精餾過程的節(jié)能降耗

1、煉油、石化生產(chǎn)過程中大量存在的分離、換熱和反應(yīng)工序,節(jié)能潛力巨大。能源是社會發(fā)展和進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國的能源儲量以及一次能源的開發(fā)和消費(fèi)量居世界前列,而能源的總利用率則遠(yuǎn)低于歐美和日本?；瘜W(xué)工業(yè)是個(gè)耗能大戶,能耗量約占全國能源總消費(fèi)的9%-10%,占工業(yè)用能的13%-15%,因此,化工節(jié)能對緩解我國能源的供需矛盾影響很大。在當(dāng)前世界性的能源危機(jī)面前,化學(xué)工業(yè)必須首先關(guān)注節(jié)能降耗和節(jié)能新技術(shù)的研究應(yīng)用。本文就我國化學(xué)工業(yè)中最普通也是能耗較多的分離過程這一領(lǐng)域中的一些節(jié)能現(xiàn)狀作一粗略介紹。一 精餾過程的節(jié)能降耗精餾技術(shù)是化工領(lǐng)域中最為成熟，應(yīng)用最為廣泛且必不可少的單元操作，同時(shí)也是工業(yè)過程中能

2、耗和設(shè)備投資高的設(shè)備，在煉油、石化等行業(yè)中，其能耗占全過程總能耗的一半以上。因此對精餾過程節(jié)能技術(shù)的研究具有極其重要的意義。國內(nèi)外已開發(fā)并應(yīng)用了一些節(jié)能型耦合精餾塔，如反應(yīng)精餾塔（Reactive Distillation Column）、熱耦合精餾塔（Petlyuk Column）、隔板精餾塔（Dividi Wall Column，簡稱DWC）等。精餾過程的節(jié)能主要有以下幾種基本方式:提高塔的分離效率,降低能耗和提高產(chǎn)品回收率;采用多效精餾技術(shù);采用熱泵技術(shù)等。1.1板式塔1.1.1高效導(dǎo)向篩板高效導(dǎo)向篩板具有生產(chǎn)能力大、塔板效率高、塔壓降低、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、維修方便的特點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)

3、用于化學(xué)工業(yè)、石油化工、精細(xì)化工、輕工化工、醫(yī)藥工業(yè)、香料工業(yè)、原子能工業(yè)等。1.1.2板填復(fù)合塔板板填復(fù)合塔板充分利用板式塔中塔板間距的空隙,設(shè)置高效填料,以降低霧沫夾帶,提高氣體在塔內(nèi)的流速和塔的生產(chǎn)能力。同時(shí)氣液在高效填料表面再次傳質(zhì),進(jìn)一步提高了塔板效率。由于負(fù)荷下限未變而上限大幅度提高,因此塔的操作彈性也大為提高。板填復(fù)合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多種物系中得到成功應(yīng)用。1.1.3復(fù)雜精餾塔傳統(tǒng)的精餾塔及其精餾序列已不適應(yīng)當(dāng)前過程集成、設(shè)備集成的發(fā)展趨勢。武吳宇【1】等進(jìn)行了復(fù)雜精餾塔的研究,與傳統(tǒng)精餾塔的一股進(jìn)料二股產(chǎn)品的精餾塔比較,能夠產(chǎn)生相當(dāng)大的能量消耗及成本上的節(jié)約

4、。復(fù)雜塔還適合更新設(shè)計(jì),因?yàn)樗?jīng)?？梢酝ㄟ^對現(xiàn)有塔進(jìn)行微小的改動來實(shí)行。在所有可能的多組分精餾過程新方案中,熱偶精餾在能量和投資費(fèi)用的節(jié)約上都非常有前途。他們采用 Underwood方程和Vmin分析了多組分熱偶精餾的最小能耗;主要探討了用詳細(xì)的塔模型來進(jìn)行多組分熱偶精餾塔的設(shè)計(jì),所建立的塔模型既能夠描述傳統(tǒng)塔又可以描述熱偶精餾塔,并允許不同的選擇結(jié)構(gòu)互相比較:提出了以能量消耗最小為目標(biāo)的,多組分混合物分離的熱偶精餾序列的整體優(yōu)化方法。他們以四組分烷烴混合物的分離為例,根據(jù)詳細(xì)的熱偶精餾塔數(shù)學(xué)模型,計(jì)算了熱偶精餾的能耗、年總費(fèi)用,并比較了各種熱偶方案的節(jié)能效果。以能量消耗最小為目標(biāo),對兩種熱偶

5、精餾序列進(jìn)行了整體優(yōu)化。1.2填料塔填料是填料塔最重要的傳質(zhì)內(nèi)件,其性能主要取決于填料表面的濕潤程度和氣液兩相流體分布的均勻程度。1.2.1新型高效規(guī)整填料高效導(dǎo)向篩板是北京化工大學(xué)科研人員在對包括篩板塔板在內(nèi)的各種塔板進(jìn)行深入研究、綜合比較的基礎(chǔ)上,結(jié)合塔板上流體力學(xué)、傳質(zhì)學(xué)的研究結(jié)果。新型高效規(guī)整填料主要包括金屬板波紋填料和金屬絲網(wǎng)波紋填料兩大類,在將其進(jìn)行物理的和化學(xué)的方法處理后,填料的分離效率大為提高。主要優(yōu)點(diǎn)有:(1)理論塔板數(shù)高,通量大,壓力降低;(2)低負(fù)荷性能好,理論板數(shù)隨氣體負(fù)荷的降低而增加,沒有低負(fù)荷極限;(3)放大效應(yīng)不明顯;(4)適用于減壓精餾,能夠滿足精密、大型、高真

