超過濾技術在化工工藝過程中的應用

唐艷輝

摘要：為了滿足現代化工行業發展需求，各種新技術、新設備在化工工藝中得到了廣泛應用。超過濾作為一種膜分離技術，可以實現物質的分離和凈化，并且由于操作簡便、分離效果好、工藝成本低等特點，成為現階段膜分離技術中最為常用的一種技術手段。文章首先對超過濾技術的工作原理進行了簡單概述，隨后分析了該技術在化工工藝過程中的具體應用，最后就超過濾技術的未來應用趨勢進行了展望。

關鍵詞：超過濾技術；化工工藝；工作原理；應用分析

1超過濾技術的概述

超過濾技術在廢水處理、生物制藥、化工生產等各個行業均有應用，雖然具體的應用流程存在一定差異，但是基本原理大致相同：作為膜分離技術中的一種，超過濾也是利用薄膜對不同直徑分子進行分離，以達到混合物提純的目的。首先，在混合物一側施加較大的壓力，在壓力作用下，液體混合物中的小分子（分子直徑小于薄膜微孔直徑）可以在壓力推動下移動到薄膜的另一側，而大分子則不會通過薄膜，最終獲得目標產物。利用超過濾技術可以實現“液液分離”和“液氣分離”，并且可以根據提純物質的直徑大小，選擇合適的薄膜，因此適用性較廣。近年來，隨著超過濾技術的不斷發展，過濾薄膜的種類也變得豐富，常用的有聚砜膜、聚砜酰胺膜、聚丙烯膜等。過濾薄膜的孔徑分類如表1所示。

在化工工藝過程中，為了提高超過濾技術的應用效果，通常采取兩種主要的措施：第一種措施是增加過濾膜的面積，提高單位時間內對過濾材料的處理量。例如，傳統過濾膜采用垂直式膜面，如果采用折疊式膜面，則能夠顯著增加過濾面積，化工生產效率也就得到了提高。第二種措施是適當加壓、加溫。根據分子熱運動定理可知，在一定范圍內，隨著溫度的升高、分子做無規則運動的速度越快。在使用超過濾技術時，一方面通過適當增溫，使得混合液體中分子無規則速度加快；另一方面給予一定的壓力，使得分子做定向運動，從而加快了小分子通過薄膜的速度，也能夠達到提高超過濾速率的效果。

2超過濾技術在化工工藝過程中的應用分析

超過濾與其他膜分離技術相比，不僅分離效果好，而且能耗相對較低、操作流程也比較簡便，因此在現階段的化工生產中有著廣泛應用。本研究從實際出發，介紹以下幾種常用的超過濾技術。

2.1氨的合成與分離

在以往工業合成氨中經常發現合成氨帶油的現象，影響了合成氨的純度。利用超過濾技術，將新鮮汽油作為分離液，加入到超過濾裝置中，通過在薄膜一側施加高壓，可以將新鮮汽油中的灰塵等雜質分離出來，從而得到純凈的汽油。在合成氨的化工工藝中，由于汽油本身較為純凈，因此很少出現油污積碳等之后冷交換器管道堵塞的問題，既可以加快合成進度，又可以解決合成氨帶油的問題。除了用于氨的合成外，超過濾技術在氨的分離中也有應用。通過薄膜的過濾作用，保證了進入分離塔的氨濃度維持在較高狀態，提高了氨的分離效率。

2.2水處理

超過濾技術在水處理方面也有重要應用，包括污水處理、海水淡化、飲用水凈化等，為實現水資源的循環利用和高效使用提供了技術支持。

（1）污水處理。在工業生產和日常生活中，每天都會產生大量的污水，這些污水如果不經處理直接排放，不僅會產生生態環境的污染，造成水體富營養化，而且也是一種極大的浪費。利用超過濾技術，將工業廢水和生活污水進行集中處理，所得的中水經過監測達標后，可以用于灌溉，從而實現了水資源的保護和循環利用。現階段常用的污水處理裝置如圖1所示。

