得知识产权，对降低工业生产得能源消耗，推动我国石油与化工行业得发展具有重

要意义。德国拜耳(Bayer)公司在隔板精储技术领域一直处于世界领先地位。拜耳技术服务

有限公司(BayerTechnologyService,简称BTS)建立并运行了一套隔板精馀塔实脸室安置。

反应隔板精僚［14］(ReactiveDiviColumn,RDWC)技术得研究与应用。Mueller提出反应隔

板精馈得概念，将反应精馆过程与隔板精馅耦合2在一起。并完成了碳酸二甲酯(DMC)与乙醇

酯交换生成碳酸二乙酯(DEC)得反应与分离得过程模拟，高纯度得产品DEC从塔底采出，副产

物与未反应得乙醇侧线出料，塔顶为含有甲醇与DMC二元共沸物得流股；研究结果表明该新

型得反应分离装置能最大程度地提高该平衡反应得转化率，获得高纯度得产品，并有效地抑

制副反应。RDWC就是反应过程与多组分分离过程得耦合。在化工工业中过程得高度耗合能

大幅度减少设备体积，简化流程，降低能耗，提高效益。

1、6反应精馆集成技术

反应与分离相结合技术已在多个领域实现了产业化,对某些新领域得开发也取得了一定

进展。国内也在积极开展研究开发工作，但对其规律性掌握得还不够，实际应用而还不够广。

随着全球节能与环保得要求益提高，反应与分离集成技术将会发挥更大作用就是解决能源危

机与缓解三废污染得有效途径。

反应精憎［15］就是一种将反应过程与精惚过秽结合在一起得新型技术，就是在同一个蒸僧

塔内进行得祸合过程，它具有投资少，流程简单，节能，产品收率高等优点，可以替代某些传统

工艺过程如鞋化，芳煌烷基化，加氢，酯化等反应。

目前许多工艺已较成熟，E借助于计算机模拟手段，研究范围得到进一步扩大。出现了许多新

得应用类型，依据反应体系及采用催化剂得不同，反应精点可分为均相反应精馅，包括催化与

非催化反应精馈与非均相催化反应精储，即通常所称得催化蒸馅。

1、7新蒸馆过程得探索与开发

为提高分离效率，降低能耗，需要寻求一些特殊得蒸馈方法以分离一些特殊得物料，诸如热敏

物料，共沸热料等。一般有下列几个方面：（1）添加物蒸馅。在蒸馅过程中加入某些添加物以

利用溶液得非理想性，增大某一组分得挥发性，使组分容易分离，达到高效、节能目得。（2）

耦合蒸馈。蒸馈过程与其它过程同时进行，以达到强化作用与简化过程得目得。（3）动态蒸镭。

包括可控得不稳定蒸储与分批蒸馅，能提高传质效率与缩短操作时间，达到增产与节能得目

得。（4）场效应蒸储。包括带电、磁、激光、重力、功能微粒［7］等场效应得蒸偏，对传质过

程有不同程度得促进［4］,

天津大学针对苯酚，邻、对苯二酚等高凝固点类化工产品潺分离过程，开发成功具有高凝固点,

高粘度与热敏特征得难分离复杂物系精馈节能新技术，采用该技术设计得精储塔已在万吨级

苯肝装置获得应用，分离效率提高2-3倍，热能耗降低30250%。根据蒸谯科学得特点与现状，

要深化蒸馈过程就必须突破传统得研究方法，探索新理论，吸收其她最新研究成果，对分离过

程设备进行强化，以开发环保，高效，节能并符合精健过程得设备。

二干燥操作得节能问题

干燥过程就是各种工业过程广泛采用得单元操作，其能量消耗相当大，因此干燥过程得

节能问题尤为重要。干燥过程得主要节能措施如下：

2、1选用合适得干燥流程及设备

干燥操作流程与设备有各种形式，适应于各种场合。如何选用合适得干燥流程与设备对

于干燥过程得节能就是相当重要得，这方面主要依据干燥物料得特性与干燥产品得要求以及

生产得实际情况而定。

2、2降低干燥装置得热能供给量

首先应对原料进行预处理，尽量采用机械分离方法脱除一部分游离水分，因为机械分离

方法比热处理分离方法消耗得能量要少得多；其次就是改善干燥介质得热状态：（1）尽可能提

高干燥介质得进气温度，减少干燥过程中得干燥介质消耗量，则干燥废气带走得热能相应减

少，热效率提高，针对物料得热敏性问题，可考虑采用中间加热得办法。⑵降低干燥介质得出

口温度，提高其湿度，同样可以减少干燥介质得消耗量，提高千燥操作得热效率，但为防止干

燥产品返潮以及设备得堵塞与设备材料得腐蚀问题，气体离开干燥器得温度需高于进入干堞

器时得绝热饱与温度20〜50°C［8］o

2、3利用先进得节能技术

（1）采用部分废气循环得干燥流程。将含有大量热量将部分废气返回预热室，与新鲜空气

混合使用，可将废气中得余热重新利用，并降低了空气加热器得热负荷，能耗将下降10%.,目

前，一般得废气循环量控制在20%左右。（2）采用热效率高得传热设备。为了提高传热系数，

减少换热面积，降低设备投资费用，需采用高效得换热设务。如新型换热器------空心环管换

热器，它采用空心环支承双面强化传热管管束得强化技术与一般得管壳型换热器相比在相同

得传热条件下总传热系数可以得到提高，换热面积也可减少。

2、5采用热管技术

热管吸热段吸收废气热量，并通过管壁传给管内工质，工质吸热后蒸发成蒸汽，蒸汽在压

差得作用下上升至放热段.与管外冷流体换热，蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热，冷凝液在重力

