新型分離技術在化工工藝中的應用研究

摘 """""要： 新型分離技術在化工工藝中的應用研究是當前化工領域的熱點之一。傳統的分離技術在能耗、環境影響和資源利用方面存在一定的局限性，因此迫切需要發展和應用更高效、可持續的分離技術。針對材料選擇方面的問題，引入了金屬有機框架和多孔膜材料的應用，并強調了納米材料在分離領域的潛力。針對工程可行性的挑戰，探討模塊化設計和定制化分離技術的前沿發展。針對商業化推廣的問題，強調經濟性和市場需求的重要性，并介紹了人工智能和大數據分析技術的應用。探討了新型分離技術的發展趨勢和挑戰，特別關注材料選擇、工程可行性和商業化推廣等方面的問題，為新型分離技術的應用研究提供科學指導和參考。

關 "鍵 "詞：新型分離技術；化工工藝；應用研究

中圖分類號：TQ028 """""""""文獻標志碼：A """"文章編號：1004-0935（2025）03-0501-04

隨著社會的進步和發展，對高效、可持續和環境友好的分離技術的需求與日俱增^[1]。傳統的分離技術在解決復雜分離問題和實現資源的高效利用方面存在一定的局限性。因此，新型分離技術的發展具有重要的理論和應用價值。

1 "傳統化工分離技術的發展概述

1.1 "蒸餾技術

蒸餾技術是化工分離中常用的一種方法，通過利用組分之間的沸點差異實現物質的分離^[2]。傳統蒸餾技術包括常壓蒸餾、減壓蒸餾和精餾等方法，已經得到廣泛應用。然而，傳統蒸餾技術存在一些問題，如能耗高、操作復雜以及對易揮發性和熱敏性化合物分離效果差等^[3]。

在新型分離技術方面，近年來出現了許多具有深遠意義的發展。其中，一種值得關注的新型蒸餾技術是氣載液滴蒸餾。該技術利用氣-液兩相流動中液滴的不同性質，將物質分離。具體而言，使用氣體將液滴帶入蒸餾柱，并在上升的過程中將液體成分與氣體分離，進而實現分離效果^[4]。

氣載液滴蒸餾技術的優勢主要體現在能耗和分離效率方面。相較于傳統蒸餾技術，氣載液滴蒸餾技術通過降低沸點差、減少壓力和溫度而大幅降低能耗。此外，利用氣-液兩相流動的特性，氣載液滴蒸餾技術可以在較短的時間內實現有效的分離，提高生產效率。

1.2 "萃取技術

萃取技術是化工分離中常用的一種方法，通過利用溶劑與待分離物質之間的親和性差異實現物質的分離。傳統的萃取技術包括液液萃取、固液萃取以及超臨界萃取等方法，已經在各個領域得到廣泛應用。然而，傳統萃取技術存在一些問題，如大量有機溶劑的使用、能耗高、操作復雜等。

近年來，新型萃取技術在化工工藝中的應用研究取得了重要進展。一種新型萃取技術是離子液體萃取。離子液體是一類新型的無機離子或有機陰陽離子的鹽，具有獨特的熱力學性質和溶解能力^[5]。

離子液體萃取技術的優勢主要表現在環境友好性和低能耗方面。與傳統的有機溶劑相比，離子液體具有低揮發性、可重復利用以及較好的熱穩定性，能夠在降低揮發性有機物的釋放和能源消耗方面發揮積極作用。此外，離子液體的獨特溶解性能使得其在選擇性萃取和回收過程中具有較高的效率。

1.3 "結晶技術

近年來，新型結晶技術在化工工藝中的應用研究取得了重要進展。一種新型結晶技術是反溶劑結晶。反溶劑結晶利用2種或多種溶劑之間不相容性的特性，通過混合溶液中加入反溶劑，使可溶性物質從溶液中迅速析出結晶。與傳統結晶技術相比，反溶劑結晶具有速度快、結晶純度高、無需濾液和干燥的優勢。

