展望我国深冷分离技术的现状和发展趋势

展望我国深冷分离技术的现状和发展趋势

发表时间：2017-12-18T15:55:18.640Z 来源：《防护工程》2017年第20期作者：孙儒

[导读] 随着我国经济的高速发展，空气分离技术目前已发展比较成熟。

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摘要：随着我国经济的高速发展，空气分离技术目前已发展比较成熟，特别是近几年的冶金、石油、化工、石化等行业的持续稳定发展，加上国内对空气设备的需求不断加大，大型空分设备的需求也迎来了高峰，经过近几年的发展，大型空分设备在发展道路上解决了许多关键的技术问题。本文主要阐述深冷分离技术在我国的发展应用。

关键词：空气分离；技术；现状；发展

前言：

深冷技术行业在我国的发展起步相对较晚，和很多新工艺，新技术一样，经历了从无到有、由小到大的过程，20世纪80 年代以后，随着我国工业化进程大幅加速、基础建设投资快速增长，从而推动深冷分离技术行业进入高速发展期。由于该技术的发展动力主要来自钢铁、有色金属等下游行业对于氧、氮、氩等工业气体的需求，因此我国深冷技术设备厂商纷纷将空气分离作为深冷技术研发的主攻领域。经过多年的努力，我国深冷空分设备的设计、制造能力显著提升，目前已能够跻身世界先进行列。

1 分离技术的发展与应用

深冷分离法又称低温精馏法，1902年由林德教授发明。其实质就是气体液化技术，把气体压缩、冷却后，利用不同气体沸点上的差异进行精馏，使不同气体得到分离。因此气体的纯度很高，但压缩、冷却的耗能却很大，最常见的就是大规模的空气制氧，我国80%的制氧量就是该法完成的。空气分离的原理是以空气为原料，经过压缩、净化、热交换使空气液化，液空主要是液氧和液氮的混合物，根据其沸点不同，通过精馏使它们分离获得氮气和氧气。

最早的分离技术可以追朔到中国夏,商朝的酿酒业中的蒸酒技术;古人制糖和盐掌握了蒸发浓缩和结晶技术;用蒸馏方法从煤焦油中提取油品.十八世纪英国工业革命,使化学工业这个巨人真正诞生和发展起来,分离工程也因此而诞生。

1.1精馏是最重要的分离方法之一.二十世纪的石油化工技术使精馏技术得以大大提高.生产能力大,分离效率高,能耗低,流动阻力小的新型精馏塔不断涌现,常规精馏技术几乎完美,分离复杂物系的特殊精馏,如恒沸精馏,萃取精馏,加盐精馏,分子精馏陆续问世并不断完善.

1.2 吸收

吸收用于分离气体混合物,目的有直接制取产品如用水吸收HCL制取盐酸;或对原料气实行净化,如焦炉气中苯的脱出;或环保的要求,如烟道气脱硫等.到现在,其技术成熟度与工业应用度也几乎完美.

1.3 结晶

与精馏和吸收一样,结晶也是一古老传统的分离技术,它多在蒸发的下游,最终获得固体产品.其技术在二十世纪50年代取得重大进展,最著名的是采用深冷结晶法从混合二甲苯中分离出对位二甲苯,但设备庞大复杂,而且能耗很高,工业应用受阻.至20世纪80年代,多级分步结晶技术逐步工业化,使结晶技术取得突破性进展,多级分步结晶最大的优点是能耗低.据统计至少有1500中产品采用了这一技术进行提纯精制。

1.4 干燥

干燥也是一古老传统的分离方法,其应用最广也是能耗最多的分离操作之一,用来脱出水分或湿分以获得固体产品,可以说几乎没有那个行业完全与干燥无关。流态化干燥，喷雾干燥，间接加热干燥(也称接触干燥)，真空干燥与真空冷冻干燥。

1.5 膜分离

膜分离技术发展到今天可分为:微滤;超滤;反渗透;电渗析;气体扩散;渗透蒸发;液膜分离等.膜分离过程一般无需相变化,因此对热敏性,相对挥发度小或存在共沸点的混合物具有独特的优势,同时还节省能耗,工业上有用膜分离来取代或部分取代精馏的情况.较成功的应用有反渗透用于海水淡化和医药及微电子工业无菌水的制造;超滤用于酶和蛋白质生产中大分子产品的分离提纯,食品工业中乳制品,果汁,酒的浓缩,超滤还应用于环保中废水处理,如汽车制造业中电泳涂料清洗用水的处理,纸厂纸浆废水处理等.