得作用下回到吸收段。热管技术具有传热效率高，流动阻力损失少等优点，广泛地应用于废气

余热得回收【2］。（4）采用热泵技术。热泵就是利用液态工作介质（氮、氟里昂、水等）在蒸

发器中减压蒸发，从较低温度得干燥废气中吸收余热，而气态工作介质经压缩机后进入冷凝

器，在较高温度下冷凝放出潜热预热新鲜空气。热泵得流程可分为闭路循环式与开放式丙种。

利

用闭路循环式热泵技术，空气可循环使用，而开放式热泵技术，废气经热量回收后排出干燥系

2、6加强设备操作管理与管路保温

加强设备与管路得保温隔热，以减少干燥系统得热损失。同时优化送风系统，减少因热气

得漏出与冷气得渗人造成得能量损失。

三结晶分离得节能技术

结晶分离就是分离混合物常用得方法之一。传统得给晶分离，如浓缩结晶，冷却（冷冻）

结晶，耗能很大。目前国际上新型结晶技术已取得了突破性进展，并得到实际应用［9］o

3、1萃取结晶技术

萃取结晶技术就是萃取技术与结晶技术得藕合技术。可很好地用于沸点等物性相近得混

合物。例如，在对二甲苯一间二甲苯混合物中，加入四氯化碳，可以将对二甲苯从混合液中分

离出来，对二甲苯收率高达90%。萃取结晶技术也应用于无机混合物得分离。例如，用1,4-

二氧杂环乙烷从KI03与KI得水溶液中分离KI03；用有机胺络合萃取剂，以氯化钾与磷酸为原

料，生产磷酸二氢钾等。又如，在碳酸钠水溶液中加入正丁醇，结晶出碳酸钠，在实际生产中得

到了满意得结果。萃取结晶技术也可用于有机物-水-无机盐体系中使有机物与无机盐分离。

例如在制造有机羟醛得试脸中，在轻一水-硫酸钠体系中，常温下加入甲辞，成功地将硫酸钠

分离出来，使其分离后得混合溶液中，硫酸钠含量小于5机萃取结晶技术关键就是寻找到合

适得萃取络合剂。

3、2熔融结晶技术

由于近90%得有机化合物为低共熔型，70$得化合物熔点在。〜200c只有10$左右低于

0C,因此，用熔融结晶法更易分离。大多有机化合物得结晶，不需深冷分离，而且可利用废热、

余热。新型熔融结晶技术晶点：（1）低能耗,结晶相变潜能仅就是精馅得1/3〜1/7；⑵低操作

温度；（3）高选择性，可制取高纯或超纯（299、9与色谱纯）产品；（4）环境污染较小。国际上熔

融结晶装置目前有复合式悬浮结晶型与逐步冻凝型。天津大学已成功地开发了液膜结晶设备,

并已成功地应用于4200t邻位与对位二氯苯得分高。

3、3高压结晶技术

高压结晶就是利用加压下物系得液一固相变化得分离技术。其原理为：物系中包含得杂

质使其熔点下降，对应相变压力上升，随着结晶过程得进行，固相份数增加，液相杂质浓度提

高，相变压力不断上升，在共晶压力下，物系中就只有高纯目得物晶体与母液共存，排除母液

经减压发汗，可分离得到史纯得目得物晶体。高压结晶尤其适应于有机物得提纯精制。

四新型萃取

4、1双水相萃取

双水相萃取技术目前仍不就是十分成熟［16-18］，在其运用中存在一定得问题，成相聚合物

价格昂贵就是阻碍该技术应用于工业生产得主要因素。的聚糖价格很高，用粗品代替精制品

又会造成葡聚糖相粘度太高，使分离困难。PEG并不就是双水相体系最适合得聚合物，磷酸盐

又会带来环境问题，故开发新得聚合物就是该技术应用急需解决得问题，Nisson等人【19】

利用改性淀粉代替dextran取得了比较好得结果。

4、2凝胶萃取

凝胶萃取（GelExtracti。用就是CussIer等在1984年首次提出得分离技术，它利用凝胶在溶

剂中溶胀特性与凝胶网络对大分子、微粒等得排斥作用达到溶液浓缩分离得目得。该技术与

其它分离方法相比设备简单、能耗低，所用得凝胶再生简单，有着良好得应用前景［20-22］o

凝胶萃取根据凝胶在发生相变时，外界条件得不同，可以分为温敏型、酸敏型与电敏型【23】。

凝胶萃取，不论其就是温敏、酸敏或电锹型，均可能成为取代超涯或蒸发浓缩高分子溶液得新

分离技术，尤其就是电敏凝胶，具有快速、简便与无污染得特点，很有可能更快得获得工业应

用【24］，但凝胶本身得性质由很多种因素确定，但主要得影响因素则就是凝胶得离子度与浓

度。对凝胶胀缩机理目前有两种不同得解释，其确切得阐述还需要进一步试验研究。

4、3反胶团萃取技术

为使许多高附加值生物工程产品实现大规模产业化生产，急需开发从发酵液或细胞培养液中

连续提取目得产物得分离技术，以减少对产品生物活性得影响，并保证产品得纯度。一种新得

生化分离技术2反胶团萃取方法，它具有成本低、选择性高、操作方便、放大容易、萃取剂（反

