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低能耗化工分离技术的应用与发展

2021-04-29 227 上传者：管理员

摘要：经济不断发展，促使化工行业得到快速发展，也推动了化工分离技术深入研究和发展。基于此，从膜分离技术、蒸馏技术、萃取技术等来分析和阐述目前低能耗化工分离技术发展现状及具体应用。

关键词：
低能耗
化工产业
化工分离技术
化工工艺
化工环保
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化工分离技术对化工行业长远发展有着重要作用，该项技术主要应用在混合物质分离，相较于传统化工分离技术，低能耗化工分离技术具有高效、低成本、少污染等特点，其物质被分离后，能够最大程度上保留物质中大部分有效成分和固有特性，在其他行业领域中也得到广泛应用。如何合理应用低能耗化工分离技术来提高化工行业技术水平，是目前需要考虑的问题。

1、膜分离技术发展现状

将膜作为分离介质完成混合物分离，即为膜分离技术，是现阶段一种新型低能耗化工分离技术。膜可分为多种形态，气相、固相、液相或者上述三种形态组合，一般情况下固膜与液膜较多，如聚合物膜、乳化液膜等。在应用膜分离技术时，在不同推动力作用下，推动力主要包括压力、电场等，根据不同膜特质来选择相对应渗透性能实现混合物分离，此过程称为膜分离过程。微滤、超滤、气体渗透以及电渗析等都属于膜分离技术构成，因膜分离技术在实际操作过程中对操作条件要求不高，加上高效、低能耗等优点，被广泛应用在高新科技和其他相关领域中。

超滤技术应用：利用对称或非对称固膜，并根据粒子或分子大小实现超滤和微滤膜过程，该技术主要应用于高新技术领域中，技术中常用到的非对称超滤膜类型包括纤维类、聚偏氟乙烯类等，新型材料得到快速发展为非对称超滤膜研制创造了有利条件[1]。超滤技术可应用于食品工业中乳制品生产，如乳品浓缩、果汁及酒水等精制产品，膜分离技术在食品工业应用性最为广泛；汽车制造与生产过程中经常会出现各类废水，如电泳涂料清洗用水、含油废水、含乙烯醇废水，超滤技术都可应用在上述废水处理

反渗透技术应用：反渗透过程实现是根据离子在固膜中迁移速率和渗透压，并在此基础上对混合物进行分离，反渗透在膜分离技术中占据重要地位。各类纤维素膜、聚酰胺膜等都是膜分离技术中常用到的反渗透膜。同时反渗透技术也可用于海水淡化，能够实现海水一次达到饮用水要求；利用反渗透技术制造无菌纯水在医药等相关行业较为常见。

膜分离技术应用中潜在问题：虽然膜分离技术是现阶段应用较为广泛且效果十分明显的化工分离手段，该技术在应用过程中仍存在许多问题，如在实际操作时，膜面极易受到污染，被污染后的膜表面会形成一层附着层，在一定程度上会降低膜的性能，其透水率也会大幅下降，最终出现浓差极化现象。针对此方面问题，让过滤液主体在膜面水平流过，过滤液则是在膜面垂直通过，因膜面在操作过程中极易受到污染，采用高流速水清洗或化学清洗剂对膜面进行清洗，提升透水率。膜分离技术运行原理较为简单，广泛应用于化工领域中，但由于化工产品种类多样性，其产品性质也存在较大差异，在应用膜分离技术时也会产生不同影响和问题，如膜孔堵塞等，因此，仍需要进一步完善与优化膜分离技术，加强提升膜性能方面研究，增强膜分离技术应用实效性。

2、蒸馏技术发展现状

技术原理：根据混合物中物质挥发度不同实现分离，即为蒸馏技术。清洁、低耗能以及低成本是现阶段蒸馏技术主要发展和研究发现，其中分子蒸馏技术、膜蒸馏技术虽然是新型蒸馏技术，但其发展较快，应用性较强。

