现代分离工程的应用及其前景
摘要：大多数化学过程和物理过程所得到的产品都是混合物；分离工程就是使混合物得以分离成为二种或二种以上的较纯物质的—门工程技术、它是化学工程学科的一个重要分支。近年来，它的发展更为迅速，研究与应用的分离方法种类繁多。本文结合分离工程的发展，，就现代化工分离技术现状、应用和前景进行了简要的论述
关键词：现代化工分离；高效导向筛板；填料
1.引言：
分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离过程的对象都是两相或两相以上的非均相混合物，只要用简单的机械方法就可将两相分离，而两相间并无物质传递现象发生：传质分离过程的特点是相间传质，可以在均相中进行，也可以在非均相中进行。传统的单元操作中，蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶等单元操作大多在两相中进行。 2．分离单元操作 2．1蒸馏
人类早就用蒸馏的方法制酒，从煤焦油中提取油品，开始用一般的蒸馏方法，后来设计了直立多级、采用回流的精馏塔。精馏塔广泛用于炼油、化工、轻工、食品与空气分离等工业中，成为非常重要的分离方法之一。2O世纪以来石化工业的发展在生产规模与分离难度上对蒸馏提出了更高的要求，各种生产能力大、分离效率高、流动阻力小的新型分离设备不断出现，不断改进；精馏技术进一步发展。各种复杂精馏分离，如萃取分离、盐精馏、分子精馏等陆续问世。 2．2 吸收
吸收操作源于生产实际，一些产品需通过吸收制得，如水吸收HC1制盐酸、吸收SO 制硫酸；一些产品在生产过程中要通过吸收对原料气进行净化，如合成气中 H2S、CO 的脱除，焦炉气中苯的脱除；环保中要通过吸收处理废气中的SOX、NOx等有害杂质。现在大型生产装置中的吸收系统与再生系统日趋完善，装置也不断改进。 2．3 萃取
20世纪初采用液态SO：从煤油中萃取芳烃，是萃取首次的工业应用。现在萃取已广泛用于各工业和国防部门，原子能工业中对放射性元素的萃取分离，石油馏分中芳烃与烷烃的分离，润滑油的精制，都采用了先进的萃取技术。 2．4 浸取
用水与溶剂浸取矿物质和天然植物中的有效成分，已有悠久的历史。现在湿法冶金、湿法磷酸、蔗糖生产、植物油生产都采用浸取操作。
2．5 结晶
人们早已利用太阳能蒸发海水，使食盐结晶。现在结晶已成为从不纯溶液中制取纯净固体产品的有效且经济的操作方式。许多化学产品，如染料、涂料、医药以及各种盐类都用结晶制取，使得的产品不仅有一定的纯度，而且外形美观，便于包装、运输、贮存和应用。 2．6 吸附
用活性炭、硅胶、硅藻土脱色，脱臭，早已在工业中使用。20世纪吸附技术的应用领域不断扩大，空气分离、异构体分离、废水废气处理都采用新型的吸附技术，吸附剂也发展到分子筛、活性氧化铝、合成树脂等物质。 2．7 离子交换
虽然人们早就发现土壤吸收铵盐的离子交换现象，但离子交换作为一种单元操作是在2O世纪4O年代人工合成离子交换树脂以后。目前离子交换主要用于水的软化和纯化，溶液的精制与脱色，工业废水中回收贵重金属等过程。 2．8 过滤
过滤过程由来已久，完全属于流体动力过程的机械分离过程，无论是常压过滤或加压过滤，真空过滤或离心过滤均已在各工业部门广泛使用。
3．现代分离工程 3.1新型塔分离技术