反溶劑結晶技術的應用在制藥行業尤其引人關注。研究結果表明，采用反溶劑結晶技術可以實現對氨基酸、藥物等復雜有機物的高效純化。通過調節反溶劑與溶劑的質量比、溫度和攪拌速度等工藝參數，可以實現對特定晶型的選擇性控制^[6]。此外，反溶劑結晶技術還可以應用于食品加工中，如乳制品中乳糖的分離和提純等。

2 "新型分離技術分類和原理

2.1 "膜分離技術

膜分離技術屬于新型分離技術的一種，通過利用半透膜或多孔膜分離物質，在壓力、濃度或溫度差的驅動下，實現物質的分離和純化^[7]。膜分離技術具有簡便操作、低能耗和環境友好的特點，廣泛應用于水處理、氣體分離和滲透蒸發等領域^[8]。

膜分離技術根據膜的性質和分離機制可以分為多種類型，如微濾、超濾、反滲透和氣體分離等。其中一個新型的前沿技術是無機/有機復合膜。這種膜由無機材料和有機聚合物構成，綜合了無機材料的穩定性和有機材料的透過性和選擇性。由于其高通量、高選擇性和較好的抗污染能力，無機/有機復合膜在海水淡化、酸溶液分離、催化反應中物質回收等方面具有廣闊的應用前景^[9]。

在實際應用中，膜分離技術已經廣泛應用于水處理領域。例如，反滲透膜在海水淡化過程中起到關鍵作用，通過半透膜將鹽分和雜質從海水中分離，得到清潔的淡水。同時，超濾膜在廢水處理中也具有重要應用，能夠有效去除廢水中的懸浮固體、膠體和高分子有機物。此外，膜分離技術還被廣泛用于氣體分離、藥物純化、食品加工等多個領域。

2.2""離子液體萃取技術

離子液體萃取技術是新型的分離技術之一，通過利用離子液體與目標物質之間的親和性差異實現物質的分離。離子液體是一類特殊的液體，由陽離子和陰離子組成，具有低揮發性、高熱穩定性和可調控溶解能力等特點。離子液體萃取技術在化工工藝中廣泛應用于提純、分離和回收等領域。

離子液體萃取技術根據不同的分離機制可以分為相溶性萃取和配體萃取2種類型。相溶性萃取是指通過離子液體的溶解作用將目標物質從一種溶液中轉移至另一種溶液中。例如，將含銅溶液與含有親銅離子液體混合，在溶液中銅離子會被親銅離子液體萃取到有機相中，實現銅的分離和回收。與此相反，配體萃取是指利用離子液體與特定配體的相互作用，選擇性地提取目標物質。

離子液體萃取技術的優勢主要體現在其溶解能力和選擇性方面。由于離子液體獨特的結構和相互作用，它們能夠與不同性質的物質形成特定的化學環境，從而調控溶劑-溶質之間的相互作用。這使得離子液體具有較高的溶解能力和選擇性，能夠實現對不同組分的分離和回收。

最近，一項前沿的離子液體萃取技術是利用“約束幫籌”現象實現對特定分子的選擇性萃取。所謂“約束幫籌”是指利用空間限制效應和配位相互作用，將離子液體中特定功能基固定在特定位置，從而實現對特定分子的選擇性識別和分離。例如，在金屬離子的萃取過程中，通過合理設計含有相應功能基的離子液體，使其能夠與目標金屬離子形成穩定的配位結構，從而以高選擇性和高效率進行金屬離子的萃取和回收。

2.3""超臨界流體技術

超臨界流體技術主要由兩類方法組成：超臨界流體萃取和超臨界流體色譜。超臨界流體萃取是指將超臨界流體作為溶劑，通過改變溫度和壓力等條件，實現對目標物質的選擇性溶解和提取。相對于常規溶劑，超臨界流體具有低毒性、易于回收和環境友好等優勢。超臨界流體色譜則是通過超臨界流體作為移動相，實現對樣品中組分的分離和純化。由于超臨界流體的特殊物理性質，超臨界流體色譜具有較高的分離效率和選擇性，適用于化學、食品和藥物等領域。