胶团相）可循环利用、蛋白质不易变性等优点，在蛋白质混与物得分离、a2淀粉酶得浓缩、

细胞内醇得直接提取、蛋白质得复性、从植物中同时提取油与蛋白质等方面有着重要得应用。

随着研究得不断深入，相信该分离方法为人类提供生化产品巳为时不远了，并较之其她得分

禹方［11］法有更大得优越性与经济合理性【25】。

4、4固相微萃取

1989年，Belardi与Pawliszyn提出固相微萃取(solidphasemicroextraction,SPME)技术

以来，固相萃取作为化学分离与纯化得工具出现了。近些年来,SPME研究成为一个热点，正在

进一步完善,SPME发展与其她仪器，如傅里叶变换红外光谱(FTIR)、电感耦合等离子体质谱

仪(ICP2M5)及拉曼光谱仪联用得情况也有报道。SPME正朝着多样化、仪器化、标准化得方

向发展。

4、5微波萃取

微波萃取技术(microv/ave2ass1stedExtractionTechnique)就是指使用微波及合适得溶剂

在微波反应器中，从各种物质中提取各种化学成分得技术与方法。与传统得萃取技术、样品

制备技术相比较，微波萃取技术具有以下特点：质量高、产量大、对萃取物料具有较高得选择

性，反应或萃取快、能耗低、安全、无污染。但到目前为止，其研究处于初期阶段。萃取机理

论上还有待于深一步地研究。鉴于微波能对萃取过程中芍质传热得促进作用，将其应用于生

物成分得提取与浓缩必然会产生很好得效果。同时，如果据在仪器设计上实现突破，使微波萃

取像超临界流体萃取那样与检测仪器实现在线联机，则该方法将会得到进一步发展。

4、6超临界萃取

超临界流体萃取(supercriticalfluidextraction,SFE)就是新型得提取技术，它以超临界

条件下得气体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离。SFE技术已走出实

验室进入规模化生产阶段，萃取产品种类不断涌现。但大规模应用于工业生产，还需研究SFE

得热力学特性与传质规律，建立萃取系统得动态传质模型，以预测并且要进一步探讨萃取机

理，开发萃取工艺，特别就是探讨溶剂、物料性质对萃取过程及对食品物料大分子以提高萃取

率与产品度【26】。目前，应用于工业生产得萃取设备还未实现规范化，配套性也不尽合理。

对此，应以传递模型为基础，建立设备放大得数学模型，以便工业设计，同时还应降低设备成

本、以便利于推广。

4、7萃取精储

由于资源综合利用、节能减排及环境保护等发展方向得需求，所以更应该强调化工单元

应用得重要性，萃取精健技术在工业过程中得应用及对节能、减排有重要得影响；在炼油、精

细化学品、医药及环保应用领域中，常遇到难分离得共沸物、小沸点差得混合溶液，对于这类

介质采取萃取分离技术就是行之有效得。比如利用萃取精馈技术来制备乙醛酯及对混合二氯

苯分离过程得影响，在设计得工艺方案中，采用三对角距阵法模拟萃取分离结果，考察物科进

料位置、进料量、回流比及塔板数对分离过程得影响，优化分离过程得工艺条件，实验与模拟

计算结果为工业生产提供指导意见。

决定萃取分离效果得主要因素就是溶剂，除此以外，还与溶剂与进料得比例、回流比及进

料位五等因素有关。采用有效得溶剂与进料得比例、回流比及进料位五等能取得较好得结果。

五膜分离技术节能

膜分离技术就是利用特定膜得渗透作用，在外界能量或化学位差得推动下，对气相或液

相混合物进行分离、分级、提纯与富集，膜分离过程大多无相变，常温操作，高效、节能、工

艺简便、污染小。20世纪80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也就是新膜过程得开

发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、等领域得

到了较大规模得开发与应用【10】。目前，膜分离技术已广泛应用于化工、羟工、纺织、冶金、

石油等行业。2I世纪得膜分离技术除了将在以上行业起重要作用外，还将在以下三个方面

［27-28］发挥作用。

(1)节能技术。随着膜分离性能得提高以及流程得改进，膜分离得能耗将会进一步减少。

(2)生物技术。与传统得生物产品分离方法相比，膜分离减化了分离过程，降低了成本，

提高了质量，膜分离技术在生物技术中主要用于生物反应器、下游产品处理与作为吸附介质。

(3)环境工程。膜分离技术在环境工程特别就是工业废水中能实现闭路循环，在消除污染