（2）海水淡化?，F階段海水淡化技術有多種，例如太陽能法、蒸餾法、電滲析法等。這些技術雖然都能夠將海水轉化為淡水，但是存在成本較高、淡化效果不好等問題。超過濾技術通過選擇多種過濾薄膜，可以將海水中所含的多種鹽分進行依次脫離。通常情況下，使用3-5層復合過濾膜，即可得到符合標準的飲用水。同時，利用超過濾技術進行海水淡化，還能夠實現產業化運作，提高淡化效率。海水淡化正向滲透如圖2所示。

2.3硝酸、硝銨的制備

硝酸和硝銨是工業生產和農業活動中用量較大的兩種物質。在進行批量化生產制備中，如何協調好產品質量和生產成本之間的關系，是化工企業需要重點考慮的問題。超過濾技術在硝酸、硝銨制備中的應用優勢主要有兩方面：（1）過濾效果好，理論上來說，利用超過濾技術可以使硝酸純度保持在99.9%以上，避免因為油污雜質的存在影響硝酸的保存壽命；（2）制備成本低，經濟價值高，適合進行批量化的硝酸、硝銨制備。需要注意的是，在利用超過濾技術進行硝酸、硝銨制備時，應當對過濾后的成品進行及時收集和妥善保存。硝酸化學性質不穩定，見光容易發生分解，因此，對于制備所得的硝酸、硝銨還應當避免陽光直射。

2.4藥品的制備

在制藥業中超濾技術也被廣泛應用：（1）應用在去除熱原方面。在制劑過程中傳統方法是利用活性炭吸附的原理去除熱源。但是該方法不僅效率低、材料耗損嚴，重同時也需要大量的人力。超濾技術是使用小于熱源分子量的超濾膜攔截住熱源，使其停留在超濾膜表面，與利用活性炭的方法相反，其具有損耗少效率高、質量好等優點。（2）運用在精制小分子方面。對于抗生素類的小分子物質，其傳統的生產過程耗費時間長、效率低、資源浪費嚴重，并且精制小分子不徹底，常常會發生有微量能夠對人體健康產生副作用的大分子殘留現象。在精制小分子過程中利用超濾膜一方面可以徹底清除大分子殘留，另一方面也可以使操作工藝更加簡便。（3）運用在精制大分子方面。超濾技術可以通過自身具有的低溫快速過濾特性，將這類產品因熱不穩定性產生的問題合理有效地解決。超濾技術主要通過過濾膜單獨分離出高分子多糖類化合物，從而為不同的病癥制備不同的藥物，進而達到對癥下藥的目標，對大分子進行精制是超濾技術中膜分離的一項重要功能。

3超過濾技術的未來發展趨勢

作為一種實用性的膜分離技術，現階段超過濾技術不僅在化工工藝過程中發揮著重要應用，并且逐漸在其他領域得到了應用和推廣?？梢灶A見，在未來一段時間內，超過濾技術的潛在價值將會被深入挖掘，其主要發展趨勢有3個方面。

3.1自動化

目前，超過濾技術仍然需要人為進行參數調控，例如超過濾裝置的壓力參數、分離時間參數等，而由于每次分離物質量的不同、分離物質種類的不同，都需要專業人員進行相應的參數調整，耗費較多的時間。隨著信息技術的發展，未來超過濾技術可以結合傳感信息采集和計算機數據分析，自動設定和調整參數，實現自動化過濾分離，減輕人工操作壓力。

3.2精細化

隨著人們對化工工藝產品精度和質量要求的不斷提高，對混合物提純和過濾的要求也歲之后上升，單一的薄膜過濾很難滿足化工生產需要。因此，下一步將會出現增加過濾膜的分離功能，實現一次性、多物質分離。以海水淡化為例，目前海水淡化需要使用多層分離膜，有鎂分離膜、鈣分離膜等。如果能夠生產一種同時可以分離多種鹽類離子的薄膜，則海水淡化成本會成倍下降。

4結語

在化工工藝過程中，超過濾技術與傳統分離技術相比，具有低能耗、低投入、高產出、高效率等應用優勢。特別是近年來生物膜技術的成熟發展，各種類型的生物膜為超過濾技術進行有效分離提供了技術支持，進一步拓展了超過濾技術的應用范圍?；て髽I可以根據具體生產的需要，合理選用超濾膜，以確保超過濾技術在提高分離效率和優化工藝生產方面發揮應用價值。