一種最新的前沿技術是利用超臨界二氧化碳進行固體提取。二氧化碳在超臨界狀態下具有低黏度和高擴散性，是一種理想的超臨界流體。例如，當使用超臨界二氧化碳與固體樣品接觸時，二氧化碳會在固體中溶解，并在超臨界條件下實現溶質的選擇性提取^[10]。這種方法在天然產物提取、環境監測和藥物制備等方面具有廣泛應用。同時，超臨界二氧化碳還可用于納米顆粒和多孔材料的制備，在制備過程中溶劑可以很好地與原料混溶，使得制得的材料粒度均一且具有良好的分散性。

另一個例子是超臨界流體在藥物制備中的應用。一項最新的研究結果表明，超臨界流體技術可以用于藥物微粒制備和緩釋系統的開發。通過控制超臨界流體的溫度、壓力和組分等條件，可以實現對藥物的微粒化、納米化和載藥系統的制備。這種方法有助于提高藥物的生物利用度、控制藥物釋放速率，并減少劑量和給藥頻次。

3 "新型分離技術在化工工藝中的應用

3.1 "耗降低

在化工工藝中，耗降低是一個重要的目標，旨在減少能源和原料消耗，提高生產效率并降低環境負荷。新型分離技術在化工工藝中的應用使能耗降低成為可能，通過改變傳統分離過程中的操作條件、使用新型分離介質和采用先進的設備等手段，實現能耗和原料耗的降低^[11]。

在新型分離技術中，很多方法旨在優化傳質和傳熱過程，從而降低能耗和原料消耗。例如，利用超臨界流體技術，可以在較低溫度和壓力下實現物質的相互轉化和分離，從而降低能耗。研究結果表明，與傳統的溶劑萃取和蒸餾方法相比，超臨界流體技術可減少70%以上的能耗，并且無需顯著的副產物處理。此外，膜分離技術也是一種能耗較低的分離方法，通過對溶液進行壓力驅動，使溶質通過半透膜從溶液中迅速分離，不需要高溫或高真空條件，節約能源。

利用人工智能和機器學習技術優化化工過程，從而降低能耗。這些技術可以對大量數據進行分析和優化，識別潛在的能耗和原料耗問題，并提供相應的優化方案。通過預測模型和在線監測，新型分離技術可以實時調整操作參數，以達到更低的能耗。舉例來說，在鹽水處理領域，利用人工智能技術可以實現對溶液中的離子（如鈉、氯）的有效分離和回收，從而減少能耗和化學品消耗。

3.2 "分離效率提高

分離效率的提高是化工工藝中應用新型分離技術的一個關鍵目標^[12]。通過改進分離過程中操作條件、優化傳質和傳熱過程及利用高效的分離介質等手段，新型分離技術能夠實現更高的分離效率^[13]。

一種具有廣泛應用前景的新型分離技術是超濾膜技術。超濾膜是一種具有孔徑在1～1"000"nm的半透膜，它可以有效地分離溶質和溶劑。與傳統的過濾技術相比，超濾膜具有更高的分離效率和較低的能耗。例如，超濾膜可以應用于水處理中的水脫色和去除懸浮物等工藝，使得水的凈化效率顯著提高。

離子交換是一種利用吸附劑選擇性結合溶質離子的方法。近年來，離子交換材料的開發和改進促進了離子交換技術的應用。例如，離子交換樹脂在水處理和化工領域中被廣泛使用，可以從水中去除重金屬、溶解鹽和有機物等。最新的術包括新型的功能化離子交換樹脂的開發，通過引入特定官能團或納米材料，提高分離效率和選擇性，同時減少壓降和傳質阻力^[14]。

4""新型分離技術的發展趨勢和挑戰

4.1 "材料選擇

材料選擇是新型分離技術發展中的一個重要方面。選擇合適的材料對于實現高效、可持續和可靠的分離過程至關重要。新型分離技術需要開發和應用具有優異性能的材料，以滿足不同分離需求^[15]。

一種具有潛力的新型分離材料是金屬有機框架（MOFs）。MOFs由金屬離子或原子與有機連接體組成，形成多孔結構。MOFs具有超高比表面積和可調控的孔徑，用于吸附分離、氣體存儲和催化反應等領域。例如，MOFs可以作為吸附劑用于氣體分離和二氧化碳捕獲，具有高選擇性和良好的重復利用性。此外，MOFs還可以被合成成膜，用于液體分離、催化反應和傳感等應用。最新的技術包括開發具有特定功能的MOFs和基于MOFs的復合材料，以進一步提高分離性能并拓寬應用范圍。