6、空精餾裝置的要求,為難分離物系、熱敏性物系及高純度產(chǎn)品的精餾分離提供了有利的條件。1.2.2新型高效散堆填料(1)金屬鮑爾環(huán)填料,它采用金屬薄板沖軋制成,由于在環(huán)壁上開了許多窗孔,使得填料層內(nèi)的氣、液分布情況及傳質(zhì)性能比拉西環(huán)有較大的改善。(2)金屬階梯環(huán)填料,這種填料降低了環(huán)的高度,并在環(huán)的2個(gè)側(cè)端增加了錐形翻邊,使其性能較鮑爾環(huán)填料有了較大的進(jìn)步。在同樣液體噴淋密度下,其泛點(diǎn)氣速較鮑爾環(huán)提高了10%20%;在同樣氣速下,壓力降較鮑爾環(huán)低30%40%。(3)金屬環(huán)矩鞍填料,國內(nèi)簡稱為英特洛克斯填料。這種填料巧妙地把環(huán)形和鞍形兩類填料的特點(diǎn)綜合成為一體,使它既有環(huán)形填料通量大的特點(diǎn),又有鞍形填

7、料液體分布性能好的特點(diǎn),從而成為當(dāng)前散堆填料中的佼佼者【2】。(1)高效導(dǎo)向篩板在甲醇精餾過程中一般可以達(dá)到擴(kuò)產(chǎn)50%100%,并可提高分離效率,降低塔壓降，可用于降低廢水中污染物的產(chǎn)生量。(2)新型高效填料具有通量大、效率高、壓降小的特點(diǎn),在精餾過程技改中可以達(dá)到大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)節(jié)能、降耗的效果，可用于降低廢氣中污染物的產(chǎn)生量。(3)高效導(dǎo)向篩板與新型高效填料已是成熟技術(shù),在化工及甲醇精餾過程中得到了廣泛應(yīng)用,并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。高效導(dǎo)向篩板與新型高效填料【12】在化工技改中占有重要的位置,一般可以很容易地達(dá)到大幅度擴(kuò)產(chǎn)、節(jié)能、降耗的效果,在甲醇精餾及合成氨技術(shù)改造中,已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用。1

8、.2.3三塔精餾分別為預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔。在預(yù)精餾塔中除去溶解性氣體及低沸點(diǎn)雜質(zhì),在加壓塔和常壓塔中除去水及高沸點(diǎn)雜質(zhì),從而制得合格的精甲醇產(chǎn)品。在三塔精餾中通過應(yīng)用高效絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料并配套使用新型氣液分布器、蒸發(fā)式冷凝器等,基本實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)“節(jié)能、降耗、減污、增效”的目的,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)“低消耗、低排放、高效率”的基本特征,在節(jié)約能源的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了裝置生產(chǎn)污水零排放。（11）1.3提高熱的利用率首先,增強(qiáng)再沸器和冷凝器中的傳熱面積可使傳熱溫差下降。增強(qiáng)傳熱表面有兩大類型:(1)多孔相變化傳熱面:包括微孔沸騰表面及特殊處理的冷疑表面,均可使沸騰或冷凝給熱系數(shù)較之光管提高1030倍

9、;(2)擴(kuò)展的傳熱面:包括翅片管或開槽溝擴(kuò)大傳熱面,可以使傳熱系數(shù)提高不少。其次,采用空氣冷卻器或蒸發(fā)冷卻器代替水冷凝器可以避免積垢,水電綜合能耗也較低,而且節(jié)省用水。再次,如果塔釜液是無關(guān)重要的廢液,則可以把它的顯熱變成潛熱加以利用。另外,采用低品位熱能也是節(jié)能的有效方法【3】。1.4超聲波技術(shù)【13】撫順石油化工研究院已將超聲技術(shù)成功應(yīng)用于秸稈燃料乙醇生產(chǎn)時(shí)的稀乙醇提濃工藝開發(fā)中,替代了傳統(tǒng)的精餾共沸精餾或者精餾分子篩脫水的工藝。由于纖維路線乙醇的發(fā)酵液中乙醇濃度很低(通常低于10%),因此,乙醇的精餾工段成為燃料乙醇生產(chǎn)最大的能耗所在,開發(fā)節(jié)能型的乙醇提濃工藝非常重要。撫研院已建設(shè)了一套

10、乙醇超聲提濃裝置,在室溫,常壓和超聲頻率1.8MHz條件,通過兩級超聲提濃,可將乙醇濃度從10%提高至45%。日本超聲釀酒(Ultra2soundBrewery)公司認(rèn)為采用超聲技術(shù)可比精餾法節(jié)省能源10%以上。1.5近年來，國外對隔板精餾技術(shù)【14】的研究和應(yīng)用都十分重視，特別是在三組分混合物分離的工業(yè)化應(yīng)用方面已相當(dāng)成功，例如合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇技術(shù)中，聯(lián)醇生產(chǎn)中主要采用兩塔精餾流程，兩塔分別脫除輕組分雜質(zhì)和重組分雜質(zhì)。該流程采用隔板精餾技術(shù)同樣可以達(dá)到分離要求。此外，DWC還有可能應(yīng)用在以下領(lǐng)域：空氣分離流程、直接法合成苯基氯硅烷生產(chǎn)流程等等。而我國在此領(lǐng)域尚處于起步階段，加快此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)和

11、工業(yè)化應(yīng)用步伐，并且擁有獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，對降低工業(yè)生產(chǎn)的能源消耗，推動我國石油和化工行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。德國拜耳（Bayer）公司在隔板精餾技術(shù)領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先地位。拜耳技術(shù)服務(wù)有限公司（Bayer Technology Service，簡稱 BTS）建立并運(yùn)行了一套隔板精餾塔實(shí)驗(yàn)室裝置。反應(yīng)隔板精餾【14】（Reactive DiviColumn，RDWC）技術(shù)的研究與應(yīng)用。Mueller提出反應(yīng)隔板精餾的概念，將反應(yīng)精餾過程與隔板精餾耦合2在一起。并完成了碳酸二甲酯（DMC）與乙醇酯交換生成碳酸二乙酯（DEC）的反應(yīng)與分離的過程模擬，高純度的產(chǎn)品DEC從塔底采出，副產(chǎn)物和未反應(yīng)的乙

