分离技术在化工生产中的应用

范梦媛

摘要：主要介绍了超临界流体萃取技术、膜分离技术、分子蒸馏技术的原理、优点、在化工生产中的应用

关键词：超临界流体萃取技术；膜分离技术；分子蒸馏技术

近些年来，随着人类社会化学工业的逐步发展，能源利用率不高、浪费严重，能源逐渐枯竭已经逐渐成为一个巨大的全球性问题，因此，改良生产工艺，提高原料利用率，节约能源，回收利用现有能源，可持续发展开始被人类重视。以化工分离技术为例，化工生产中所要用到的原材料、产物、中间产物、副产物等绝大部分都是混合物，某些不纯的物质在一定条件下极易发生爆炸，如果生产出具有很多杂质的产物作为药物使用会严重危害人类健康，所以，如果要得到高纯度高质量的产品必须对各类混合物进行分离提纯，只有这样，才能获得安全性好、质量高的合格产品，才能对原材料进行有效的利用，节省成本，节约资源。

分离技术在化工生产中有着不可替代的重要位置，在医药、食品、石油、化工、冶金、原子能等领域有着非常广泛的应用，物料的分离过程中的能量消耗占总能量消耗的很大一部分。许多年前，一些传统分离技术如沉降分离等只能在液固分离中分离混合物，还有一部分微小固体和液体会形成浓度较小的悬浊液而无法分离。随着化工产业的飞速发展，出现了越来越多、越来越有效的分离技术，正在努力解决传统分离技术中分离效率不高、规模小、费时费力的一系列问题，研究化工分离技术已经成为研究化工生产的重要课题。

1.超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是一种新型物质分离技术。它是以超临界流体代替传统的有机溶剂作萃取剂，把一种所需要的化学物质从多组分各相态混合物中以高纯度分离出来的新型化工分离技术。当超临界流体与待分离的化学物质接触进行萃取时，能够有选择性地把极性大小不同、沸点高低不同和分子量大小不同的各類物质依次以很高的纯度萃取出来。在萃取过程中，可以通过控制反应条件温度、压力等得到各物质比例达到最佳比例的混合物成分，然后依靠减小压力、升高温度的方法使分离出的超临界流体转化为普通流体，所需物质可以在很大比例下被析出进行分离提纯。

超临界流体萃取技术与传统普通有机溶剂萃取法相比有许多卓越之处：（1）可以对所需物质在温度较低的条件下进行萃取，并且可以非常有效地防止热敏性物质及易氧化类物质的化学性质在操作时发生改变，因此，这种技术不仅不会破坏所需分离的萃取产物的化学性质，而且能把沸点较高，挥发度较、容易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来，节省能量；（2）因为萃取过程中没有使用到传统萃取过程所需的有机溶剂，因此萃取产物及最终废弃物均无有机化合物残留，可以有效地避免萃取过程某些有机物对人体健康的危害和对环境的污染；（3）萃取过程和分离过程在一起操作，工艺操作步骤少、操作方法简单、速度快、效率高而且能源消耗减少，可以有效地节约成本，节省时间；（4）萃取剂一般情况下化学性质不活泼，萃取过程一般不与所需萃取目标产物发生化学反应，因此操作安全系数高，原料利用率高；（5）萃取剂在生产过程中可以回收利用，重新返回生产，进行原材料的循环使用，避免物料损失，从而降低生产成本。由此可看出超临界流体萃取技术易于控制，且分离效率高，原料利用率高，尤其适合热敏性物质、易氧化物质、固态物质、挥发性物质的分离提取。

2.膜分离技术

膜分离过程中，介质一般是有一定透过率、一定选择性的高分子薄膜，在外界环境作用力或者化学浓度差的促使下，使具有不同分子微粒半径的混合物选择性地通过半透膜，从而分离多成分混合物，实现物质的选择性分离。膜分离技术与传统过滤分离技术存在着很多差异，选择性膜可以实现在分子水平上分离具有不同分子微粒半径的混合物，所需物质的有效成分损失非常少，并且膜分离过程中，混合物之间不会发生化学变化，体系不会发生相的变化，不需要添加助滤剂等加快过滤进程。

膜分离技术相比传统过滤分离技术主要存在以下几大优势：（1）分离过程可以在常温或相对较低温度下进行，不存在蒸发、物质高温变性、氧化等过程损失原料及萃取剂，一些情况下适用于热敏性物质及易氧化物质等；（2）分离出的反应物及萃取剂均保持原有的相态；（3）萃取过程只有物理变化，不存在化学变化，产品依然保持原有的化学性质；（4）分子选择性良好，可以分离分子微粒半径大小不同的物质；（5）工艺操作流程简单，操作步骤少。膜分离技术由于物料利用率高，产率高，物料化学性质不变，步骤少，操作简单快捷等特点，已经广泛应用于与化工生产有关的各大领域，推动着社会经济、科技的发展。

3.分子蒸馏技术

分子蒸馏技术是一种特殊的分离液体与液体的新型分离技术，它不同于传统蒸馏技术要依靠沸点差分离的原理，相反，它实现物质是靠不同物质分子运动时不同平均自由程也不同的这一物理特性。当液体混合物在反应器中被加热到一定程度，轻分子、重分子会先后逸出液面，从液相进入气相，由于轻分子、重分子的平均分子自由程有差异，所以，不同物质的分子进入气相后运动的距离不同，如果在气相部分的适合位置放置一块冷凝板，则轻分子接触时板时液化冷凝，从而被排出，而重分子运动不到冷凝板的位置就液化排出，因此可以很好地分离轻分子和重分子。因此这种方法特别适合分离于沸点高、具有热敏性及具有易氧化性的多组分物质。

分子蒸馏技术作为新型分离技术之一与传统蒸馏分离技术相比有很多不可超越的优势：（1）可以在常温或相对较低温度下进行，不存在蒸发、物质高温变性、氧化等过程损失原料及萃取剂，一些情况下适用于沸点较高、热敏性物质及易氧化物质等的分离；（2）区分轻分子、重分子的效率高，分离产物纯度高；（3）分离过程中不存在化学变化，所需产品依然保持原有的化学性质。