多孔膜材料具有可調控的孔徑和表面性質，可以用于分離、過濾和純化等工藝。例如，氧化石墨烯薄膜具有高通透性和選擇性，可用于氣體分離和液體分離。同時，多孔陶瓷膜也廣泛應用于廢水處理、酸堿溶液的清潔和濃縮等領域。最新的技術包括開發與特定目標分離物相匹配的多孔膜材料，并優化其制備工藝和表面修飾方法。

4.2 "工程可行性

一方面，工程可行性需要考慮分離技術在實際應用中的經濟性和可持續性。成本是評估工程可行性的一個重要考慮因素。新型分離技術需要具備較低的投資和運營成本，以確保其在實際工業生產中的商業可行性^[16]。另一方面，新型分離技術在工程應用中還面臨著技術規模化和工藝穩定性的挑戰。從實驗室階段到工業規模的技術轉化是一個復雜的過程，需要解決技術放大、設備設計、流程優化等問題。分離技術需要在大規模操作和長時間穩定運行的條件下保持穩定和高效的性能。同時，還需要考慮與其他工藝單元的集成和協調，以實現整個化工工藝的高效運行^[17]。

為了克服這些挑戰，近年來出現了一些新的技術和解決方案。例如，在分離裝置的設計方面，采用模塊化設計和多功能集成的思路，能夠實現設備組件的標準化和可擴展性，提高工程可行性。此外，結合過程模擬和優化工具，可以對分離過程進行系統級建模和仿真，以指導工程設計和操作優化。

4.3 "商業化推廣

將新型分離技術從實驗室成功推向市場，并在工業應用中取得商業化成功，需要克服技術、經濟和市場等方面的挑戰。在技術方面，商業化推廣需要進一步驗證和完善新型分離技術的性能和穩定 性。技術的可靠性和持續性是商業化的基礎。因此，需要通過大規模生產和實踐驗證來確保技術的可行性和有效性。此外，還需要解決技術放大、工程設計和操作優化等方面的問題，以滿足實際工業生產的需求和要求^[18]。

最新的技術包括將人工智能（AI）和大數據分析技術與新型分離技術相結合。如基于機器學習和深度學習算法的分離過程優化和智能控制技術，通過實時監測和數據驅動的分析，可以提供實時反饋和決策支持，從而實現分離過程的最優化和自動化。

5 "結束語

綜上所述，隨著科技水平的不斷提升和市場需求的不斷演變，新型分離技術有望在實際應用中取得更好的成果，并推動化工工藝的可持續發展。通過繼續開展深入研究和加強產學研合作，新型分離技術將為化工行業帶來更高效、節能和環保的分離解決方案。

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Research on Application of New Separation Technology

in Chemical Process

YIN Zhenchang¹， TIAN Yu¹， FANG Hua²， ZHANG Maofu¹

（1. Shenghua New Energy Technology （Dongying） Co.， Ltd.， Dongying Shandong 257000， China;

2."Dongying Fuhua Dayuan New Material Co.， Ltd.，"Dongying Shandong 257503， China"）

Abstract："Application of new separation technology in chemical process is one of the hot spots in the chemical industry. Traditional separation technologies have some limitations in energy consumption， environmental impact and resource utilization， so it is urgent to develop and apply more efficient and sustainable separation technologies. Regarding the problem of material selection， application of metal-organic frameworks and porous membrane materials were"introduced， and the potential of nanomaterials in the field of separation materials was"emphasized. To meet the challenges of engineering feasibility， the frontier development of modular design and customized separation technology was"explored. In view of the problem of commercial promotion， the importance of economy and market demand was"emphasized， and application of artificial intelligence and big data analysis technology was"introduced. in"this paper，"development trends and challenges of new separation technologies were explored， especially focusing on material selection， engineering feasibility and commercial promotion， providing"scientific guidance and reference for application research of new separation technologies.

Key words："New separation technology; Chemical technology;"Application research