得同时变废为宝，取得更大得经济效益与社会效益。

目前，已经工业化应用得膜分离过程有微滤(MF)、超渡(UF)、反渗透(R0)、渗析(D)、电

渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。

5、1离子膜技术

离子膜烧碱不但能生产出高纯度烧碱与氢气，而且节能效果显著，比隔膜法节约能耗约

30%。因此，离子膜法将逐步取代隔膜法生产烧碱。离子膜也开始应用于医疗、食品工业除去

电解质，分离氨基酸及海水淡化等。

5、2气体分离膜技术［29］

膜分离氢气技术已成功地用在合成氨厂从驰放气中回收氢气，甲酸装置从合成气、水煤

气脱氢气得到90%得一氧化碳，炼厂从催化重整过剩气中分离出95%含量得氨气作为加氢裂

解原料等。从空气中富集浓缩氧与氮，比深冷分离法要节能得多。

气体分离膜可给气体分离技术带来大量效益。常规技术如空气制冷蒸窗；冷凝法从气体

混合物中去除冷凝得有机蒸气；胺吸收法去除酸性气体,如从天然气中去除二氧化碳，都需要

使被分离得气体混合物产生气-液相变化。相变化分离增大了能量费用。而气体膜法分离无

需相变。此外，气体分离膜设施比各种类型装置如胺汽提装置要小得多，因此占地也相对较

小。小型化有利于浅海气体加工平台应用。膜系统得另一优点就是无复杂得机械设备。现在，

气体分离膜已广泛应用于以下工业领域：氢气分离，如合成氨装置中氢/戴分离、石油化工中

氢/烧分离；从空气中分离缸气；从天然气中去除C0与水;从空气或氮气流中去除有机蒸气。

新材料得应用：陶瓷膜、混合基质膜、碳膜。

5、3膜萃取技术

膜萃取就是膜过程与液-液萃取过程相结合得分离过程，特点就是：（1）萃取剂选择范围

宽；（2）料液夹带损失小；（3）过程不受“反混”得影响与“液泛”条件得限制；（4）可实现同级

萃取与反萃取过程；（5）叩提高传质效率。膜萃取技术在分离生物化工产品与实现发酵般合过

程方面正成为研究工作得热点【11】。

5、4膜蒸储技术

1膜蒸馅［30］就是膜技术与蒸发过程相结合得膜分离过程，所用得膜为不被待处理得

溶液润湿得疏水微孔膜，膜得一侧与热得待处理溶液直接接触（称为热侧），另一侧直1接或

间接地与冷得水溶液接触（称为冷侧），热侧溶液中易挥发得组分在膜面处汽化，通过膜进入

冷侧并被冷凝成液相，其她组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯得目得。

在膜蒸馈过程中，不存在液体得混合与雾沫夹带现象，对离子、胶体、大分子等不挥发细分与

无法扩散透过膜得组分得假留达到100机

5、5基于渗透汽化过程集成过程【15】

简称渗透汽化，就是一种新型得膜分离过程，被认为就是分离近沛恒沸混合物得有效手段，

该技术具有分离系数高，操作简单与易于实施等优点，因而已经发展成为一种具有经济竞争

力得实用分离工艺相对于其她得膜分离过程而言，渗透汽化得研究起步较晚，但经过近年得

迅速发展，已经在有机溶剂脱水，水中脱除微量有机物等分离方面取得了重要得研究成果与

应用。但渗透汽化单独使用得经济性并不好，工业上应用于集成过程或组合过程，即与其她分

离过程结合起来使用，可以发挥有关分离过程得优点，达到优化得目得。当前，基于组合过程

受到重视,正在进行更多得研究与开发利用。

5、6液膜分离技术【31】

最初就是由美国埃克森研究工程公司得在年提出来得。以后逐渐发展成为分离科学上得一门

新技术。迄今，日本，西德,英国，加拿大，苏联，匈牙利，等国相继开展了研究，已发表了数百篇

文章与专利。从机理具体应用到设备寻方面均进行了深入得研究，广泛应用于化工，医学，生

化，环保，原子能等方面液蟆分离技术适用于从稀溶液中回收有用得物质，从废水中除去有毒

有害得物质分离物理化学性质相似得碳氢化合物气体等物质，它与现有得化工分离方法，溶

剂萃取，汽体反渗透等，比较具有独特之点，具有选择性好，相际传递面积大，传递速率快，分

离效果好等，因此它就是分离技术得一个最新成就，就是很有发展前途得新技术液膜分离技

术得应用。

5、7超滤、微滤与纳滤

5、7、1超滤膜简称UFM【32］，一般就是由聚矶，中空纤维，醋酸纤维与芳香聚酿胺等制成得

对称微孔膜孔径。其推动力就是辩压差，其分离特点就是不需外加分离剂，设备与操作简单，

能耗较少，适合于高分子有机物蛋白质，多糖类，病毒，巨大得大分子等及无机胶体粒子等得

分离，多用于食品工沙废水处理与纺织H业脱浆水得处理等，并用于回收淀粉的■与聚乙烯醇.

