分离技术在化工生产中的应用

分离技术在化工生产中的应用摘要：主要介绍了膜分离技术、超滤技术、新型吸附技术、微波萃取、耦合分离技术的原理、现状、化工生产中的应用及发展趋势。

关键词：膜分离技术；超滤技术；新型吸附技术；微波萃取；耦合分离

前言

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。伴随着化工行业的快速发展，分离技术也获得了高速的发展。一方面，对传统分离技术的研究和应用不断进步，分离效率提高，处理能力加大，工程放大问题逐步得到解决，新型分离装置不断出现；另一方面，为了适应技术进步提出了新的分离要求，膜分离技术、超临界萃取技术、吸附技术等现有分离技术的开发、研究和应用已成为分离工程研究的前沿课题。

1 膜分离技术在化工生产中的应用

膜分离技术是一种借助外界能量或化学位的推动,以选择性透过膜为分离介质,对两组分或多组分气体或液体进行分离、分级和富集的。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比,它是在常温下操作,没有相变,最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩;具有高效、节能,工艺过程简单,投资少,污染小等优

点, 因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。

膜技术被认为是固液分离的新型技术,由于化工母液具有高温、高压、强腐蚀的特点,因此对膜分离过程提出了更高的要求。

捷[1] 利用膜分离方法提取合成氨施放气中的氢,通过二级膜分离流程,回收氢的浓度达98%以上,回收的氢用于合成氨生产可增产2%~3%,加上节电等效应,因此能给企业带来明显的经济效益。仲民[2]在实验中利用超滤法回收造纸黑液中的木质素,结果显示能回收95.9%木质素。宜江[3]利用瓷微滤膜澄清钛白废酸,研究结果显示瓷膜对钛白废酸具有很好的澄清效果, 渗透液浊度小于0.5NTU,并提出了压力、温度、浓度与通量的相互关系。王志斌[4]等人用微滤膜对天然脱落酸进行了分离研究, 结果发现在一定操作工艺条件下能有效的除去母液中的水分。周花[5]等人采用SNF- 150 膜对活性红3BS进行了脱盐浓缩研究, 结果发现染料的着色强度达到150%左右,提高了约50%;料液浓缩达3倍,染料的固含量从11.7%提高到20%~30%,且中试设备的平稳膜通量可达50 L/m2·h 以上。柴红[6]等人用CA 钠滤膜对苯胺蓝染料水溶液的脱盐浓缩进行了研究,结果发现染料的截留率大于99.9%,总脱盐率达到51%,染料的浓度提高了2.76倍,回收率达到约97%。何毅[7]等人利用CA50 纳滤膜对水溶性黄染料进行了分离试验研究,结果表明,纳滤技术能将主体染料的纯度提高20%,且染料工业的经济、环境和社会效益得到了显著提高,刚[8]等人利用CA 纳滤膜对荧光增白染料进行了过滤研究,结果表明Nacl 浓度由1.05mol/L降到0.023 mol/L,NT浓度由0.14 mol/L提高到0.25 mol/L以上,且NT产品稳度和白度提高,NT成分平均截留率达到99.8%。晖[9]等人利用DK纳滤膜对活性黑染料进行间歇恒容渗透的研究,研

究结果表明,在25℃和1 MPa 条件下,经过7次80 h 的过滤后,染料纯度从76%提高到87%以上,在提高活性黑染料产品质量的同时,还降低了后续干燥工序中的能耗。Yu[10]等人将纳滤脱盐和浓缩技术应用于实际生产中,结果使得浓缩液中染料质量分数大于25%,盐质总分数低于1%,纳滤膜的使用寿命超过了33年。

膜分离虽然在化工中得到广泛应用,但对化工生产中高温、高压、强腐蚀的介质而言,对膜材提出了特殊要求,因此需要开发出适用化工生产围广的膜材料;此外,化工生产一般规模较大, 需要的处理量也大,所以需要研究出过滤时间长、通量大的强化膜过程。

2 超滤技术在化工生产中的应用

超滤是一种新型膜分离技术，能够将溶液净化、分离或者浓缩。超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离过程。在所有膜分离手段( 如微滤、超滤、反渗透、渗透、电渗析及气体膜分离)中，超滤技术的应用最广泛，也最成熟。自1977 年Heztherball 等人研究并利用超滤技术榨苹果汁以来，超滤技术得到了迅速发展。超滤膜是超滤技术的心脏，超滤膜的优劣直接关系到超滤性能。

2.1 合成氨

(1)可用于高压机后新鲜气油分离。采用超滤技术除去新鲜气中的油水尘等杂质，大大改善了冷交换器的油污和积炭堵塞现象，进一步优化了操作条件，降低了能耗，有效保护了合成塔触媒。

(2)用于氨分离改造。可实现高效氨分离，能降低从气体分离出的雾状液氨的入塔氨含量，降低能耗，直接经济效益显著。

(3)用于循环机后油分离器。主要作用是除去气体中夹带的油－水杂质，保护合成触媒，降低能耗。

(4)用于变换器后过滤器。主要作用是除去变换器中的油－水杂质，保护变换触媒。

2.2 尿素生产

主要用于除去CO2气体中的油污，降低能耗，提高产品质量。如某化肥厂在CO2压缩机后使用了超滤技术。使用后发现一、二段分解加热器的油污情况大为改善，传热效果明显提高，尿素产品质量提高。

2.3 硝酸生产

主要用于除去氨气中的油污，保护昂贵的触煤铂网，延长其工作寿命。如某硝铵厂在硝酸氧化炉前，气氨过滤器采用了超滤过滤器。使用后，氧化炉铂金属

丝网寿命延长，现已连续运转3年多，同时其过滤清洗周期比原布袋过滤器长，减少了不少工作量。

2.4 硝铵生产

主要用于除去氨气中夹带的油污，防治氨气带油进入硝铵中和工段，提高系统安全性，防止意外。如某化肥厂硝铵车间，在氨压缩机气氨档板过滤器之后加装了超滤过滤器，根据2000 年8 月份投产以来的情况看，气氨中的油气体积分数，由进口的50 ～60μL /L 降至6 ～10μL /L，完全满足了硝铵中和工段的要求，对系统的安全运行起到了重要的作用。

3 超临界萃取技术

超临界流体萃取（Super Critical Fluid Extraction)的原理是在超临界状态下, 将超临界流体与待萃取的物质接触,利用超临界流体（SCF）的高渗透性、高扩散性和高溶解能力, 对萃取物中的目标组分进行选择性提取,然后借助减压、升温的方法,使SCF变为普通气体,被萃取物质则基本或完全排出,从而达到分离提纯的目的。超临界流体与萃出物即溶质的分离方法有3 种:恒温减压溶质与气体分离;恒压升温溶质与气体分离;吸附分离（在分离器中加入吸附剂吸附不需要的溶质后, 萃取物的目标产物与气体分离)。

3.1超临界萃取分离技术在天然香料提取中的应用

3.1.1精油的萃取

采用传统的水蒸气蒸馏法来提取精油,只能收集到漂浮在水面上的油珠，得到的挥发油量极小，而且只能提取其中的水溶性成分,部分脂溶性成分如酮、酯等物质则不能被取出，并且高温操作条件下对有效成分造成破坏严重。超临界萃取避免了水蒸气蒸馏过程中热敏组分的分解，以及可能由水解和增溶作用造成的