各种分离操作是石油炼制与石油化工生产过程必不可少的组成部分，在其设备投资与操作费用中占据了较大的份额。蒸馏是炼油和石化的最主要的操作过程之一，随着蒸馏技术的发展，精馏技术的开发，填料塔与板式塔的应用，提高了炼油过程中原油的分离效率，使大规模连续化的分离操作得以实现，明显降低了设备投资和操作能耗。近20多年来，各种生产能力大、分离效率高、流动阻力小的新型塔器的出现，进一步促进了炼油的技术进步。 3.1.1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、维修方便的特点。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，所应用的物系包括甲醇—水(原料中还会有粘性树脂和发泡剂等杂质)、乙醇—水(发酵醪制乙醇)、醋酸—醋酸乙烯、醋酸甲酯—醋酸乙烯—水、乙炔—乙醛—醋酸乙烯、聚醋酸乙烯—醋酸乙烯—甲醇、乙苯—苯乙烯、邻硝基氯苯—对硝基氯苯、香叶醇分离、重水分离等。
高效导向筛板具有以下特点：(1)生产能力大；(2)效率高；(3)压降低； (4)抗堵能力强；(5)结构简单，造价低廉。高效导向筛板适用于要求生产能力大或扩产改造的场合，要求分离效率高以及精密分离的场合，要求压降低特别是真空精馏的场合，它对粘性物料或含有固体颗粒的物料有很强的抗污和抗堵能力，还能够有效地破除塔板上的泡沫，降低雾沫夹带，防止液泛发生。 3.1.2新型高效填料
填料包括规整填料和散堆填料。填料是填料塔最重要的传质内件，填料的性能主要取决于填料表面的湿润程度和汽液两相流体分布的均匀程度。因为填料提供了单位体积中较大的表面积，这仅是填料的几何表面，起气液传质作用的表面要比几何表面小，总有一部分填料表面未被湿润，减少了气液有效接触的相界面，从而降低了传质效果。若想达到好的传质效果，必须使液体在整个填料表面充分湿润，形成均匀的液膜。填料表面的湿润性能主要依赖于所处理物料的表面张力、粘度和填料表面的性质等。尤其是对水、甘油等表面张力大的物系，必须对填料表面进行物理处理和化学处理，提高填料表面的湿润性能。对金属材质填料，采用物理方法、化学方法及联合方法，对金属丝网波纹填料与金属板波纹填料进行表面处理，大大提高了液体在填料表面的成膜和填料的分离效率，甚至使有的分离过程由不可能成为可能，强化了分离技术与工艺。
在塑料填料方面，对于聚丙烯、聚乙烯等材质的填料，无论是规整填料还是散堆填料，北京化工大学开发了最为先进的高分子表面接枝技术，对塑料表面的0．1 m内进行接枝改性，大大提高了填料表面的湿润性，进而提高了填料的传质效率，经在恶劣环境下(酸、碱环境下)应用表明：塑料填料同样具有很高的传质性能和流体力学性能，且价格便宜。北京化工大学研制开发的双层、三层金属填料，具有大通量、低压降、效率极高的特点，被称为“效率之冠”。由于填料效率极高，在精密分离过程中与在旧塔改造过程中，可以有效地降低塔的高度，在新塔设计与要求满足原有空问旧塔改造的过程中都有着很高的实用价值。
新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类，在将其进行物理的和化学的方法处理后，填料的分离效率大为提高。主要优点有：(1)理论塔数高、通量大、压力降低；(2)低负荷性能好、理论板数随气体负荷的降低而增加，没有低负荷极限；(3)放大效应不明显；(4)适于减压精馏，能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求，为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分离提供了有利的条件。
新型高效散堆填料主要包括金属鲍尔环填料、金属阶梯环填料、金属环矩鞍填料。新型高效填料已经在北京有机化工厂、石家庄化工化纤有限公司、江西维尼纶厂、贵州有机化工总厂、云南云维股份公司、兰州维尼纶(集团)公司、北京第三制药厂、北京化工实验厂等几十家企、的塔器中得剑应用，均取得了扩产、节能、降耗，大幅度提高经济效益的效果。应用的物系包话：甲醇—水、乙醇—水、NaOH水溶液脱硫、磷、NaOH水洗涤等醋酸乙烯—醋酸甲酯分离、醋酸—醋酸乙烯分离、乙醛—醋酸乙烯分离、乙苯—苯乙烯分离、硝基氯苯同分异物体分离等等。在制药行业的溶剂回收应用中也得到了广泛的好评。