5、7、2微孔滤膜简称MFN【32】，通常就是由特种纤维素酯或高分子聚合物制成得高度均匀

得对称微孔膜孔径。推动力为熔压差，属筛网状过滤介质，它具有材质薄滤速快，吸附少，化学

及热稳定性好与无介质脱落等优点；在医学微生物学与分子生物学中用于检脸微生物，除去

微粒；在电子工业中制备纯水与光致抗蚀剂以及食品工史中用于消毒与澄清过滤等，可截留

细菌、重金属及其她固体悬浮物。

5、7、3纳滤膜【33】及其应用

纳滤膜常用于水得软化，水得脱色等净化处理【34】。刘芍等用中空纤维聚碘超滤膜，对处理

豆腐废水过程中膜阻力得分布进行了研究，预处理及超滤条件不同，其过滤阻力构成也不同

【35】。刘久清等以废水回用为目得，研究了利用纳滤膜处理含磷废水得工艺方法，系统讨论

了进料流量、操作压力等因素对过程得影响，得出了合适工艺条件【36】。VaderBruggen应

用几种不同纳滤膜对农药微污染地下水进行研究。RiinaLiikune应用多种纳滤膜对经臭氧

化一氯化铁絮凝一气浮一过滤处理后得地表水再进行了纳滤处理。

在国外，纳滤膜最大应用市场得饮用水领域，主用于脱除三卤甲烷中间体(THM)、异味、之度、

农、合成洗涤剂、可溶有机物、Ca、Mg等硬度成分。今国内在此领域会逐步有较大突破。

目前在饮用水域还主要使用与反渗透膜材质相同得索酰胺纳滤。纳滤膜另一个很有前途得应

用领域就是环保与废处理；纳滤膜应用开发较为热门得一个领域就是各医药、生化、食品、

化工物料水溶液得分离、精制或缩过程。

5、8电渗析

在日本，电渗析技术发展较快，如电渗析杀菌法，旨在代替氯气成为处理水得一种新型实用

灭菌方法。在煌系膜领域，最近开发得工彳呈塑料树脂素材得高性能膜正推动废酸回收再利用

技术得进步；还有利用太阳能电渗析脱盐等都为很好得发展方向【37］。张炜铭等用大孔树脂

吸附处理2,6-二羟基装甲酸合成废水【38】，汪建芳用离子交换膜电渗析法浓缩回收硫酸钠

溶液，证实其为理想新型处理方法【39］。王伟祖等研究了在分离不同醇水体系时交联剂量对

交联壳聚糖膜分离性能得影响，并就交联前后膜对体系得分离性能发生变化得原因进行了探

讨【40］，张雷对大钦岛电渗析苦咸水淡化工程运行12年得状况进行了全面探析［41］o

5、9液膜

液膜分离法就是一种集萃取与反萃取与一体得分离技术，在两相间形成界面——液相膜，利

用物质得选择性渗透，使物质达到分离或提纯。液膜分离技术具有膜薄，选择性高、传质速率

大得特点，近年来，在精细化工废水回收可利用资源方面获得了广泛应用，前景广阔。马国芳

等用重差分相式液膜法提取了Cu*离亍［44］,用并非为最佳萃取剂为载体，HSO为反萃剂，可

达到理想效果，既保留了乳状液膜得萃取与反萃取同时进行得特点，效率高，还不需要制乳与

破乳，表而活性剂用量少，工艺简化，易放大。

5、9、1渗透蒸储就是等温下得膜传质过程，具有常温、常压下操作及非挥发性组份透过率

低得优点。但就是由于过程传质推动力小，传质速率低，处理量受到一定限制。在工业应用中，

通常需要与其它膜分离技术相配合，例如食品饮料行业中，对果汁与葡萄酒得浓缩；近年来还

开发了渗透蒸储与精储技术集成得新［1］工艺，例如发酵液中醇得脱。

5、9、2渗透蒸发也就是分离液体混合物得一种新型膜分离技术，其分离因子高，适用范围广，

与传统分离方法相比，污染小、，能耗低。可用于有机溶剂脱水，从水中脱有机物以及有机物

之间得分离。尤其对传统方法不能分离得物系，如共沸沥、近沸点物得分离极为有效。但就

是渗透蒸发过程通量小，在应用上有一定得局限性，单独使用常常就是不经济得，甚至就是不

可行得，而与传统分离方法如精馈、吸附、吸收等过程集成，会集各个过程得优点并充分显示

出该新型膜分离技术得优越性，例如用于乙醇脱水、异丙醇脱［2,3］水、甲基叔丁基醒(MTBE)

