新型化工分離技術9頁

1、崔婷婷 化工分離技術的若干進展姓名:崔婷婷_班級:化工0804學號:08110438_化工分離技術的若干新進展 崔婷婷(吉林化工學院 化工系, 吉林)摘要:介紹了化工分離過程的幾種新技術的原理、適用范圍及優(yōu)點。并根據(jù)其重要性、多樣性及復雜性分析并討論它在過程工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的意義和作用。關鍵詞：化工分離 新技術 可持續(xù)發(fā)展1.概述1.1化工分離過程的重要性分離過程是將混合物分成組成互不相同的兩種或幾種產品的操作。一個典型的化工生產裝置通常由一個反應器和具有提純原料、中間產物和產品的多個分離設備組成。分離操作一方面為化學反應提供符合質量要求的原料，清除有害物并提高收率；另一方面進行分離提純得到合

2、格的產品并使未反應的循環(huán)利用。此外分離操作在環(huán)境保護和充分利用資源方面起著極其重要的作用。因此，分離操作在整個化工生產中占有十分重要的地位。1.2化工分離技術的多樣性由于化工分離技術的應用領域十分廣泛，原料、產品和對分離操作的要求多種多樣，這就決定了分離技術的多樣性。按化工分離過程機理劃分，可大致分成5類, 即：生成新相以進行分離（如蒸餾、結晶）。加入新相進行分離（如萃取、吸收）。用隔離物進行分離（如膜分離）。用固體試劑進行分離（如吸附、離子交換）和用外力場或梯度進行分離（如離心萃取分離、電泳）等。它們的特點和設計方法有所不同，但各有特點和特定的應用場合。1.3化工分離過程的復雜性化工分離技術

3、十分復雜。即使對于精餾、萃取這些比較成熟的技術，多組分體系大型設備的設計仍是一項困難的工作。大型塔器設計、放大的主要困難在于塔內兩相流動和傳質過程的非理想性。例如，大型規(guī)整填料塔中既存在著縱向混合和徑向混合等宏觀尺度的流動,也存在界面附近微尺度的渦流、界面和傳遞過程。沿用了百余年的平衡級模型雖然簡單、直觀，但用于多組分分離過程的缺點已顯而易見。許多商用軟件功能強大，已在工程設計中得到廣泛運用。但是，多相、多組分傳質過程的數(shù)學模型尚不完善，這也體現(xiàn)了分離技術的復雜程度。2.分離過程的新技術2.1 超聲波提取技術      超聲波提取技術（Ultr

4、asound Extraction, UE）是近年來應用到中草藥有效成份提取分離的一種最新的較為成熟的手段。超聲波是指頻率為20千赫50兆赫左右的聲波，它是一種機械波，需要能量載體介質來進行傳播。超聲波在傳遞過程中存在著的正負壓強交變周期，在正相位時，對介質分子產生擠壓，增加介質原來的密度；負相位時，介質分子稀疏、離散，介質密度減小。也就是說，超聲波并不能使樣品內的分子產生極化，而是在溶劑和樣品之間產生聲波空化作用，導致溶液內氣泡的形成、增長和爆破壓縮，從而使固體樣品分散，增大樣品與萃取溶劑之間的接觸面積，提高目標物從固相轉移到液相的傳質速率。在工業(yè)應用方面，利用超聲波進行清洗、干燥、殺菌、霧

5、化及無損檢測等，是一種非常成熟且有廣泛應用的技術。 2.1.1超聲波萃取的原理       超聲波萃取中藥材的優(yōu)越性，是基于超聲波的特殊物理性質。主要是主要通過壓電換能器產生的快速機械振動波來減少目標萃取物與樣品基體之間的作用力從而實現(xiàn)固-液萃取分離。（1）加速介質質點運動。高于20 KHz聲波頻率的超聲波的連續(xù)介質（例如水）中傳播時，根據(jù)惠更斯波動原理，在其傳播的波陣面上將引起介質質點（包括藥材重要效成分的質點）的運動，使介質質點運動獲行巨大的加速度和動能。質點的加速度經計算一般可達重力加速度的二千倍以上。由于介質質點將超聲波能量作

6、用于藥材中藥效成分質點上而使之獲得巨大的加速度和動能，迅速逸出藥材基體而游離于水中。（2）空化作用。超聲波在液體介質中傳播產生特殊的“空化效應”，“空化效應”不斷產生無數(shù)內部壓力達到上千個大氣壓的微氣穴并不斷“爆破”產生微觀上的強大沖擊波作用在中藥材上，使其中藥材成分物質被“轟擊”逸出，并使得藥材基體被不斷剝蝕，其中不屬于植物結構的藥效成分不斷被分離出來。加速植物有效成份的浸出提取。（3）超聲波的振動勻化（Sonication）使樣品介質內各點受到的作用一致，使整個樣品萃取更均勻。綜上所述，中藥材中的藥效物質在超聲波場作用下不但作為介質質點獲得自身的巨大加速度和動能，而且通過“空化效應”獲得強