12、醇側(cè)線出料，塔頂為含有甲醇和DMC二元共沸物的流股；研究結(jié)果表明該新型的反應(yīng)分離裝置能最大程度地提高該平衡反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，獲得高純度的產(chǎn)品，并有效地抑制副反應(yīng)。RDWC是反應(yīng)過程與多組分分離過程的耦合。在化工工業(yè)中過程的高度耦合能大幅度減少設(shè)備體積，簡化流程，降低能耗，提高效益。1.6反應(yīng)精餾集成技術(shù)反應(yīng)與分離相結(jié)合技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，對某些新領(lǐng)域的開發(fā)也取得了一定進(jìn)展。國內(nèi)也在積極開展研究開發(fā)工作，但對其規(guī)律性掌握的還不夠，實(shí)際應(yīng)用面還不夠廣。隨著全球節(jié)能和環(huán)保的要求益提高，反應(yīng)與分離集成技術(shù)將會發(fā)揮更大作用是解決能源危機(jī)和緩解三廢污染的有效途徑。反應(yīng)精餾【15】是一種將反應(yīng)過程和精

13、餾過程結(jié)合在一起的新型技術(shù)，是在同一個(gè)蒸餾塔內(nèi)進(jìn)行的禍合過程,它具有投資少，流程簡單，節(jié)能，產(chǎn)品收率高等優(yōu)點(diǎn)，可以替代某些傳統(tǒng)工藝過程如醚化，芳烴烷基化，加氫，酯化等反應(yīng)。目前許多工藝已較成熟，且借助于計(jì)算機(jī)模擬手段，研究范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)大。出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用類型,依據(jù)反應(yīng)體系及采用催化劑的不同，反應(yīng)精餾可分為均相反應(yīng)精餾，包括催化和非催化反應(yīng)精餾和非均相催化反應(yīng)精餾，即通常所稱的催化蒸餾。1.7新蒸餾過程的探索與開發(fā)為提高分離效率,降低能耗,需要尋求一些特殊的蒸餾方法以分離一些特殊的物料,諸如熱敏物料,共沸熱料等。一般有下列幾個(gè)方面:(1)添加物蒸餾。在蒸餾過程中加入某些添加物以利用溶液的非

14、理想性,增大某一組分的揮發(fā)性,使組分容易分離,達(dá)到高效、節(jié)能目的。(2)耦合蒸餾。蒸餾過程與其它過程同時(shí)進(jìn)行,以達(dá)到強(qiáng)化作用和簡化過程的目的。(3)動態(tài)蒸餾。包括可控的不穩(wěn)定蒸餾與分批蒸餾,能提高傳質(zhì)效率和縮短操作時(shí)間,達(dá)到增產(chǎn)和節(jié)能的目的。(4)場效應(yīng)蒸餾。包括帶電、磁、激光、重力、功能微粒7等場效應(yīng)的蒸餾,對傳質(zhì)過程有不同程度的促進(jìn)【4】。天津大學(xué)針對苯酚，鄰、對苯二酚等高凝固點(diǎn)類化工產(chǎn)品的分離過程，開發(fā)成功具有高凝固點(diǎn)，高粘度和熱敏特征的難分離復(fù)雜物系精餾節(jié)能新技術(shù)，采用該技術(shù)設(shè)計(jì)的精餾塔已在萬噸級苯酐裝置獲得應(yīng)用，分離效率提高2-3倍，熱能耗降低30%-50%。根據(jù)蒸餾科學(xué)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

15、，要深化蒸餾過程就必須突破傳統(tǒng)的研究方法，探索新理論，吸收其他最新研究成果，對分離過程設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)化，以開發(fā)環(huán)保，高效，節(jié)能并符合精餾過程的設(shè)備。二 干燥操作的節(jié)能問題干燥過程是各種工業(yè)過程廣泛采用的單元操作,其能量消耗相當(dāng)大,因此干燥過程的節(jié)能問題尤為重要。干燥過程的主要節(jié)能措施如下:2.1選用合適的干燥流程及設(shè)備干燥操作流程和設(shè)備有各種形式,適應(yīng)于各種場合。如何選用合適的干燥流程與設(shè)備對于干燥過程的節(jié)能是相當(dāng)重要的,這方面主要依據(jù)干燥物料的特性和干燥產(chǎn)品的要求以及生產(chǎn)的實(shí)際情況而定。2.2降低干燥裝置的熱能供給量首先應(yīng)對原料進(jìn)行預(yù)處理,盡量采用機(jī)械分離方法脫除一部分游離水分,因?yàn)闄C(jī)械分離方法

16、比熱處理分離方法消耗的能量要少得多;其次是改善干燥介質(zhì)的熱狀態(tài):(1)盡可能提高干燥介質(zhì)的進(jìn)氣溫度,減少干燥過程中的干燥介質(zhì)消耗量,則干燥廢氣帶走的熱能相應(yīng)減少,熱效率提高,針對物料的熱敏性問題,可考慮采用中間加熱的辦法。(2)降低干燥介質(zhì)的出口溫度,提高其濕度,同樣可以減少干燥介質(zhì)的消耗量,提高干燥操作的熱效率,但為防止干燥產(chǎn)品返潮以及設(shè)備的堵塞和設(shè)備材料的腐蝕問題,氣體離開干燥器的溫度需高于進(jìn)入干燥器時(shí)的絕熱飽和溫度2050【8】。2.3利用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)(1)采用部分廢氣循環(huán)的干燥流程。將含有大量熱量的部分廢氣返回預(yù)熱室,與新鮮空氣混合使用,可將廢氣中的余熱重新利用,并降低了空氣加熱器的

17、熱負(fù)荷,能耗將下降10%。目前,一般的廢氣循環(huán)量控制在20%左右。(2)采用熱效率高的傳熱設(shè)備。為了提高傳熱系數(shù),減少換熱面積,降低設(shè)備投資費(fèi)用,需采用高效的換熱設(shè)備。如新型換熱器空心環(huán)管換熱器,它采用空心環(huán)支承雙面強(qiáng)化傳熱管管束的強(qiáng)化技術(shù)與一般的管殼型換熱器相比在相同的傳熱條件下總傳熱系數(shù)可以得到提高，換熱面積也可減少。2.5采用熱管技術(shù)熱管吸熱段吸收廢氣熱量,并通過管壁傳給管內(nèi)工質(zhì),工質(zhì)吸熱后蒸發(fā)成蒸汽,蒸汽在壓差的作用下上升至放熱段,與管外冷流體換熱,蒸汽冷凝并向外放出汽化潛熱,冷凝液在重力的作用下回到吸收段。熱管技術(shù)具有傳熱效率高,流動阻力損失少等優(yōu)點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于廢氣余熱的回收【2】

