分离工程新进展科技论文6.doc

分离工程新进展科技论文
摘要：分离工程就是使混合物得以分离成为二种或二种以上的较纯物质的—门工程技术、它是化学工程学科的一个重要分支。现代化工生产中运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有超临界流体萃取技术、分子蒸馏技术和膜分离技术以及传统精馏改进的特殊精馏，他们在制药、农产品加工和环保工程中都得到了广泛应用。本文结合分离工程的发展，就现代化工分离技术现状、应用和前景进行了简要的论述。
关键词：分离工程；超临界流体；分子蒸馏；膜分离技；特殊精馏
引言：分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离过程的对象都是两相或两相以上的非均相混合物，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：传质分离过程的特点是相间传质，可以在均相中进行，也可以在非均相中进行。传统的单元操作中，蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶等单元操作大多在两相中进行。
1现代分离工程
国内外对分离技术的发展十分重视，但由于应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。按机理划分，可大致分为五类，即：生成新相以进行分离（如蒸馏、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）；用固体试剂进行分离（如吸附、离子交换）和用外力场或梯度进行分离（如离心萃取分离、电泳）等。现在运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有超临界流体萃取技术、分子蒸馏技术和膜分离技术。
1.1.1超临界流体萃取技术【2】
超临界流体萃取是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对目标组分进行萃取和分离的新型技术，其原理是利用流体（溶剂）在临界点附近区域（超临界区）内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动来实现分离的。
超临界流体具有一系列重要的性质：
1）超临界流体相当粘稠，其密度接近于液体，具有较大的溶解能力；
2）超临界流体的扩散系数比液体大23个数量级，其粘度类似于气体，远小于液体。这对于分离过程的传质极为有利，缩短了相平衡所需时间，大大提高了分离效率，是高效传质的理想介质；
3）具有不同寻常的、巨大的压缩性，使得压力的微小变化将会引起流体密度和介电常数的很大变化。
由于二氧化碳具有无毒、不易燃易爆、廉价、临界压力低、易于安全地从混合物中分离出来，所以是最常用的超临界流体。相对于传统提取分离方法（煎煮、醇沉、蒸发浓缩等）具有以下优点：萃取效率高、传递速度快、选择性高、提取物较干净、省时、减少有机溶剂及环境污染、适合于挥发油等脂溶性成分的提取分离。
1.1.2超临界流体萃取技术特点
1）由于在临界点附近，流体温度或压力的微小变化会引起溶解能力的极大变化，使革取后溶剂与溶质容易分离。
2）由于超临界流体具有与液体接近的溶解能力，同时它又保持了气体所具有的传递性，有利于高效分离的实现。
3）利用超临界流体可在较低温度下溶解或选择性地提取出相应难挥发的物
质，更好地保护热敏性物质。
4）萃取效率高，萃取时间短。可以省却清除溶剂的程序，彻底解决了工艺繁杂、纯度不够、且易残留有害物质等问题。
5）萃取剂只需再经压缩便可循环使用，可大大降低成本。
6）超临界流体萃取能耗低，集萃取、蒸馏、分离于一体，工艺简单，操作方便。
7）超临界流体萃取能与多种分析技术，包括气相色谱、高效液相色谱、质谱等联用，省去了传统方法中蒸馏、浓缩溶剂的步骤。避免样品的损失、降解或污染，因而可以实现自动化。
1.2.1分子蒸馏技术
分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，在极高真空下操作。它是根据不同物质其分子运动有不同的平均自由程这一物理特性而达到分离的目的，因而能使液体在低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。
由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护了热敏物料的品质。与常规蒸馏相比，具有明显地优点：分离程度比常规蒸馏的高，蒸馏压强极低，蒸发温度低，受热时间短等。
1.2.2 分子蒸馏技术的主要特点
1）分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的；
2）分子蒸馏是在很低的压强下进行操作，一般为×10-1Pa数量级(×10-3托数量级)，可使物料避免氧化受损；
3）物料受热时间短，避免了因受热时间长造成某些组分分解或聚合的可能；
4）分子蒸馏的分离程度更高，能分离常规蒸馏不易分开的物质；
5）无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全的产物；
6）可进行多级分子蒸馏，适用于较为复杂的混合物的分离提纯，产率较高；
7）特别适合于不同组分分子平均自由程相差较大的混合物的分离；
8）更适用与对热敏感、产物附加值高的粘性物料；
9）可与超临界流体技术和膜分离技术等配合配套使用。
1.3.1膜分离技术【1】
膜分离技术作用于中药的机理在于：膜分离系统依据药效活性与其分子结构及分子量水平密切相关的特性，通过选用不同截留特性的膜组件构成膜分离系统对中药有效部位和有效成分进行分离和纯化。
由于膜分离技术通常以压力为推动力，并且可以在常温下完成，无需添加其它物质，具有选择性高、产品收率高等优点。膜分离技术在中药制药、农产品加工以及环保工程中都有广泛应用。
1.3.2膜分离技术分类及特点
液体分离膜的主要有（1）微滤膜、超滤膜 (2) 纳滤膜反渗透膜 (3) 离子交换膜(4) 渗透汽化膜等。以膜为分离介质实现混合物的分离是一种新型分离技术。膜是指两相之间的一个不连续的界面。膜可分为气相、液相、固相或它们的组合，通常是固膜(聚合物膜或无机材料膜)和液膜(乳化液膜或支撑液膜)。膜分离过程是利用不同的膜的特定选择渗透性能，在不同的推动力(压力、电场、浓度差等)作用下实现混合物分离的过程。膜分离工程可分为微滤、超滤、反渗析、电渗析、气体渗透、渗透汽化和液膜分离等类型。由于膜分离过程操作条件较为温和，效率高，能耗低，已在高新科技和国民经济各部门得到应用。
参考文献：
【1】 高永，顾平，陈卫文．膜技术处理低浓度放射性废水的进展【J】核科学与工程，2003，23(2)：173—177．
【2】面向21世纪的化工分离工程，朱家文，房鼎业，华东理工大学，《化工生产与应用》，2000年第7卷第2期，1-6页；