化工分離過程的技術(shù)開發(fā)及方法選擇

吳鵬（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 300402）

化工分離過程的技術(shù)開發(fā)及方法選擇

吳鵬（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 300402）

本文通過對(duì)化工分離過程的分析，從化工分離過程的技術(shù)開發(fā)和方法以及方法的選擇這兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

化工分離過程;方法;開發(fā)

1 化工分離過程的技術(shù)開發(fā)與方法

開發(fā)的工程研究、過程研究以及基礎(chǔ)研究三要素構(gòu)成了化工技術(shù)的開發(fā)，然而化工分離新技術(shù)開發(fā)中的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是開發(fā)放大技術(shù)。放大技術(shù)包括四種方法：工程理論指導(dǎo)放大、量綱分析放大、數(shù)學(xué)模型方法以及逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大。

1.1 數(shù)學(xué)模型方法

通過數(shù)學(xué)模型的方法要想得到可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果，必須要建立合理的數(shù)學(xué)模型，然而要想建立合理的數(shù)學(xué)模型就必須對(duì)分離過程的本質(zhì)合理的簡(jiǎn)化，從而得到切合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型。所謂切合實(shí)際并不是使得現(xiàn)實(shí)的分離過程與模型的各個(gè)方面都一一對(duì)應(yīng)，而是需要對(duì)所研究的問題進(jìn)行原過程與數(shù)學(xué)模型的等效。所以，需要明確分離過程的內(nèi)在規(guī)律，把握研究分離的目的性，對(duì)于能否合理簡(jiǎn)化現(xiàn)實(shí)的分離過程至關(guān)重要。若對(duì)現(xiàn)實(shí)的分離過程能夠正確的模擬，就可以通過數(shù)學(xué)模型的方法直接對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此這種情況也就無所謂放大效應(yīng)的問題。數(shù)學(xué)模型法較比逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大的方法，能夠大大減少實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用，縮減分離過程開發(fā)的周期，結(jié)果相對(duì)較為可靠，能夠滿足工程開發(fā)者的設(shè)計(jì)利益。與此同時(shí)，數(shù)學(xué)模型法同樣存在一定的局限性，數(shù)學(xué)模型法雖然在分離設(shè)計(jì)過程中符合邏輯、又具有一定的科學(xué)性，但是在具體的化工應(yīng)用仍然有限。究其原因，現(xiàn)實(shí)的化工過程錯(cuò)綜復(fù)雜，簡(jiǎn)化科學(xué)合理又相對(duì)可靠的數(shù)學(xué)模型不容易設(shè)計(jì)。對(duì)分離傳質(zhì)單元操作來講，常用的吸收、精餾，已經(jīng)擁有較為深入的認(rèn)識(shí)，在實(shí)際工程應(yīng)用中所涉及的物系，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)能夠從基礎(chǔ)平衡數(shù)據(jù)及基本物性進(jìn)行出發(fā)，從而避免了進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)。

1.2 逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法就是在對(duì)分離過程進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，來對(duì)相應(yīng)設(shè)備的反應(yīng)條件、功能參數(shù)進(jìn)行確定，從而滿足達(dá)到設(shè)計(jì)初期的理想經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。假如前期的小實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒?，然后進(jìn)行規(guī)模更大的實(shí)驗(yàn)，從而確保在實(shí)際應(yīng)用中能夠滿足大設(shè)備的變化要求，也就是所謂的放大效應(yīng)，通過放大的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最終工業(yè)化規(guī)模的設(shè)計(jì)生產(chǎn)設(shè)備。

2 化工分離方法的選擇

現(xiàn)今的科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，化工分離應(yīng)用的不斷增加，不同的方法也是有利有弊?；し蛛x過程的實(shí)現(xiàn)首先要對(duì)其方法的可行性進(jìn)行研究，從而選擇合理的應(yīng)用方法，在滿足企業(yè)現(xiàn)實(shí)利益的同時(shí)，應(yīng)用先進(jìn)分離技術(shù)更加有效。下面分析了化工分離方法選擇的幾種原則：

2.1 分子性質(zhì)與物性

利用吸收及萃取的方法進(jìn)行化工過程分離就是利用同種物質(zhì)在不同種的溶劑中溶解度的差異實(shí)現(xiàn)分離。其原理是根據(jù)分子之間的化學(xué)反應(yīng)平衡或是分子偶極矩極化強(qiáng)度的不同，與分子所帶電荷多少、形狀以及大小都有關(guān)系。

2.2 化工分離過程不同類別的選擇

一般情況下，我們會(huì)將傳質(zhì)分離過程分為速率控制的分離過程以及平衡的分離過程，或者能夠根據(jù)不同的添加劑成分，分為添加能量型分離過程和添加物質(zhì)型分離過程這兩種。但是，不同的分離過程都存在一定優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體情況合理的進(jìn)行選擇。若需要對(duì)消耗能量的多少進(jìn)行考慮，就應(yīng)當(dāng)在多級(jí)分離的過程應(yīng)用中，優(yōu)先選擇平衡的分離過程，然后在考慮應(yīng)用速率的控制過程。進(jìn)行這樣選擇的原因是：進(jìn)行多級(jí)速率的分離控制中的每一集實(shí)驗(yàn)都會(huì)消耗大量的添加劑量，而在平衡的分離實(shí)驗(yàn)過程中加入的添加劑僅需一次。

2.3 分離方法選擇的可行性

進(jìn)行分離方法的選擇時(shí)，另外一個(gè)重要的因素就是所選的分離方法是否滿足現(xiàn)實(shí)要求。需要對(duì)不同種的分離方法進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，最終選擇最好的分離方法。假使某個(gè)分離方法在理論分析中可行，同時(shí)又能符合實(shí)際的生產(chǎn)需求，我們還應(yīng)當(dāng)分析進(jìn)行此種方法所需的不同條件，例如：操作壓力、操作溫度能否具備。在進(jìn)行乙醚和丙酮的分離過程操作時(shí)，僅從兩者的凝固點(diǎn)分析，采用逐區(qū)熔融、浸取以及升華干燥都能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的分離，達(dá)到最終要求。但是由于其凝固點(diǎn)較低，若選擇此種方法，就需要考慮是否具備滿足制冷要求的設(shè)備，若沒有就應(yīng)當(dāng)采用其他方法進(jìn)行分離。例如丙烷、丙烯和丙二烯三種物質(zhì)的分離操作過程，若應(yīng)用蒸餾的方法來分離，我們首先就會(huì)得到丙烯；若是采用萃取精餾，首先就會(huì)得到丙烷；若采用萃取的方法，首先得到的就會(huì)是丙二烯。因此，分離路線的不同選擇也至關(guān)重要。

3 結(jié)語

化工的分離過程相當(dāng)復(fù)雜，而且方法眾多，在進(jìn)行方法的選擇時(shí)首先必須進(jìn)行原理的分析，而后需要考慮生產(chǎn)的成本，同時(shí)又要滿足具體生產(chǎn)的實(shí)際情況，滿足要求下才能最終確定適合的分離方法。

[1]朱家文,紀(jì)利俊,房鼎業(yè).化工分離工程與高新科技發(fā)展.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2010,(4).

[2]任立鵬,侯俠.化工分離技術(shù)的發(fā)展. 2012，(11).