18、。(4)采用熱泵技術(shù)。熱泵是利用液態(tài)工作介質(zhì)(氨、氟里昂、水等)在蒸發(fā)器中減壓蒸發(fā),從較低溫度的干燥廢氣中吸收余熱,而氣態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)后進(jìn)人冷凝器,在較高溫度下冷凝放出潛熱預(yù)熱新鮮空氣。熱泵的流程可分為閉路循環(huán)式和開放式兩種。利用閉路循環(huán)式熱泵技術(shù),空氣可循環(huán)使用,而開放式熱泵技術(shù),廢氣經(jīng)熱量回收后排出干燥系統(tǒng)。2.6加強(qiáng)設(shè)備操作管理和管路保溫加強(qiáng)設(shè)備和管路的保溫隔熱,以減少干燥系統(tǒng)的熱損失。同時(shí)優(yōu)化送風(fēng)系統(tǒng),減少因熱氣的漏出和冷氣的滲人造成的能量損失。三 結(jié)晶分離的節(jié)能技術(shù)結(jié)晶分離是分離混合物常用的方法之一。傳統(tǒng)的結(jié)晶分離,如濃縮結(jié)晶,冷卻(冷凍)結(jié)晶,耗能很大。目前國際上新型結(jié)晶技術(shù)已

19、取得了突破性進(jìn)展,并得到實(shí)際應(yīng)用【9】。3.1萃取結(jié)晶技術(shù)萃取結(jié)晶技術(shù)是萃取技術(shù)與結(jié)晶技術(shù)的藕合技術(shù)。可很好地用于沸點(diǎn)等物性相近的混合物。例如,在對二甲苯 -間二甲苯混合物中,加入四氯化碳,可以將對二甲苯從混合液中分離出來,對二甲苯收率高達(dá)90%。萃取結(jié)晶技術(shù)也應(yīng)用于無機(jī)混合物的分離。例如,用1,4 -二氧雜環(huán)乙烷從KIO3和KI的水溶液中分離KIO3;用有機(jī)胺絡(luò)合萃取劑,以氯化鉀和磷酸為原料,生產(chǎn)磷酸二氫鉀等。又如,在碳酸鈉水溶液中加入正丁醇,結(jié)晶出碳酸鈉,在實(shí)際生產(chǎn)中得到了滿意的結(jié)果。萃取結(jié)晶技術(shù)也可用于有機(jī)物-水-無機(jī)鹽體系中使有機(jī)物與無機(jī)鹽分離。例如在制造有機(jī)羥醛的試驗(yàn)中,在羥 -水-

20、硫酸鈉體系中,常溫下加入甲醇,成功地將硫酸鈉分離出來,使其分離后的混合溶液中,硫酸鈉含量小于5%。萃取結(jié)晶技術(shù)關(guān)鍵是尋找到合適的萃取絡(luò)合劑。3.2熔融結(jié)晶技術(shù)由于近90%的有機(jī)化合物為低共熔型,70%的化合物熔點(diǎn)在0200,只有10%左右低于 0,因此,用熔融結(jié)晶法更易分離。大多有機(jī)化合物的結(jié)晶,不需深冷分離,而且可利用廢熱、余熱。新型熔融結(jié)晶技術(shù)特點(diǎn):(1)低能耗,結(jié)晶相變潛能僅是精餾的1/31/7;(2)低操作溫度;(3)高選擇性,可制取高純或超純(99.9%色譜純)產(chǎn)品;(4)環(huán)境污染較小。國際上熔融結(jié)晶裝置目前有復(fù)合式懸浮結(jié)晶型和逐步凍凝型。天津大學(xué)已成功地開發(fā)了液膜結(jié)晶設(shè)備,并已成功

21、地應(yīng)用于4200t鄰位與對位二氯苯的分離。3.3高壓結(jié)晶技術(shù)高壓結(jié)晶是利用加壓下物系的液固相變化的分離技術(shù)。其原理為:物系中包含的雜質(zhì)使其熔點(diǎn)下降,對應(yīng)相變壓力上升,隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行,固相份數(shù)增加,液相雜質(zhì)濃度提高,相變壓力不斷上升,在共晶壓力下,物系中就只有高純目的物晶體和母液共存,排除母液經(jīng)減壓發(fā)汗,可分離得到更純的目的物晶體。高壓結(jié)晶尤其適應(yīng)于有機(jī)物的提純精制。四 新型萃取4.1雙水相萃取雙水相萃取技術(shù)目前仍不是十分成熟【16-18】,在其運(yùn)用中存在一定的問題,成相聚合物價(jià)格昂貴是阻礙該技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的主要因素。葡聚糖價(jià)格很高,用粗品代替精制品又會造成葡聚糖相粘度太高,使分離困難。

22、PEG并不是雙水相體系最適合的聚合物,磷酸鹽又會帶來環(huán)境問題,故開發(fā)新的聚合物是該技術(shù)應(yīng)用急需解決的問題,Nisson等人【19】利用改性淀粉代替dextran取得了比較好的結(jié)果。4.2凝膠萃取凝膠萃取(GelExtraction)是Cussler等在1984年首次提出的分離技術(shù),它利用凝膠在溶劑中溶脹特性和凝膠網(wǎng)絡(luò)對大分子、微粒等的排斥作用達(dá)到溶液濃縮分離的目的。該技術(shù)與其它分離方法相比設(shè)備簡單、能耗低,所用的凝膠再生簡單,有著良好的應(yīng)用前景【20-22】。凝膠萃取根據(jù)凝膠在發(fā)生相變時(shí),外界條件的不同,可以分為溫敏型、酸敏型和電敏型【23】。凝膠萃取,不論其是溫敏、酸敏或電敏型,均可能成為取