2 我国分离技术的未来发展趋势

当前全人类面临最严峻的几个问题:环保,能源,粮食与健康医疗,每个都与化学工程及分离工程密不可分。以下就具体谈谈分离工程的研究前沿及预测未来发展方向.

2.1 各传统分离技术方面

精馏,吸收,结晶,过滤,干燥等,将向进一步完善方向发展,开发高效节能设备,提高自动化程度,拓宽适用范围等。如精馏,应研究改善大直径填料精馏塔的气液均布问题,反应精馏的进一步开发。结晶方面,将重点开发沉淀技术,将传统的沉淀技术与界面现象结合,前沿课题如在纳米级均匀颗粒或薄膜制备中采用的均匀沉淀技术;生产有色金属超细材料的反萃沉淀技术;具有快速,节能,专一特点,在湿法冶金和生物分离方面有广阔前景的乳化液膜沉淀技术;将喷雾干燥与沉淀结合的喷雾沉淀技术等.吸附方面,模拟移动床不仅在化工而且在制糖以及医疗中具有独特作用;变压吸附在冶金,材料,医疗,环保以及食品保鲜方面前景广阔;层析应用于纯化度要求高的分离过程;如生物活体的提取,天然动植物中有效成分的提取;扩张床将固液分离,吸附分离和浓缩集成,简化了工艺,提高了产品的回收率,将成为生化分离的关键技术,现已用于基因工程人工血清蛋白的制取.干燥方面,干燥理论及过程模型化的研究始终落后于干燥设备及其工业应用,因此这方面的研究尤其是干燥过程中的传热问题是其前沿课题,如出结果将是十分诱人的.干燥过程的节能也始终是具有重大意义的课题,此外,食品和生物物料干燥技术;可大幅度提高纸和织物干燥强度的冲击穿透干燥技术;可使干燥过程在瞬间完成的对撞流干燥技术;真空冷冻干燥技术;各种特殊干燥技术,如超临界干燥技术等,都将是干燥技术的研究发展方向.

2.2 膜分离技术

有人断言,21世纪是“膜”的世纪,这有一定道理,可见膜分离技术在未来科学技术中举足轻重的作用.

液体膜,至今几乎无大规模工业应用,主要是由于液膜寿命短的问题一直没有解决,因此长寿命液膜的研究是诱人的课题.

其余具有开发研究价值的膜分离技术还有膜反应器;酶膜反应器;具有催化活性的络合金属高分子膜;离子传导膜;膜在医疗上的应用,如人工肾;反应—膜分离耦合等.

即使膜技术进步是如此突飞猛进,膜工业可以说是朝阳工业,可是在教育领域却无法跟上形势,在发达国家,仍有不少大学没有开设膜科学与技术课程。

2.3 分离工程与环境保护

环境保护现已成为世界各国及全人类关注的问题,对环境监视的力度和对环境保护的投入在不断提高,分离工程也将在其中扮演重要角色.传统分离技术应用于环保的有吸收用于工业废气脱硫,沉淀用于除去废渣,吸附分离有害气体,过滤废液或废渣,蒸发回收有用物质,离子交换用于回收贵重金属及处理放射性废水,萃取用于脱除废水中的酚及其它有害杂质,液膜分离用于废水中重金属离子的富集等.进一步开发将集中在对排放废物的中和利用上,如纸厂废碱回收的中和利用,废电池的回收及中和利用等 3 结束语

21世纪是信息时代,是高科技时代，是全人类为生存,为健康,为保卫人类共同的家园—地球而奋斗的时代。而分离技术作为工业发展不可或缺的部分，值得我们继续研究和探索，相信分离工程将会在新世纪的科学技术进步中起更大作用,取得更辉煌的成绩。参考文献:

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[2] 朱家文,房鼎业.面向21世纪的化工分离工程[J].化工生产与技术,2000,7(2):125.

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[5]刘琨1,赖昭军2 分离技术的发展与展望 2004年9月广西大学学报(自然科学版)