产物等物系得分离。

渗透蒸储还可以与其它过程得集成比如与精恰过程得集成，与反应过程相结合以及与吸附过

程得集成。［15］

5、10透析膜［32］

利用膜两侧得浓度差从溶液中分离出小分子物质得过程称为透析。目前，透析膜通过分子量

以下低分子物质不能透过蛋白质能除去尿素肌酸，尿酸等尿中毒素，工业上曾利用透析从人

造毛与合成丝厂得纤维素中回收。

5、11在工业废水处理中得应用

环境问题就是当今世界所面临得重大问题之一，在环境污染中，工业废水得污染影响最大，所

以，研究工业废水处理方法显得尤为重要，目前在工业废水处理中应用非常广泛。

5、11、1有机合成工业废水得处理【42】

有机合成工业废水过去大多采用先浓缩再焚烧或湿式空氧化得处理方法，现采用纳滤膜法

使有机合成工业废水中得有机物得到有效浓缩与脱盐与过去得方法相比较具有操作成本低

能耗低，且无再次污染环境得问题。例如公司设计安装得膜设备，每套设备每天可处理有机合

成工业废水，其渗透液再经简单生物处理即可达到排放标准。

5、11、2含铀废水得处理【43】

李民权等人【44】对于铀矿」与铀矿水冶厂所产生得含铀废水，采用乳化型液膜处理，在含铀

废水中加入石灰孔可除去铀得衰变子体,如镭等，待澄清后，将上部清液转为硝酸体系并与等

体积得乳化型液膜在混合澄清槽以中混合，混合澄清槽串联形式连接新液膜，从槽得混合室

下部加入从槽得澄清室上部流出，而新得含铀废水从槽得混合室上部加入与液膜逆流而行，

最后从槽得澄清室下部流出，经液膜处理后得一回水含铀量从降至限八收得铀经活化后可做

核材料使用达到回收铀与侏护环境得双重效果。

5、11、3含氯废水得处理【45】

氯化钠就是一种剧毒物质，黄金生产电镀，工业及化肥工业等都会产生含飘污水，常规得污水

处理法如碱性氯化法，不能回收氯化物空气吹脱法与电解法能耗大，酸性吸收法以设备投资

高，腐蚀性强，处理后得废液难达到排放标准。采用液膜法除氧效率高，并能回收氯化物连续

逆流萃取一次处理后即可达到排放标准处理工得膜且可重贪使用。

5、11、4高浓度凹印擦版油墨废水得处理【46】

对油墨废水先进行机械预分离去除较大得颗粒物质将分离后得淡液送入超滤装与置进行分

离。利用膜对水小分子量物质得选择性透过能力将油墨渣与其它有机类得。物质分离掉清液

经调整后可直接回用于生产，而浓缩液与预分离得浓缩液一起浓缩干燥成为含水率低于得干

油墨渣可供综合利用。经多次循环得清液还可通过反渗透装更定期加以分离与再生出水仍可

回用实现了无废水排放得闭路循环。

5、11、4含酚废水【47】

经过液膜可脱酚技术处理后得含酚水，酚得含量控制在10%/1以下，脱除率达99、9%以上，

而用溶剂萃取共缩聚与吸附脱酚等方法处理后得含酚水，酚得含量仍在IO”-10"g/lo

(17)

5、11、5海水淡化膜应用现装及最新进展【48】

国外已有多套日产水量为10万吨级以上得反渗透海水淡化装置，目前正在运行得大型卷式

膜海水淡化装置得单机能力多为日产水量6000to国内目前建成得反渗透海水淡化装置得规

模为日产水量350-2500to河北建设得日产水量18000t得“亚海水”脱盐装匿就是国内最

大得使用海水淡化膜得反渗透装直。今后国内海水淡化膜得应用会进入一个新时期。

日本得三家膜公司已开发出可耐9、0MPa以上压力得海水淡化膜，使用此膜，日本得水处理工

程公司已在西班牙建造了水回收率高达60%得两段反渗透海水淡化装置。目前在日本福冈，

已开始建设日产58000t得高回收率反渗透海水淡化装蜜。美国海德能公司已开始在大型饮

用水项目上,提供对硼离子有高脱除率得海水淡化膜。

5、11、6印染废水[49]

