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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。

郑捷[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。李仲民[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。赵宜江[3]利用陶瓷微滤膜澄清钛白废酸,研究结果显示陶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50L/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,杨刚[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0.023mol/L,NT浓度由0.14mol/L提高到0.25mol/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%。冯晖[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1MPa条件下,经过7次80h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范围广的膜材

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