23、代超濾或蒸發(fā)濃縮高分子溶液的新分離技術(shù),尤其是電敏凝膠,具有快速、簡便和無污染的特點(diǎn) ,很有可能更快的獲得工業(yè)應(yīng)用【24】,但凝膠本身的性質(zhì)由很多種因素確定,但主要的影響因素則是凝膠的離子度和濃度。對凝膠脹縮機(jī)理目前有兩種不同的解釋,其確切的闡述還需要進(jìn)一步試驗(yàn)研究。4.3反膠團(tuán)萃取技術(shù)為使許多高附加值生物工程產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),急需開發(fā)從發(fā)酵液或細(xì)胞培養(yǎng)液中連續(xù)提取目的產(chǎn)物的分離技術(shù),以減少對產(chǎn)品生物活性的影響,并保證產(chǎn)品的純度。一種新的生化分離技術(shù)2反膠團(tuán)萃取方法,它具有成本低、選擇性高、操作方便、放大容易、萃取劑(反膠團(tuán)相)可循環(huán)利用、蛋白質(zhì)不易變性等優(yōu)點(diǎn),在蛋白質(zhì)混和物的分離、2

24、淀粉酶的濃縮、細(xì)胞內(nèi)醇的直接提取、蛋白質(zhì)的復(fù)性、從植物中同時(shí)提取油和蛋白質(zhì)等方面有著重要的應(yīng)用。隨著研究的不斷深入,相信該分離方法為人類提供生化產(chǎn)品已為時(shí)不遠(yuǎn)了,并較之其他的分離方11法有更大的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)合理性【25】。4.4固相微萃取1989年,Belardi與Pawliszyn提出固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)技術(shù)以來,固相萃取作為化學(xué)分離和純化的工具出現(xiàn)了。近些年來,SPME研究成為一個(gè)熱點(diǎn),正在進(jìn)一步完善,SPME發(fā)展與其他儀器,如傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP2M5)及拉曼光譜儀聯(lián)用的情況也有報(bào)道。SP

25、ME正朝著多樣化、儀器化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。4.5微波萃取微波萃取技術(shù)(microwave2ass1 sted ExtractionTechnique)是指使用微波及合適的溶劑在微波反應(yīng)器中,從各種物質(zhì)中提取各種化學(xué)成分的技術(shù)和方法。與傳統(tǒng)的萃取技術(shù)、樣品制備技術(shù)相比較,微波萃取技術(shù)具有以下特點(diǎn):質(zhì)量高、產(chǎn)量大、對萃取物料具有較高的選擇性,反應(yīng)或萃取快、能耗低、安全、無污染。但到目前為止,其研究處于初期階段。萃取機(jī)理論上還有待于深一步地研究。鑒于微波能對萃取過程中傳質(zhì)傳熱的促進(jìn)作用,將其應(yīng)用于生物成分的提取和濃縮必然會產(chǎn)生很好的效果。同時(shí),如果能在儀器設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)突破,使微波萃取像超臨界流體萃取

26、那樣與檢測儀器實(shí)現(xiàn)在線聯(lián)機(jī),則該方法將會得到進(jìn)一步發(fā)展。4.6超臨界萃取超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,SFE)是新型的提取技術(shù),它以超臨界條件下的氣體作為萃取劑,從液體或固體中萃取出某些成分并進(jìn)行分離。SFE技術(shù)已走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)階段,萃取產(chǎn)品種類不斷涌現(xiàn)。但大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),還需研究SFE的熱力學(xué)特性和傳質(zhì)規(guī)律,建立萃取系統(tǒng)的動態(tài)傳質(zhì)模型,以預(yù)測并且要進(jìn)一步探討萃取機(jī)理,開發(fā)萃取工藝,特別是探討溶劑、物料性質(zhì)對萃取過程及對食品物料大分子以提高萃取率和產(chǎn)品度【26】。目前,應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的萃取設(shè)備還未實(shí)現(xiàn)規(guī)范化,配套性也不盡合理。對此

27、,應(yīng)以傳遞模型為基礎(chǔ),建立設(shè)備放大的數(shù)學(xué)模型,以便工業(yè)設(shè)計(jì),同時(shí)還應(yīng)降低設(shè)備成本、以便利于推廣。4.7萃取精餾 由于資源綜合利用、節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)等發(fā)展方向的需求,所以更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)化工單元應(yīng)用的重要性,萃取精餾技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用及對節(jié)能、減排有重要的影響;在煉油、精細(xì)化學(xué)品、醫(yī)藥及環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域中,常遇到難分離的共沸物、小沸點(diǎn)差的混合溶液,對于這類介質(zhì)采取萃取分離技術(shù)是行之有效的。比如利用萃取精餾技術(shù)來制備乙醛酯及對混合二氯苯分離過程的影響,在設(shè)計(jì)的工藝方案中,采用三對角距陣法模擬萃取分離結(jié)果,考察物料進(jìn)料位置、進(jìn)料量、回流比及塔板數(shù)對分離過程的影響,優(yōu)化分離過程的工藝條件,實(shí)驗(yàn)和模擬計(jì)算結(jié)

28、果為工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)意見。決定萃取分離效果的主要因素是溶劑,除此以外,還與溶劑與進(jìn)料的比例、回流比及進(jìn)料位置等因素有關(guān)。采用有效的溶劑與進(jìn)料的比例、回流比及進(jìn)料位置等能取得較好的結(jié)果。五 膜分離技術(shù)節(jié)能膜分離技術(shù)是利用特定膜的滲透作用,在外界能量或化學(xué)位差的推動下,對氣相或液相混合物進(jìn)行分離、分級、提純和富集,膜分離過程大多無相變,常溫操作,高效、節(jié)能、工藝簡便、污染小。20世紀(jì)80年代以來我國膜技術(shù)跨入應(yīng)用階段,同時(shí)也是新膜過程的開發(fā)階段。在這一時(shí)期,膜技術(shù)在食品加工、海水淡化、純水、超純水制備、醫(yī)藥、等領(lǐng)域得到了較大規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用【10】。目前,膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化工、輕工、紡織、冶