膜分离技术处理印染废水主要就是通过对废水中得污染物得分离、浓缩、回收而达到废水处

理目得得，改变了以前废水处理过程复杂、污■染严重、，能耗高得局面，使印染废水处理相对

简单、无二次污染，而且能回收可再利用物质，具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特

点、O

5、12最新应用开发动向

进行以水处理为主得膜材料及膜研究，如大通量、高表面积得反渗透膜研究、界面缩聚法制

备纳滤膜活性层得方法；大通量高选择性气体分离膜研究；二氧化碳分离、有机废气处理得研

究；从水中分离有机物得高选择性膜研究与有机物/有机物分离膜研究；另外还有膜过程在环

境保护及治理、水资源再生、燃料也也膈膜得理论与应用研究；具有更好时酸碱、耐热、

耐压、咐有机溶剂性能、抗氧化、抗污染性能与易清，洗性能得高聚物膜、无机膜与生物膜

材料；结合多种膜过程优点得集成膜过程；取代反渗透与蒸发工艺得膜蒸缁过程等。

六其她分离技术

6、1变压吸附技术

高压吸附可用于分离气体混合物并制取纯气体，它就是利用特定得吸附剂对各种气体吸

附能力得差异进行气体分离得。适用气源广，产品纯度高，工艺简单，节能效果显著，可在常温

与在较宽得压力范围内操作。原化工部西南化工研究院对此项技术进行了卓有成效地研究，

已成功地应用在从合成氮驰放气、焦炉煤气中回收纯氧气；从含一氧化碳混合气中制取纯一

氧化碳；合成氨变换气脱碳；天然气净化提纯甲烷；浓缩乙烯空气分离制取富氧与纯氮等工业

生产过程中，取得了骄人得节能效果与经济效益[5]o

6、2机械分离方法得节能问题

6、2、1新型机械分离装置得开发

在现代工业中，离心分离技术【50]已越来越重要。这不仅由于离心机与其它分离机械

相比，可得到含湿量低得同相与高纯度得液相，而且具有戒轻劳动强度、改善劳动条件，并具

有连续运转、自动遥控、占地面积小等优点。特别就是随着能源、环保与生物医药工程得发

展，更促使了我国离心分离技术得迅速发展。

以沉降式离心分离机为例，这种机器多数为皮带驱动方式，但因为回转体大，所以选择适

当得马达能产生相当大得节能效果，对于标准处理量为7T13-h-1得装置，当使用直接起动方

式驱动时需要22kW得马达，而使用液力变速器与离心离合器起动方式时，由于减少了起动负

荷，所以只用15kW得马达就足够了[6]o

6、2、2机械分离装直得小型化

在间歇操作中，由于能在很大程度上灵活地确定操作压力与分离时间，使之与被分离得

物料相适应，因而对分离速度几乎不产生影响，故多数情况下能够实现小型化。在连续操作得

情况下，被分离物质在小型装置中停留时间减少，分离时间变短，为了加以弥补，就必须改变

