化工工藝分離過程研究

張 強(qiáng) 王祿明 王紅霞

（甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅 白銀 730900）

在化工生產(chǎn)中，分離工程一方面為化學(xué)反應(yīng)提供符合質(zhì)量要求的原料；另一方面，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離提純，得到合格的產(chǎn)品，并且使未反應(yīng)的物料循環(huán)利用，對生成的三廢進(jìn)行末端治理。因此，分離工程在提高化工生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益中起著舉足輕重的作用。伴隨化工生產(chǎn)事業(yè)的飛速擴(kuò)充發(fā)展，正逐步發(fā)展為工藝技術(shù)高參數(shù)、智能化、高效性經(jīng)營生產(chǎn)模式。

1 化工分離過程的重要性

化工分離過程是把混合物分開組成各不相同的兩種 （或幾種）產(chǎn)品的操作。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的化工生產(chǎn)設(shè)備裝置，主要是由一個(gè)反 應(yīng)器與具有提 純原料、中間 產(chǎn)物與產(chǎn)品的多 個(gè)分離設(shè)備構(gòu)成；首先分離過程為化學(xué)反應(yīng)供給符合品質(zhì)的原料，去除有害物且使收率提高；再者對反應(yīng)物在分離提純時(shí)獲得合格品，并使未反應(yīng)的得到循環(huán)利用價(jià)值；另外，分離過程在資源的充分利用與保護(hù)環(huán)境方面發(fā)揮不可多得的作用，所以分離過程在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所占的地位非常明顯。

2 分離過程的分類和特征

化工生產(chǎn)中常用的分離過程可分為機(jī)械分離和傳質(zhì)分離兩大類。機(jī)械分離過程的分離對象是由兩相以上所組成的混合物。其目的只是簡單地將各相加以分離，只要用簡單的機(jī)械方法就可將兩相分離，而兩相間并無物質(zhì)傳遞現(xiàn)象發(fā)生；例如，過濾、沉降、離心分離、旋風(fēng)分離和靜電除塵等。

而傳質(zhì)分離過程用于各種均相混合物的分離，其特點(diǎn)是有質(zhì)量傳遞現(xiàn)象發(fā)生，按所依據(jù)的物理化學(xué)原理不同，在工業(yè)上常用的傳質(zhì)分離過程又分為平衡分離過程和速率分離過程，也即是以能量與物質(zhì)分離的過程。

2.1 平衡分離過程

該過程是借助分離媒介使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不同等的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分離。例如：蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、結(jié)晶、離子交換等。

例如，在傳統(tǒng)萃取的過程中，其能量無規(guī)則地傳遞給萃取劑，接著萃取劑擴(kuò)散到基體物 質(zhì)，最后由基體溶解或夾帶多種成分?jǐn)U散出來。微波萃取就是一種采取使微波能萃取效率得到提高的新型技術(shù)，因存在介電常數(shù)不同的物質(zhì)，在微波能吸收的程度會(huì)有所不同，因此所產(chǎn)生的熱能與給周邊環(huán)境傳遞的熱能也存在異同。

微波萃取的工藝流程大致為：原料預(yù)處理（清洗、粉碎或切片）→物料混合與溶劑→微波萃取→過濾→濃縮→分離→萃取成分。

平衡分離過程經(jīng)歷了長時(shí)期的應(yīng)用實(shí)踐，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和高新產(chǎn)業(yè)的興起，日趨完善不斷發(fā)展，演變出多種具有特色的新型分離技術(shù)。在傳統(tǒng)分離的過程中，精餾仍列為石油和化工分離過程的首位，因此強(qiáng)化方法在不斷地研究和開發(fā)中。

2.2 速率分離過程

速率分離過程是在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時(shí)在選擇性透過膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。這類過程所處理的原料和產(chǎn)品通常屬于同一相態(tài)，僅有組成上的差別。

膜分離技術(shù)原理（如圖所示）是利用流體中各組分對膜的滲透速率的差別而實(shí)現(xiàn)組分分離的單元操作。膜可以是固態(tài)或液態(tài)，所處理的流體可以是液體或氣體，過程的推動(dòng)力可以是壓力差、濃度差或電位差。

微濾、超濾、反滲透、滲析和電滲析為較成熟的膜分離技術(shù)，已有大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用和市場。其中，前四種的共同點(diǎn)是用來分離含溶解的溶質(zhì)或懸浮料的液體，溶劑或小分子溶質(zhì)透過膜，溶質(zhì)或大分子溶質(zhì)被膜截留，不同膜過程所截留溶質(zhì)粒子的大小不同。電滲析則采用荷電膜，在電場力的推動(dòng)下，從水溶液中脫出或富集電解質(zhì)。