7、大的外力沖擊，所以能高效率并充分分離出來。 2.1.2超聲波萃取的特點適用于中藥材有效成份的萃取，是中藥制藥徹底改變傳統(tǒng)的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工藝。與水煮、醇沉工藝相比，超聲波萃取具有如下突出特點：（1）無需高溫。在4050水溫F超聲波強化萃取，無水煮高溫，不破壞中藥材中某些具有熱不穩(wěn)定，易水解或氧化特性的藥效成份。超聲波能促使植物細胞地破壁，提高中藥的療效。（2）常壓萃取，安全性好，操作簡單易行，維護保養(yǎng)方便。（3）萃取效率高。超聲波強化萃取2040分鐘即可獲最佳提取率，萃取時間僅為水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分，萃取量是傳統(tǒng)方法的二倍以上。據(jù)統(tǒng)計，超聲波在6570

8、ºC工作效率非常高。而溫度在65ºC度內中草藥植物的有效成份基本沒有受到破壞。加入超聲波后（在65度條件下），植物有效成份提取時間約40分鐘。而蒸煮法的蒸煮時 間往往需要兩到三小時，是超聲波提取時間的3倍以上時間。每罐提取3次，基本上可提取有效成份的90%以上。（4）具有廣譜性。適用性廣，絕大多數(shù)的中藥材各類成份均可超聲萃取。（5）超聲波萃取對溶劑和目標萃取物的性質（如極性）關系不大。因此，可供選擇的萃取溶劑種類多、目標萃取物范圍廣泛。（6）減少能耗。由于超聲萃取無需加熱或加熱溫度低，萃取時間短，因此大大降低能耗。 2.2膜分離技術膜分離技術是指在分子水平上不同粒徑分子的混

9、合物在通過半透膜時，實現(xiàn)選擇性分離的技術，半透膜又稱分離膜或濾膜，膜壁布滿小孔，根據(jù)孔徑大小可以分為：微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）、反滲透膜（RO）等，膜分離都采用錯流過濾方式。2.2.1膜分離技術優(yōu)點（1）在常溫下進行有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮 （2）無相態(tài)變化保持原有的風味，能耗極低，其費用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8 （3）無化學變化典型的物理分離過程，不用化學試劑和添加劑，產品不受污染 （4）選擇性好可在分子級內進行物質分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能 適應性強處理規(guī)?？纱罂尚?，可以連續(xù)也可以間隙進

10、行，工藝簡單，操作方便，易于自動化。2.3微波萃取技術在傳統(tǒng)萃取過程中, 能量無規(guī)則地傳遞給萃取劑, 然后萃取劑擴散到基體物質, 再從基體溶解或夾帶多種成分擴散出來。微波萃取則是利用微波能來提高萃取效率的一種較新技術。微波是一種頻率范圍為300-300 000 MHz 的電磁波。不同物質的介電常數(shù)不同, 其吸收微波能的程度不同, 由此產生的熱能及傳遞給周圍環(huán)境的熱能也不相同。在微波場中, 吸收微波能力的差異使得基體物質的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱, 從而使得被萃取物質從基體或體系中分離, 進入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對較弱的萃取劑中。2.3.1微波萃取的工藝流程微波萃取的

11、大致工藝流程如下:原料預處理 (清洗、切片或粉碎)溶劑與物料混合 微波萃取過濾 濃縮 分離 萃取成分.2.3.2微波萃取的方法1 常壓法即在敞口容器中進行微波萃取 ,其優(yōu)點是樣品容量大、安全性能好、容器便宜;缺點是原料容易污染、揮發(fā)性成分容易損失、有時消解不完全.2高壓法指物料在密閉消解罐中進行消解.因為消解罐為密閉容器 ,消解時產生的高壓提高了酸的沸點;密閉時也產生高溫提高了反應速度 ,減少了反應時間;酸也不會損失 ,節(jié)約了酸的用量 ,減少了酸霧對其他容器的腐蝕.3連續(xù)流動萃取法。就是將微波在線消解與流動注射聯(lián)用的方法 2.3.3微波萃取的特點微波萃取技術作為一種新型的萃取技術 ,有著明顯的

12、特點.首先 ,借介質從內部加熱萃取 ,可有效地保護物料中的有效成分 ,純度高、萃取率高;其次 ,對萃取物有高選擇性 ,因其對極性分子的選擇性加熱從而其選擇性地溶出;第三 ,速度快 ,省時.傳統(tǒng)方法需要幾小時或十幾小時 ,而微波萃取只需要幾秒到幾分鐘 ,可節(jié)省 50 %90 %的時間;最后 ,安全、節(jié)能、無污染、生產設備簡單、節(jié)省投資.3.化工分離技術的可持續(xù)發(fā)展化工分離技術的不斷發(fā)展可以加快工業(yè)的進步并帶動經濟的快速發(fā)展,但同時也會帶來資源的浪費、環(huán)境污染以及能源損耗。所以，為了使化工分離過程更為綠色化、節(jié)能化、高效化。面臨新的挑戰(zhàn)，人們對化工分離過程的強化提出了更高目標。越來越多的研究人員認為，化工過程強化的目標不應只停留在使已有設備擠出百分之幾的效率，而應致力于使過程工業(yè)的效率取得大幅度的提高?；み^程強化不能滿足于漸進式的變革，而應致力于在設備的體積、能耗、原材料消耗、產業(yè)化的周期和環(huán)保等方面使過程和工廠的效率取得重大的突破。大量實例表明，化工分離過程強化對過程工業(yè)的節(jié)能減排發(fā)揮了重要作用。因此我們應該研