29、金、石油等行業(yè)。2l世紀(jì)的膜分離技術(shù)除了將在以上行業(yè)起重要作用外 ,還將在以下三個(gè)方面【27-28】發(fā)揮作用。(1)節(jié)能技術(shù)。隨著膜分離性能的提高以及流程的改進(jìn),膜分離的能耗將會進(jìn)一步減少。(2)生物技術(shù)。與傳統(tǒng)的生物產(chǎn)品分離方法相比,膜分離減化了分離過程,降低了成本,提高了質(zhì)量,膜分離技術(shù)在生物技術(shù)中主要用于生物反應(yīng)器、下游產(chǎn)品處理和作為吸附介質(zhì)。(3)環(huán)境工程。膜分離技術(shù)在環(huán)境工程特別是工業(yè)廢水中能實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán),在消除污染的同時(shí)變廢為寶,取得更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。目前,已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的膜分離過程有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、滲析(D)、電滲析(ED)、氣體分離(GS)、

30、滲透汽化(PV)、乳化液膜（ELM) 等。5.1離子膜技術(shù)離子膜燒堿不但能生產(chǎn)出高純度燒堿和氫氣,而且節(jié)能效果顯著,比隔膜法節(jié)約能耗約 30%。因此,離子膜法將逐步取代隔膜法生產(chǎn)燒堿。離子膜也開始應(yīng)用于醫(yī)療、食品工業(yè)除去電解質(zhì),分離氨基酸及海水淡化等。5.2氣體分離膜技術(shù)【29】膜分離氫氣技術(shù)已成功地用在合成氨廠從馳放氣中回收氫氣,甲酸裝置從合成氣、水煤氣脫氫氣得到90%的一氧化碳,煉廠從催化重整過剩氣中分離出95%含量的氫氣作為加氫裂解原料等。從空氣中富集濃縮氧和氮,比深冷分離法要節(jié)能得多。氣體分離膜可給氣體分離技術(shù)帶來大量效益。常規(guī)技術(shù)如空氣制冷蒸餾;冷凝法從氣體混合物中去除冷凝的有機(jī)蒸氣

31、;胺吸收法去除酸性氣體,如從天然氣中去除二氧化碳,都需要使被分離的氣體混合物產(chǎn)生氣-液相變化。相變化分離增大了能量費(fèi)用。而氣體膜法分離無需相變。此外,氣體分離膜設(shè)施比各種類型裝置如胺汽提裝置要小得多,因此占地也相對較小。小型化有利于淺海氣體加工平臺應(yīng)用。膜系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是無復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備?，F(xiàn)在,氣體分離膜已廣泛應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域:氫氣分離,如合成氨裝置中氫/氮分離、石油化工中氫/烴分離;從空氣中分離氮?dú)?從天然氣中去除CO和水;從空氣或氮?dú)饬髦腥コ袡C(jī)蒸氣。新材料的應(yīng)用：陶瓷膜、混合基質(zhì)膜、碳膜。5.3膜萃取技術(shù)膜萃取是膜過程與液-液萃取過程相結(jié)合的分離過程,特點(diǎn)是:(1)萃取劑選擇范圍寬;(

32、2)料液夾帶損失小;(3)過程不受“反混”的影響和“液泛”條件的限制;(4)可實(shí)現(xiàn)同級萃取和反萃取過程;(5)可提高傳質(zhì)效率。膜萃取技術(shù)在分離生物化工產(chǎn)品和實(shí)現(xiàn)發(fā)酵耦合過程方面正成為研究工作的熱點(diǎn)【11】。5.4膜蒸餾技術(shù)1 膜蒸餾【30】是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程,所用的膜為不被待處理的溶液潤濕的疏水微孔膜，膜的一側(cè)與熱的待處理溶液直接接觸(稱為熱側(cè)),另一側(cè)直1接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè)),熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化,通過膜進(jìn)入冷側(cè)并被冷凝成液相,其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè),從而實(shí)現(xiàn)混合物分離或提純的目的。在膜蒸餾過程中,不存在液體的混合和霧沫夾帶現(xiàn)象,對離子

33、、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無法擴(kuò)散透過膜的組分的截留達(dá)到100%。5.5基于滲透汽化過程集成過程【15】簡稱滲透汽化，是一種新型的膜分離過程，被認(rèn)為是分離近沸 恒沸混合物的有效手段，該技術(shù)具有分離系數(shù)高，操作簡單和易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)，因而已經(jīng)發(fā)展成為一種具有經(jīng)濟(jì)競爭力的實(shí)用分離工藝相對于其他的膜分離過程而言，滲透汽化的研究起步較晚，但經(jīng)過近年的迅速發(fā)展，已經(jīng)在有機(jī)溶劑脫水，水中脫除微量有機(jī)物等分離方面取得了重要的研究成果和應(yīng)用。但滲透汽化單獨(dú)使用的經(jīng)濟(jì)性并不好，工業(yè)上應(yīng)用于集成過程或組合過程，即與其他分離過程結(jié)合起來使用，可以發(fā)揮有關(guān)分離過程的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)化的目的。當(dāng)前，基于組合過程受到重視，正

34、在進(jìn)行更多的研究和開發(fā)利用。5.6液膜分離技術(shù)【31】最初是由美國埃克森研究工程公司的在年提出來的。以后逐漸發(fā)展成為分離科學(xué)上的一門新技術(shù)。迄今，日本，西德，英國，加拿大，蘇聯(lián)，匈牙利,等國相繼開展了研究，已發(fā)表了數(shù)百篇文章和專利。從機(jī)理具體應(yīng)用到設(shè)備等方面均進(jìn)行了深入的研究，廣泛應(yīng)用于化工，醫(yī)學(xué)，生化，環(huán)保，原子能等方面液膜分離技術(shù)適用于從稀溶液中回收有用的物質(zhì)，從廢水中除去有毒有害的物質(zhì)分離物理化學(xué)性質(zhì)相似的碳?xì)浠衔餁怏w等物質(zhì)，它與現(xiàn)有的化工分離方法，溶劑萃取，汽體反滲透等，比較其有獨(dú)特之點(diǎn)，具有選擇性好，相際傳遞面積大，傳遞速率快，分離效果好等，因此它是分離技術(shù)的一個(gè)最新成就，是很有發(fā)