分子蒸馏技术应用：在不同温度条件前提下，根据不同物质分子运动自由程度差异，在蒸馏过程物质低于自身沸点时实现分离，此过程为分子蒸馏技术[2]。真空是分子蒸馏技术应用的必要条件，该技术在分离物质时通常伴有较低的压强，其受热时间较短，能将所需物质从混合物中分离出来，同时也能让物质保持原有特征。天然维生素、芳香油、功能性脂肪酸、天然抗氧化剂以及天然色素等高纯度物质提取经常应用分子蒸馏技术。

膜蒸馏技术应用：膜分离技术与蒸馏技术二者相互融合基础上形成膜蒸馏技术，利用蒸汽压差实现物质分离，微孔膜是膜蒸馏过程中常用到的膜类型，并不会对液体造成浸润，通过模孔为蒸汽传质。气隙式膜蒸馏、真空膜蒸馏以及气扫式膜蒸馏等都属于膜蒸馏技术类别，主要是根据蒸汽通过疏水膜后冷凝回收方式不同来划分。海水脱盐制造纯水、浓缩果子、酒精发酵、污水处理等可挥发性物质分离都会应用到膜蒸馏技术。在我国低碳环保、绿色发展战略大力号召下，充分利用先进科学技术，全面推动膜蒸馏技术向低能耗、高效率研究方向发展。

3、萃取技术发展现状

根据物质在两相中溶解度差异来实现物质分离，即为萃取技术，随着经济与科学技术不断发展，如超临界萃取技术、微波萃取等一系列技术越来越成熟，被广泛应用于各行业领域中。

超临界萃取技术原理：该技术原理是在超临界状态前提下，将待萃取物质和超临界流体充分接触后，并根据超临界流体高渗透性、高扩散性以及高溶解力等特质，把萃取物中目标成分进行提取，采用减压或升温的方式将超临界流体转变为普通气体，最终完全或基本排出被萃取物质，实现物质分离提纯[3]。

超临界萃取技术应用：萃取物自身特性、超临界流体温度、压力以及改性剂种类与含量等都会对萃取效率产生一定影响，通常情况下，在实际操作过程中，增加压力能够提升超临界流体浓度，使其更好地对萃取物进行萃取；升高温度能够提升溶质溶解度，加快溶质扩散；针对动态萃取，调整超临界流体流量，将其流量增大能够提升萃取率；针对静态萃取，延长萃取时间能够促使萃取率提升。相较于传统萃取技术，超临界萃取技术具有高效、低能耗、污染少等优点，加上超临界流体无毒、不易燃等特性，该项技术得到广泛应用；常温条件下对萃取物提取分离是超临界萃取技术最大优势，对热敏性物质和易氧化物质萃取有着十分明显的效果，在萃取完成后，能够最大程度上保留产品中有效成分，在化工、香料食品加工以及医药等行业领域较为常见。

微波萃取技术原理：被分离物质与微波直接发生激活作用，根据物质基体中不同反应差异性来达到基体与被萃取物迅速分离的目的，最后进入溶剂中。该项技术实际操作过程中，溶剂需要根据基体性质来选择，其中萃取溶剂、时间以及温度都会影响微波萃取效率和质量。

技术特点及应用：具体表现在以下几点：

(1) 高效性

微波萃取技术相关设备操作简单、应用范围广、萃取率高以及低能耗等优点，加上污染性小等特征，充分体现了微波萃取技术高效性，在中药、天然香料等方面应用有着较好成效。

(2) 选择性

在实际操作中，通常分子极性大普遍能够获得较多微波能，由于分子运动速度快，在此基础上可对物质中极性成分选择性提取。

(3) 快速性

在微波透明且带有热的不良导体性能容器中放置被加热样品，可以达到不需要加热容器就能直接加热样品的效果，在加热过程中，因微波场均匀性，所以样品也是均匀加热。

膜萃取技术原理及特点：通过借助萃取膜将萃取液中的相实现分离，是现下低能耗化工分离中较为新颖的技术，该项技术具有操作便捷、高效以及应用范围广泛等特点。膜萃取技术在实际应用过程中，膜材料浸润性能、操作压差等都会影响膜萃取技术分离物质效果，但上述相关影响因素并不妨碍膜萃取技术应用适用范围，常应用于金属离子萃取、有机物萃取方面。

