化工分离技术的分类与过程讲解

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化工分离技术是化学工程的一个重要分支,无论是石油炼制、塑料化纤、湿法冶金、同位素分离,还是生物制品的精制、纳米材料的制备、烟道气的脱硫和化肥农药的生产等等都离不开化工分离技术。化工生产中的原料和产物绝大多数都是混合物,需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯。它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。

分离过程的分类

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。

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。

在微波场中,其吸收能力的大小致使基体物质的部分区域被选择性的加热,从中使得被萃取物质经基体中分离出来, 然后进入到微波吸收能力比较弱、介电常数相对较小的萃取剂中。

微波萃取的工艺流程:

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、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。

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。

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