35、展前途的新技術(shù)液膜分離技術(shù)的應(yīng)用。5.7超濾、微濾和納濾5.7.1超濾膜簡稱UFM【32】，一般是由聚礬，中空纖維，醋酸纖維和芳香聚酞胺等制成的對稱微孔膜孔徑。其推動力是靜壓差，其分離特點(diǎn)是不需外加分離劑，設(shè)備和操作簡單，能耗較少，適合于高分子有機(jī)物蛋白質(zhì)，多糖類，病毒，巨大的大分子等及無機(jī)膠體粒子等的分離，多用于食品工業(yè)廢水處理和紡織工業(yè)脫漿水的處理等，并用于回收淀粉酶和聚乙烯醇。5.7.2微孔濾膜簡稱MFM【32】，通常是由特種纖維素酯或高分子聚合物制成的高度均勻的對稱微孔膜孔徑。推動力為靜壓差，屬篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)，它具有材質(zhì)薄濾速快，吸附少，化學(xué)及熱穩(wěn)定性好和無介質(zhì)脫落等優(yōu)點(diǎn)；在醫(yī)學(xué)微生物

36、學(xué)和分子生物學(xué)中用于檢驗(yàn)微生物，除去微粒；在電子工業(yè)中制備純水和光致抗蝕劑以及食品工業(yè)中用于消毒和澄清過濾等，可截留細(xì)菌、重金屬及其他固體懸浮物。5.7.3納濾膜【33】及其應(yīng)用納濾膜常用于水的軟化，水的脫色等凈化處理【34】。劉俏等用中空纖維聚砜超濾膜，對處理豆腐廢水過程中膜阻力的分布進(jìn)行了研究，預(yù)處理及超濾條件不同，其過濾阻力構(gòu)成也不同【35】。劉久清等以廢水回用為目的，研究了利用納濾膜處理含磷廢水的工藝方法，系統(tǒng)討論了進(jìn)料流量、操作壓力等因素對過程的影響，得出了合適工藝條件【36】。Vader Bruggen應(yīng)用幾種不同納濾膜對農(nóng)藥微污染地下水進(jìn)行研究。Riina Liikune應(yīng)用多種

37、納濾膜對經(jīng)臭氧化氯化鐵絮凝氣浮過濾處理后的地表水再進(jìn)行了納濾處理。在國外,納濾膜最大應(yīng)用市場的飲用水領(lǐng)域,主用于脫除三鹵甲烷中間體(THM)、異味、色度、農(nóng)、合成洗滌劑、可溶有機(jī)物、Ca、Mg等硬度成分。今國內(nèi)在此領(lǐng)域會逐步有較大突破。目前在飲用水域還主要使用與反滲透膜材質(zhì)相同的聚酰胺納濾。納濾膜另一個(gè)很有前途的應(yīng)用領(lǐng)域是環(huán)保和廢處理;納濾膜應(yīng)用開發(fā)較為熱門的一個(gè)領(lǐng)域是各醫(yī)藥、生化、食品、化工物料水溶液的分離、精制或縮過程。5.8電滲析在日本，電滲析技術(shù)發(fā)展較快，如電滲析殺菌法，旨在代替氯氣成為處理水的一種新型實(shí)用滅菌方法。在烴系膜領(lǐng)域，最近開發(fā)的工程塑料樹脂素材的高性能膜正推動廢酸回收再利用

38、技術(shù)的進(jìn)步；還有利用太陽能電滲析脫鹽等都為很好的發(fā)展方向【37】。張煒銘等用大孔樹脂吸附處理2，6-二羥基苯甲酸合成廢水【38】，汪建芳用離子交換膜電滲析法濃縮回收硫酸鈉溶液，證實(shí)其為理想新型處理方法【39】。王偉祖等研究了在分離不同醇水體系時(shí)交聯(lián)劑量對交聯(lián)殼聚糖膜分離性能的影響，并就交聯(lián)前后膜對體系的分離性能發(fā)生變化的原因進(jìn)行了探討【40】，張雷對大欽島電滲析苦咸水淡化工程運(yùn)行12年的狀況進(jìn)行了全面探析【41】。5.9液膜液膜分離法是一種集萃取與反萃取與一體的分離技術(shù)，在兩相間形成界面液相膜，利用物質(zhì)的選擇性滲透，使物質(zhì)達(dá)到分離或提純。液膜分離技術(shù)具有膜薄，選擇性高、傳質(zhì)速率大的特點(diǎn)，近年來

39、，在精細(xì)化工廢水回收可利用資源方面獲得了廣泛應(yīng)用，前景廣闊。馬國芳等用重差分相式液膜法提取了Cu+離子【44】，用并非為最佳萃取劑為載體，HSO為反萃劑，可達(dá)到理想效果，既保留了乳狀液膜的萃取和反萃取同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)，效率高，還不需要制乳和破乳，表面活性劑用量少，工藝簡化，易放大。5.9.1滲透蒸餾是等溫下的膜傳質(zhì)過程,具有常溫、常壓下操作及非揮發(fā)性組份透過率低的優(yōu)點(diǎn)。但是由于過程傳質(zhì)推動力小,傳質(zhì)速率低,處理量受到一定限制。在工業(yè)應(yīng)用中,通常需要與其它膜分離技術(shù)相配合,例如食品飲料行業(yè)中,對果汁和葡萄酒的濃縮;近年來還開發(fā)了滲透蒸餾與精餾技術(shù)集成的新1工藝,例如發(fā)酵液中醇的脫 。5.9.2滲透