4、新型吸附技术发展现状

新型吸附技术包括变压吸附、层析等新型分离方法，现阶段正处于深入研究和开发阶段，该项技术逐渐成熟后在化工行业中必然发挥重要作用。

4.1 变压吸附技术

利用固体吸附剂对气体具有一定吸附选择特征，在此基础上对被物质进行加压吸附、减压脱附等，以实现分离物质。变压吸附技术通常在常温条件下操作，由于循环周期短，促使变压吸附技术应用范围迅速扩展，在空气干燥、氢纯化等方面有着较好应用成效，在医药、环保、有色金属冶炼行业领域中也时常用到。

4.2 层析技术

应用层析技术分离物质时，因亲固定相分子移动速度相对较慢，促使亲流动相分析能够快速从体系中流出，在此基础上实现分离不同物质[4]。以两相相互作用不同原理可将层析技术分为吸附层析、亲和层析、凝胶过滤层析等。在物质分离方面，层析是一项分离能力较强的化工分离技术，在对分离纯化要求高的物质有着十分明显的成效，如从天然动植物资源中提取有效成分以及重稀土金属分离等。

4.3 吸附树脂

在吸附树脂与被吸附分子二者之间引力作用下，对物质表面进行物理吸附，实现分离物质。在水溶液、混合有机溶液或混合气体中放入吸附树脂，可以选择性吸附各种有机化合物，并达到净化效果。吸附树脂具有高效、低能耗、操作便捷以及低成本等优点，在医药、天然植物提取等方面有着较好的应用成效。

5、耦合分离技术发展现状

耦合分离技术是指将不同化工分离技术结合在一起或搭配使用，不同分离技术各具应用优势，在实际操作中，很多时候依靠单类型分离技术不一定能够达到产品纯度要求，即使达到符合产品纯度标准，也必然会增加物质提取成本。基于此，将多种分离技术结合在一起，充分发挥各类分离技术应用优势和特点，在此基础上形成耦合分离技术，提升混合物物质分离与提纯效果。通过对现阶段耦合技术发展现状调研与分析，超临界流体技术与膜萃取技术及膜分离技术三者耦合是目前常见和应用的耦合分离技术，例如，利用膜萃取技术将麻黄碱从麻黄水中提取出来，其中膜分离技术和超临界流体技术耦合能够在实际操作过程发挥优势互补作用，并借助二者自身优势，达到物质分离和浓缩的效果。

经济及科学技术发展推动着化工分离技术逐渐走向成熟和优化，仍需加大研发力度，真正实现化工分离过程低能耗、低成本运行，并减少环境污染，为促进化学工业及其他相关行业技术水平提高打好基础。

6、结束语

经济与科学技术快速发展，促使各类型化工分离技术愈加成熟化，针对一些难以分离物质，各种新型分离技术出现与应用也被一一解决。低能耗、高效率、低成本是现阶段化工分离技术主要发展方向，有利于扩展化工分离技术应用范畴，从而为国民经济发展贡献一分力量。

参考文献：

[1]何诗雨.化工分离技术的发展及其应用[J].化工设计通讯,2019,45(11):52,82.

[2]葛兰兰,刘江波.化工分离技术的实践及其发展分析[J].当代化工研究,2019(10):31-32.

[3]提供各种化工分离过程的优化节能方案[J].天然气化工(C1化学与化工),2019,44(4):133.

[4]张学岗.化工分离技术的发展与应用[J].石化技术,2018,25(12):42.

马凤仙.基于低能耗化工分离技术的发展现状研究[J].化工设计通讯,2021,47(04):50-51.