3.2膜分离技术
液体分离膜的主要有（1）微滤膜、超滤膜 (2) 纳滤膜反渗透膜 (3) 离子交换膜(4) 渗透汽化膜等。以膜为分离介质实现混合物的分离是一种新型分离技术。膜是指两相之间的一个不连续的界面。膜可分为气相、液相、固相或它们的组合，通常是固膜(聚合物膜或无机材料膜)和液膜(乳化液膜或支撑液膜)。膜分离过程是利用不同的膜的特定选择渗透性能，在不同的推动力(压力、电场、浓度差等)作用下实现混合物分离的过程。膜分离工程可分为微滤、超滤、反渗析、电渗析、气体渗透、渗透汽化和液膜分离等类型。由于膜分离过程操作条件较为温和，效率高，能耗低，已在高新科技和国民经济各部门得到应用。 3．3 新型吸附技术
新型吸附技术，如模拟移动床、变压吸附、层析、扩张床等新分离方法在研究开发的基础上，将在工业中发挥较大的作用。
美国UOP公司首先发展起来的PAREX模拟移动床吸附分离法，利用对对二甲苯有较强吸附作用的分子筛固体吸附剂，通过固相模拟移动的方法产生两相连续逆流接触的效果，既提高了吸附剂的利用率、设备的生产能力和分离效率，又避免了固体吸附剂的磨损破裂、堵塞及固体颗粒缝间的沟流。与固定床吸附装置相比较，其吸附剂装填量仅为l／25，液体脱附剂用量为1／2，明显降低了设备投资费用和分离成本，获得的产品纯度很高。模拟移动床现已成功地应用于果／葡萄糖浆分离的工业过程，被认为是现代制糖工业重要的技术进步之一。
固体吸附剂对不同的气体组分具有一定的吸附选择性且平衡吸附量随组分分压升高而增加，利用此特性进行加压吸附、减压脱附实现混合物的分离。变压吸附一般是常温操作，循环周期短，易于实现自动化。变压吸附在工业生产的应用迅速增长，目前的应用领域有：空气干燥，氢的纯化(可生产纯度高达99．999％ 的 )，从含有支链异构体和环烃的混合物中分离正构烷烃，空气分离等。变压吸附已应用于炼钢、有色金属冶炼、材料、医药、环保、惰性气体保护、食品保鲜等各方面。
在层析分离中，亲固定相的分子在体系中移动较慢，而亲流动相的分子则较快地流出体系，从而实现了不同物质之间的分离。按两相相互作用的原理不同，可以分为吸附层析、离子交换层析、疏水作用 层析、亲和层析、固定化金属离子亲和层析、凝胶过滤层析等不同的过程。层析是分离能力很强的技术，在工业上用于一些分离纯化要求很高的过程，如生物活性物质的提取、天然动、植物资源中有效成分的提取、重稀土金属的分离。在生物技术产品的分离提取过程中，层析是一种特别重要的手段。
通常的生物产品的分离纯化过程包括发酵液预处理、固液分离、分离 纯化、产品加工等步骤，操作复杂、处理时间长，造成提取过程收率低、分离成本高。其中，对料液的固液分离，当料液中颗粒小、料液粘度高时是一个很困难的过程，处理不当时容易造成生物活性物质的失活。与固定床吸附不同，扩张床在吸附操作时其床层处于膨松的亚流化状态，但同时又保持了较低的返混，因而可以处理含较多颗粒的“ 脏”料液，如发酵液等，并达到良好的分离效果；在脱附时则反向以固定床方式进行。扩张床吸附将固液分离、吸附分离和浓缩集中成为一个操作过程，简化了分离工艺，提高了产品回收率，是一项应用前景广阔的生化分离新技术。例如，扩张床技术的应用是基因过程人工血清蛋白得以成功地实现工业化生产的关键之一。 4.结论
现代分离工程具有广阔的发展空间和应用空间，对化工产业的发展具有很大的推动作用。发展好现代分离工程，对我国的化工产业发展具有重大意义。 参考文献：
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