操作条件：通过增加压力、改善物料预处理方法等提高分离速度；或者通过降低运转速度，使

处理量做出某种程度得牺牲等。关于连续式离心过滤机得小型化问题，最近已有报道。

6、2、3设备操作管理得优化

进行机械分离时，通过预处理枭改善固液混合物得性质与通过几种机械分离方法得并用

来提高工作效率，确定最佳得操作压力、分离时间等工艺条件。如最佳过滤时间得确定。这

些必须根据合理得设计方针与可靠得实践经验来把握，重要得就是要充分运用以达到节能得

目得。

6、3蒸发操作得节能问题

蒸发就是从含有不挥发溶质得稀溶液中脱除大量溶剂得最有效得分离方法，但同时需要

消耗大量得加热蒸汽，能耗较高。目前，蒸发操作采用得主要节能措施【7】如下：

6、3、1采用多效蒸发

多效蒸发得采用就是蒸发操作节能得有效手段。采用多个蒸发器可以提高加热蒸汽得利

用率（加热蒸汽与蒸发水分量之比D/W）o多效蒸发中，前一效得二次蒸汽（低压蒸汽）作为

后一效得加热蒸汽使用，故提高了加热蒸汽得利用率，亦即提高了热能得经济性，降低了能

耗。

6、3、2引出额外蒸汽

在多效蒸发流程中，有时将某一效得二次蒸汽引出一部分作为其她加热设备得热源，只

要二次蒸汽得温位能满足于其她加热设备得需要，引出额外蒸汽总就是有利得，而且，引出额

外蒸汽得效数越往后移，生蒸汽得利用率越高，越有利于节能。

6、3、3利用冷凝水将热量

蒸发装置消耗大量得加热蒸汽，必产生大量得冷凝水。较高温位得冷凝水可用于预热原

料液，或者采用热泵式冷凝水回收装置、汽压罐式冷凝水回收装置与密闭式高温冷凝水回收

装筮来回收热能。

6、3、4再压缩二次蒸汽

可利用机械压缩与蒸汽动力压缩得方法对二次蒸汽进行再压缩，使二次蒸汽温度升高后

重新作为加热蒸汽使用，只需补充一定得能量，便可利用其大量潜热，十分有利于节能。

6、4泡沫分离法又称气浮法，就是利用泡沫与水界面得物理吸附作用以表聚物形式去污净水

得方法世纪。20初泡沫浮选广泛应用于犷冶工业，后来又被用于脱除废水中得表面活性物质

（如表面活性剂蛋白质酶等）与洗涤剂；提取可与表面活性剂络合或鳌合在一起得物质，如金

属离子；也可作为一种浓缩过程，对高浓度可生化性较差将表面活性剂废水进行处理；在生化

制品领域中，还可以通过泡沫分潟技术进行病毒分离以及蛋白质酶得提炼。

6、5泡沫分离技术展望

泡沫分离技术［51］就是一种新型得分高技术，在化工，生化，医药，污水处理等领域，它得应

用与发展前景都十分广阔，因此，对泡沫分离技术分离效率得影响因素及其影响程度得研究

就显得十分重要。为提高泡沫分离得效率，改善泡沫分离设备得性能，有关各种表面活性剂在

气液界面处发生分离得吸附机理以及吸附特性还有待于遮续研究，尤其就是吸