氣體分離和滲透蒸發(fā)是兩種正在開發(fā)應(yīng)用中的膜技術(shù)。氣體分離更成熟些，工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用有空氣中氧、氮的分離，從合成氨廠混合氣中分離氫，以及天然氣中二氧化碳與甲烷的分離等。滲透蒸發(fā)是有相變的膜分離過程，利用混合液體中不同組分在膜中溶解與擴(kuò)散性能的差別而實(shí)現(xiàn)分離。由于它能用于脫除有機(jī)物中的微量水、水中的微量有機(jī)物，以及實(shí)現(xiàn)有機(jī)物之間的分離，應(yīng)用前景廣闊。

乳化液膜是液膜分離技術(shù)的一個(gè)分支，是以液膜為分離介質(zhì)，以濃度差為推動(dòng)力的膜分離操作。液膜分離涉及三相液體，含有被分離組分的原料相，接受被分離組分的產(chǎn)品相，處于上述兩相之間的膜相。液膜分離主要應(yīng)用于烴類分離、廢水處理和金屬離子的提取和回收等。

綜上所述，傳質(zhì)分離過程中的精餾、吸收、萃取等一些具有較長歷史的單元操作已經(jīng)應(yīng)用很廣，膜分離和場分離等新型分離技術(shù)在產(chǎn)品分離、節(jié)約能耗和環(huán)保等方面已顯示出它們的優(yōu)越性。

3 分離方法的類型與選用的原則

3.1 分離方法的類型

物料的分離方法存在多種不同類型，那是因?yàn)橛卸喾N多樣的化工生產(chǎn)物料，而在選擇分離方法的過程中，往往是按照物料被分離中各種組分的化學(xué)與物理的不同性質(zhì)來確定選擇；按照化學(xué)與物理性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，有如下五種類型常見的分離方法：①固體混合物分離方法；②氣固相混合物分離方法；③液體混合物分離方法；④液固相混合物分離方法；⑤氣體混合物分離方法。

3.2 分離方法選用的原則

在分離方法選用之時(shí)，需對產(chǎn)品的精細(xì)化程度與產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)值進(jìn)行考慮，對于精細(xì)化程度高與產(chǎn)值高的產(chǎn)品，不需考慮分離成本，可選用部分高效分離方法，對于一些相對較低產(chǎn)值而很大產(chǎn)量的產(chǎn)品，則需要對分離成本進(jìn)行考慮，可以選用那些分離步驟較少或相對簡便的分離方法。

盡量避免含有固體的物流在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)，應(yīng)盡可能預(yù)先除盡物流中的固體，由于它們在輸送中能量的消耗相對較大，而且含液體或氣體的物流相當(dāng)容易形成管道堵塞。

在進(jìn)行多種不同物質(zhì)混合的物料分離時(shí)，其分離順序應(yīng)考慮的原則為：為避免其工藝過程受到影響，應(yīng)盡量先分離易導(dǎo)致極其有害與副反應(yīng)的物質(zhì)，同時(shí)對需要高壓方可分離的物質(zhì)，也應(yīng)考慮進(jìn)行先分離；另外，首先被分離出來的是最容易分離的組分，而留到最后分離的是最難分離的組分。

選擇分離方法的主要原則還是要從經(jīng)濟(jì)上的合理性與技術(shù)上的可靠性進(jìn)行考慮。例如，精餾與萃取兩者均為分離液體混合物的方法，依技術(shù)成熟的程度而言，精餾在于萃取之上，若能夠采取精 餾分離的物料，應(yīng)盡可避免采用萃取，若混合 物的沸點(diǎn)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，利用蒸餾即可簡單進(jìn)行分離，就勿需采用精餾，如此的操作費(fèi)用與選擇投資都相對較低。

分離方法的選用一定要有針對性地進(jìn)行，因?yàn)樗且豁?xiàng)技術(shù)性相當(dāng)強(qiáng)的工作，只有對被分離出物料的化學(xué)、物理性質(zhì)，以及分離的要求均清楚把握后方可進(jìn)行最佳的選擇。

4 結(jié)束語

總而言之，化工廣泛的應(yīng)用，環(huán)境的需要都說明化工分離過程在國計(jì)民生中所占有的地位和作用，并展示了分離過程的廣闊前景，現(xiàn)代社會(huì)離不開分離技術(shù)，分離技術(shù)發(fā)展于現(xiàn)代社會(huì)。

［1］侯景楓.連鑄工藝手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

［2］張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［3］王占林.近代電氣液壓伺服控制[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2010.