化工工艺分离过程

【摘 要】在化学工业的迅速发展中,极大部分的产品与原料均需要进行分离净制,它是化学工业生产中缺一不可而且非常重要的单元过程,如何进行确定最佳的分离系列与选择最科学合理的分离方法,以及使其各项费用得到相应降低,将是分离序列过程综合的主要研究方向.

【关 键 词】化工工艺；混合物；分离过程

在化工生产中,分离工程一方面为化学反应提供符合质量要求的原料；另一方面,对反应产物进行分离提纯,得到合格的产品,并且使未反应的物料循环利用,对生成的三废进行末端治理.因此,分离工程在提高化工生产过程的经济效益和社会效益中起着举足轻重的作用.伴随化工生产事业的飞速扩充发展,正逐步发展为工艺技术高参数、智能化、高效性经营生产模式.

1化工分离过程的重要性

化工分离过程是把混合物分开组成各不相同的两种（或几种）产品的操作.一个标准的化工生产设备装置,主要是由一个反应器与具有提纯原料、中间产物与产品的多个分离设备构成；首先分离过程为化学反应供给符合品质的原料,去除有害物且使收率提高；再者对反应物在分离提纯时获得合格品,并使未反应的得到循环利用价值；另外,分离过程在资源的充分利用与保护环境方面发挥不可多得的作用,所以分离过程在化学工业生产中所占的地位非常明显.

2分离过程的分类和特征

化工生产中常用的分离过程可分为机械分离和传质分离两大类.机械分离过程的分离对象是由两相以上所组成的混合物.其目的只是简单地将各相加以分离,只要用简单的机械方法就可将两相分离,而两相间并无物质传递现象发生；例如,过滤、沉降、离心分离、旋风分离和静电除尘等.

而传质分离过程用于各种均相混合物的分离,其特点是有质量传递现象发生,按所依据的物理化学原理不同,在工业上常用的传质分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程,也即是以能量与物质分离的过程.

2.1平衡分离过程

该过程是借助分离媒介使均相混合物系统变成两相系统,再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不同等的分配为依据而实现分离.例如：蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶、离子交换等.

例如,在传统萃取的过程中,其能量无规则地传递给萃取剂,接着萃取剂扩散到基体物质,最后由基体溶解或夹带多种成分扩散出来.微波萃取就是一种采取使微波能萃取效率得到提高的新型技术,因存在介电常数不同的物质,在微波能吸收的程度会有所不同,因此所产生的热能与给周边环境传递的热能也存在异同.

微波萃取的工艺流程大致为：原料预处理（清洗、粉碎或切片）→物料混合与溶剂→微波萃取→过滤→浓缩→分离→萃取成分.

平衡分离过程经历了长时期的应用实践,随着科学技术的进步和高新产业的兴起,日趋完善不断发展,演变出多种具有特色的新型分离技术.在传统分离的过程中,精馏仍列为石油和化工分离过程的首位,因此强化方法在不断地研究和开发中.

2.2速率分离过程

速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下,有时在选择性透过膜的配合下,利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离.这类过程所处理的原料和产品通常属于同一相态,仅有组成上的差别.

膜分离技术原理（如图所示）是利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作.膜可以是固态或液态,所处理的流体可以是液体或气体,过程的推动力可以是压力差、浓度差或电位差.

微滤、超滤、反渗透、渗析和电渗析为较成熟的膜分离技术,已有大规模的工业应用和市场.其中,前四种的共同点是用来分离含溶解的溶质或悬浮料的液体,溶剂或小分子溶质透过膜,溶质或大分子溶质被膜截留,不同膜过程所截留溶质粒子的大小不同.电渗析则采用荷电膜,在电场力的推动下,从水溶液中脱出或富集电解质.

气体分离和渗透蒸发是两种正在开发应用中的膜技术.气体分离更成熟些,工业规模的应用有空气中氧、氮的分离,从合成氨厂混合气中分离氢,以及天然气中二氧化碳与甲烷的分离等.渗透蒸发是有相变的膜分离过程,利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离.由于它能用于脱除有机物中的微量水、水中的微量有机物,以及实现有机物之间的分离,应用前景广阔.

乳化液膜是液膜分离技术的一个分支,是以液膜为分离介质,以浓度差为推动力的膜分离操作.液膜分离涉及三相液体,含有被分离组分的原料相,接受被分离组分的产品相,处于上述两相之间的膜相.液膜分离主要应用于烃类分离、废水处理和金属离子的提取和回收等.

综上所述,传质分离过程中的精馏、吸收、萃取等一些具有较长历史的单元操作已经应用很广,膜分离和场分离等新型分离技术在产品分离、节约能耗和环保等方面已显示出它们的优越性.

3分离方法的类型与选用的原则

3.1分离方法的类型

物料的分离方法存在多种不同类型,那是因为有多种多样的化工生产物料,而在选择分离方法的过程中,往往是按照物料被分离中各种组分的化学与物理的不同性质来确定选择；按照化学与物理性质进行区分,有如下五种类型常见的分离方法：①固体混合物分离方法；②气固相混合物分离方法；③液体混合物分离方法；④液固相混合物分离方法；⑤气体混合物分离方法.

3.2分离方法选用的原则

在分离方法选用之时,需对产品的精细化程度与产品生产的产值进行考虑,对于精细化程度高与产值高的产品,不需考虑分离成本,可选用部分高效分离方法,对于一些相对较低产值而很大产量的产品,则需要对分离成本进行考虑,可以选用那些分离步骤较少或相对简便的分离方法.

尽量避免含有固体的物流在生产过程中出现,应尽可能预先除尽物流中的固体,由于它们在输送中能量的消耗相对较大,而且含液体或气体的物流相当容易形成管道堵塞.

在进行多种不同物质混合的物料分离时,其分离顺序应考虑的原则为：为避免其工艺过程受到影响,应尽量先分离易导致极其有害与副反应的物质,同时对需要高压方可分离的物质,也应考虑进行先分离；另外,首先被分离出来的是最容易分离的组分,而留到最后分离的是最难分离的组分.

选择分离方法的主要原则还是要从经济上的合理性与技术上的可靠性进行考虑.例如,精馏与萃取两者均为分离液体混合物的方法,依技术成熟的程度而言,精馏在于萃取之上,若能够采取精馏分离的物料,应尽可避免采用萃取,若混合物的沸点出现较大偏差时,利用蒸馏即可简单进行分离,就勿需采用精馏,如此的操作费用与选择投资都相对较低.

分离方法的选用一定要有针对性地进行,因为它是一项技术性相当强的工作,只有对被分离出物料的化学、物理性质,以及分离的要求均清楚把握后方可进行最佳的选择.

4结束语

总而言之,化工广泛的应用,环境的需要都说明化工分离过程在国计民生中所占有的地位和作用,并展示了分离过程的广阔前景,现代社会离不开分离技术,分离技术发展于现代社会.

【参考文献】

[1]侯景枫.连铸工艺手册[M].机械工业出版社,2006.

[2]张利平.液压传动系统及设计[M].化学工业出版社,2009.

[3]王占林.近代电气液压伺服控制[M].北京航空航天大学出版社,2010.

[责任编辑：庞修平]