化工工藝分離過程的探討

鄭興運/淄博君達化工技術(shù)有限公司

化工工藝分離過程的探討

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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(chǎn)品的操作。一個標(biāo)準(zhǔn)的化工生產(chǎn)設(shè)備裝置，主要是由一個反應(yīng)器與具有提純原料、中間產(chǎn)物與產(chǎn)品的多個分離設(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)物在分離提純時獲得合格品，并使未反應(yīng)的得到循環(huán)利用價值；另外，分離過程在資源的充分利用與保護環(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。

二、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械分離和傳質(zhì)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(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。

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。

在微波場中，其吸收能力的大小致使基體物質(zhì)的部分區(qū)域被選擇性的加熱，從中使得被萃取物質(zhì)經(jīng)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(shù)相對較小的萃取劑中。

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)歷了長時期的應(yīng)用實踐，隨著科學(xué)技術(shù)的進步和高新產(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，因此強化方法在不斷地研究和開發(fā)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?jǐn)U散速率的差異實現(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散性能的差別而實現(xiàn)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(xiàn)有機物之間的分離，應(yīng)用前景廣闊。

乳化液膜是液膜分離技術(shù)的一個分支，是以液膜為分離介質(zhì)，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(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。

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(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。

2.分離方法選用的原則。在分離方法選用之時，需對產(chǎn)品的精細(xì)化程度與產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)值進行考慮，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。

在進行多種不同物質(zhì)混合的物料分離時，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)，同時對需要高壓方可分離的物質(zhì)，也應(yīng)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(jīng)濟上的合理性與技術(shù)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(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，若混合物的沸點出現(xiàn)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(shù)性相當(dāng)強的工作，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行最佳的選擇。

四、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)代社會離不開分離技術(shù)，分離技術(shù)發(fā)展于現(xiàn)代社會。