化工工藝分離過程的探討

鄭興運/淄博君達化工技術有限公司

化工工藝分離過程的探討

鄭興運/淄博君達化工技術有限公司

在化工生產中，分離工程一方面為化學反應提供符合質量要求的原料，另一方面對反應產物進行分離提純，得到合格的產品，并且使未反應的物料循環利用，對生成的三廢進行末端治理。因此，分離工程在提高化工生產過程的經濟效益和社會效益中起著舉足輕重的作用。

化工工藝；混合物；分離過程

一、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）產品的操作。一個標準的化工生產設備裝置，主要是由一個反應器與具有提純原料、中間產物與產品的多個分離設備構成；首先分離過程為化學反應供給符合品質的原料，去除有害物且使收率提高；再者對反應物在分離提純時獲得合格品，并使未反應的得到循環利用價值；另外，分離過程在資源的充分利用與保護環境方面發揮不可多得的作用，所以分離過程在化學工業生產中所占的地位非常明顯。

二、分離過程的分類和特征

化工生產中常用的分離過程可分為機械分離和傳質分離兩大類。機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，只要用簡單的機械方法就可將兩相分離，而兩相間并無物質傳遞現象發生；例如，過濾、沉降、離心分離、旋風分離和靜電除塵等。

而傳質分離過程用于各種均相混合物的分離，其特點是有質量傳遞現象發生，按所依據的物理化學原理不同，在工業上常用的傳質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分離的過程。

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變成兩相系統，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而實現分離。例如：蒸發、蒸餾、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、結晶、離子交換等。

例如在傳統萃取的過程中，其能量無規則地傳遞給萃取劑，接著萃取劑擴散到基體物質，最后由基體溶解或夾帶多種成分擴散出來。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，因存在介電常數不同的物質，在微波能吸收的程度會有所不同，因此所產生的熱能與給周邊環境傳遞的熱能也存在異同。

在微波場中，其吸收能力的大小致使基體物質的部分區域被選擇性的加熱，從中使得被萃取物質經基體中分離出來，然后進入到微波吸收能力比較弱、介電常數相對較小的萃取劑中。

微波萃取的工藝流程大致為：原料預處理（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。

平衡分離過程經歷了長時期的應用實踐，隨著科學技術的進步和高新產業的興起，日趨完善不斷發展，演變出多種具有特色的新型分離技術。在傳統分離的過程中，精餾仍列為石油和化工分離過程的首位，因此強化方法在不斷地研究和開發中。

2.速率分離過程。速率分離過程是在某種推動力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時在選擇性透過膜的配合下，利用各組分擴散速率的差異實現組分的分離。這類過程所處理的原料和產品通常屬于同一相態，僅有組成上的差別。

膜分離技術原理（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現組分分離的單元操作。膜可以是固態或液態，所處理的流體可以是液體或氣體，過程的推動力可以是壓力差、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，已有大規模的工業應用和市場。其中，前四種的共同點是用來分離含溶解的溶質或懸浮料的液體，溶劑或小分子溶質透過膜，溶質或大分子溶質被膜截留，不同膜過程所截留溶質粒子的大小不同。電滲析則采用荷電膜，在電場力的推動下，從水溶液中脫出或富集電解質。

氣體分離和滲透蒸發是兩種正在開發應用中的膜技術。氣體分離更成熟些，工業規模的應用有空氣中氧、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散性能的差別而實現分離。由于它能用于脫除有機物中的微量水、水中的微量有機物，以及實現有機物之間的分離，應用前景廣闊。

乳化液膜是液膜分離技術的一個分支，是以液膜為分離介質，以濃度差為推動力的膜分離操作。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品相，處于上述兩相之間的膜相。液膜分離主要應用于烴類分離、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應用很廣，膜分離和場分離等新型分離技術在產品分離、節約能耗和環保等方面已顯示出它們的優越性。

三、分離方法的類型與選用的原則

1.分離方法的類型。物料的分離方法存在多種不同類型，那是因為有多種多樣的化工生產物料，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與物理的不同性質來確定選擇；按照化學與物理性質進行區分，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。

2.分離方法選用的原則。在分離方法選用之時，需對產品的精細化程度與產品生產的產值進行考慮，對于精細化程度高與產值高的產品，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值而很大產量的產品，則需要對分離成本進行考慮，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過程中出現，應盡可能預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容易形成管道堵塞。

在進行多種不同物質混合的物料分離時，其分離順序應考慮的原則為：為避免其工藝過程受到影響，應盡量先分離易導致極其有害與副反應的物質，同時對需要高壓方可分離的物質，也應考慮進行先分離；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濟上的合理性與技術上的可靠性進行考慮。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，應盡可避免采用萃取，若混合物的沸點出現較大偏差時，利用蒸餾即可簡單進行分離，就勿需采用精餾，如此的操作費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行，因為它是一項技術性相當強的工作，只有對被分離出物料的化學、物理性質，以及分離的要求均清楚把握后方可進行最佳的選擇。

四、結束語

總而言之，化工廣泛的應用，環境的需要都說明化工分離過程在國計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，現代社會離不開分離技術，分離技術發展于現代社會。