分離技術在化工生產中的應用

范夢媛

摘要：主要介紹了超臨界流體萃取技術、膜分離技術、分子蒸餾技術的原理、優點、在化工生產中的應用

關鍵詞：超臨界流體萃取技術；膜分離技術；分子蒸餾技術

近些年來，隨著人類社會化學工業的逐步發展，能源利用率不高、浪費嚴重，能源逐漸枯竭已經逐漸成為一個巨大的全球性問題，因此，改良生產工藝，提高原料利用率，節約能源，回收利用現有能源，可持續發展開始被人類重視。以化工分離技術為例，化工生產中所要用到的原材料、產物、中間產物、副產物等絕大部分都是混合物，某些不純的物質在一定條件下極易發生爆炸，如果生產出具有很多雜質的產物作為藥物使用會嚴重危害人類健康，所以，如果要得到高純度高質量的產品必須對各類混合物進行分離提純，只有這樣，才能獲得安全性好、質量高的合格產品，才能對原材料進行有效的利用，節省成本，節約資源。

分離技術在化工生產中有著不可替代的重要位置，在醫藥、食品、石油、化工、冶金、原子能等領域有著非常廣泛的應用，物料的分離過程中的能量消耗占總能量消耗的很大一部分。許多年前，一些傳統分離技術如沉降分離等只能在液固分離中分離混合物，還有一部分微小固體和液體會形成濃度較小的懸濁液而無法分離。隨著化工產業的飛速發展，出現了越來越多、越來越有效的分離技術，正在努力解決傳統分離技術中分離效率不高、規模小、費時費力的一系列問題，研究化工分離技術已經成為研究化工生產的重要課題。

1.超臨界流體萃取技術

超臨界流體萃取技術是一種新型物質分離技術。它是以超臨界流體代替傳統的有機溶劑作萃取劑，把一種所需要的化學物質從多組分各相態混合物中以高純度分離出來的新型化工分離技術。當超臨界流體與待分離的化學物質接觸進行萃取時，能夠有選擇性地把極性大小不同、沸點高低不同和分子量大小不同的各類物質依次以很高的純度萃取出來。在萃取過程中，可以通過控制反應條件溫度、壓力等得到各物質比例達到最佳比例的混合物成分，然后依靠減小壓力、升高溫度的方法使分離出的超臨界流體轉化為普通流體，所需物質可以在很大比例下被析出進行分離提純。

超臨界流體萃取技術與傳統普通有機溶劑萃取法相比有許多卓越之處：（1）可以對所需物質在溫度較低的條件下進行萃取，并且可以非常有效地防止熱敏性物質及易氧化類物質的化學性質在操作時發生改變，因此，這種技術不僅不會破壞所需分離的萃取產物的化學性質，而且能把沸點較高，揮發度較、容易熱解的物質在其沸點溫度以下萃取出來，節省能量；（2）因為萃取過程中沒有使用到傳統萃取過程所需的有機溶劑，因此萃取產物及最終廢棄物均無有機化合物殘留，可以有效地避免萃取過程某些有機物對人體健康的危害和對環境的污染；（3）萃取過程和分離過程在一起操作，工藝操作步驟少、操作方法簡單、速度快、效率高而且能源消耗減少，可以有效地節約成本，節省時間；（4）萃取劑一般情況下化學性質不活潑，萃取過程一般不與所需萃取目標產物發生化學反應，因此操作安全系數高，原料利用率高；（5）萃取劑在生產過程中可以回收利用，重新返回生產，進行原材料的循環使用，避免物料損失，從而降低生產成本。由此可看出超臨界流體萃取技術易于控制，且分離效率高，原料利用率高，尤其適合熱敏性物質、易氧化物質、固態物質、揮發性物質的分離提取。

2.膜分離技術

膜分離過程中，介質一般是有一定透過率、一定選擇性的高分子薄膜，在外界環境作用力或者化學濃度差的促使下，使具有不同分子微粒半徑的混合物選擇性地通過半透膜，從而分離多成分混合物，實現物質的選擇性分離。膜分離技術與傳統過濾分離技術存在著很多差異，選擇性膜可以實現在分子水平上分離具有不同分子微粒半徑的混合物，所需物質的有效成分損失非常少，并且膜分離過程中，混合物之間不會發生化學變化，體系不會發生相的變化，不需要添加助濾劑等加快過濾進程。

膜分離技術相比傳統過濾分離技術主要存在以下幾大優勢：（1）分離過程可以在常溫或相對較低溫度下進行，不存在蒸發、物質高溫變性、氧化等過程損失原料及萃取劑，一些情況下適用于熱敏性物質及易氧化物質等；（2）分離出的反應物及萃取劑均保持原有的相態；（3）萃取過程只有物理變化，不存在化學變化，產品依然保持原有的化學性質；（4）分子選擇性良好，可以分離分子微粒半徑大小不同的物質；（5）工藝操作流程簡單，操作步驟少。膜分離技術由于物料利用率高，產率高，物料化學性質不變，步驟少，操作簡單快捷等特點，已經廣泛應用于與化工生產有關的各大領域，推動著社會經濟、科技的發展。

3.分子蒸餾技術

分子蒸餾技術是一種特殊的分離液體與液體的新型分離技術，它不同于傳統蒸餾技術要依靠沸點差分離的原理，相反，它實現物質是靠不同物質分子運動時不同平均自由程也不同的這一物理特性。當液體混合物在反應器中被加熱到一定程度，輕分子、重分子會先后逸出液面，從液相進入氣相，由于輕分子、重分子的平均分子自由程有差異，所以，不同物質的分子進入氣相后運動的距離不同，如果在氣相部分的適合位置放置一塊冷凝板，則輕分子接觸時板時液化冷凝，從而被排出，而重分子運動不到冷凝板的位置就液化排出，因此可以很好地分離輕分子和重分子。因此這種方法特別適合分離于沸點高、具有熱敏性及具有易氧化性的多組分物質。

分子蒸餾技術作為新型分離技術之一與傳統蒸餾分離技術相比有很多不可超越的優勢：（1）可以在常溫或相對較低溫度下進行，不存在蒸發、物質高溫變性、氧化等過程損失原料及萃取劑，一些情況下適用于沸點較高、熱敏性物質及易氧化物質等的分離；（2）區分輕分子、重分子的效率高，分離產物純度高；（3）分離過程中不存在化學變化，所需產品依然保持原有的化學性質。