40、蒸發(fā)也是分離液體混合物的一種新型膜分離技術(shù),其分離因子高,適用范圍廣,與傳統(tǒng)分離方法相比,污染小、,能耗低。可用于有機(jī)溶劑脫水,從水中脫有機(jī)物以及有機(jī)物之間的分離。尤其對傳統(tǒng)方法不能分離的物系,如共沸物、近沸點(diǎn)物的分離極為有效。但是滲透蒸發(fā)過程通量小,在應(yīng)用上有一定的局限性,單獨(dú)使用常常是不經(jīng)濟(jì)的,甚至是不可行的,而與傳統(tǒng)分離方法如精餾、吸附、吸收等過程集成,會集各個(gè)過程的優(yōu)點(diǎn)并充分顯示出該新型膜分離技術(shù)的優(yōu)越性,例如用于乙醇脫水、異丙醇脫2,3水、甲基叔丁基醚(MTBE)產(chǎn)物等物系的分離。滲透蒸餾還可以與其它過程的集成比如與精餾過程的集成，與反應(yīng)過程相結(jié)合以及與吸附過程的集成?！?5】5.1

41、0透析膜【32】利用膜兩側(cè)的濃度差從溶液中分離出小分子物質(zhì)的過程稱為透析。目前，透析膜通過分子量以下低分子物質(zhì)不能透過蛋白質(zhì)能除去尿素肌酸，尿酸等尿中毒素，工業(yè)上曾利用透析從人造毛和合成絲廠的纖維素中回收。5.11在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用環(huán)境問題是當(dāng)今世界所面臨的重大問題之一，在環(huán)境污染中，工業(yè)廢水的污染影響最大，所以，研究工業(yè)廢水處理方法顯得尤為重要，目前在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用非常廣泛。5.11.1有機(jī)合成工業(yè)廢水的處理【42】有機(jī)合成工業(yè)廢水過去大多采用先濃縮再焚燒或濕式空氣氧化的處理方法，現(xiàn)采用納濾膜法使有機(jī)合成工業(yè)廢水中的有機(jī)物得到有效濃縮與脫鹽與過去的方法相比較具有操作成本低能耗低，且無

42、再次污染環(huán)境的問題。例如公司設(shè)計(jì)安裝的膜設(shè)備，每套設(shè)備每天可處理有機(jī)合成工業(yè)廢水，其滲透液再經(jīng)簡單生物處理即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。5.11.2含鈾廢水的處理【43】李民權(quán)等人【44】對于鈾礦山和鈾礦水冶廠所產(chǎn)生的含鈾廢水，采用乳化型液膜處理，在含鈾廢水中加入石灰乳可除去鈾的衰變子體，如鐳等，待澄清后，將上部清液轉(zhuǎn)為硝酸體系并與等體積的乳化型液膜在混合澄清槽以中混合，混合澄清槽串聯(lián)形式連接新液膜，從槽的混合室下部加人從槽的澄清室上部流出，而新的含鈾廢水從槽的混合室上部加人與液膜逆流而行，最后從槽的澄清室下部流出，經(jīng)液膜處理后的一回水含鈾量從降至限八收的鈾經(jīng)活化后可做核材料使用達(dá)到回收鈾和保護(hù)環(huán)境的雙重

43、效果。5.11.3含氰廢水的處理【45】氰化鈉是一種劇毒物質(zhì)，黃金生產(chǎn)電鍍，工業(yè)及化肥工業(yè)等都會產(chǎn)生含氰污水，常規(guī)的污水處理法如堿性氯化法，不能回收氰化物空氣吹脫法和電解法能耗大，酸性吸收法以設(shè)備投資高，腐蝕性強(qiáng)，處理后的廢液難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。采用液膜法除氰效率高，并能回收氰化物連續(xù)逆流萃取一次處理后即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)處理工的膜且可重復(fù)使用。5.11.4高濃度凹印擦版油墨廢水的處理【46】對油墨廢水先進(jìn)行機(jī)械預(yù)分離去除較大的顆粒物質(zhì)將分離后的淡液送人超濾裝和置進(jìn)行分離。利用膜對水小分子量物質(zhì)的選擇性透過能力將油墨渣和其它有機(jī)類的。物質(zhì)分離掉清液經(jīng)調(diào)整后可直接回用于生產(chǎn)，而濃縮液和預(yù)分離的濃縮液一起

44、濃縮干燥成為含水率低于的干油墨渣可供綜合利用。經(jīng)多次循環(huán)的清液還可通過反滲透裝置定期加以分離和再生出水仍可回用實(shí)現(xiàn)了無廢水排放的閉路循環(huán)。5.11.4含酚廢水【47】經(jīng)過液膜可脫酚技術(shù)處理后的含酚水，酚的含量控制在10-6g/l以下，脫除率達(dá)99.9%以上，而用溶劑萃取共縮聚和吸附脫酚等方法處理后的含酚水，酚的含量仍在10-3一10-4g/l。（17）5.11.5海水淡化膜應(yīng)用現(xiàn)狀及最新進(jìn)展【48】國外已有多套日產(chǎn)水量為10萬噸級以上的反滲透海水淡化裝置，目前正在運(yùn)行的大型卷式膜海水淡化裝置的單機(jī)能力多為日產(chǎn)水量6000t。國內(nèi)目前建成的反滲透海水淡化裝置的規(guī)模為日產(chǎn)水量350-2500t。河

45、北建設(shè)的日產(chǎn)水量18000t的“亞海水”脫鹽裝置是國內(nèi)最大的使用海水淡化膜的反滲透裝置。今后國內(nèi)海水淡化膜的應(yīng)用會進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期。日本的三家膜公司已開發(fā)出可耐9.0MPa以上壓力的海水淡化膜,使用此膜,日本的水處理工程公司已在西班牙建造了水回收率高達(dá)60%的兩段反滲透海水淡化裝置。目前在日本福岡,已開始建設(shè)日產(chǎn)58000t的高回收率反滲透海水淡化裝置。美國海德能公司已開始在大型飲用水項(xiàng)目上,提供對硼離子有高脫除率的海水淡化膜。5.11.6印染廢水【49】膜分離技術(shù)處理印染廢水主要是通過對廢水中的污染物的分離、濃縮、回收而達(dá)到廢水處理目的的,改變了以前廢水處理過程復(fù)雜、污染嚴(yán)重、,能耗高的局面,

46、使印染廢水處理相對簡單、無二次污染,而且能回收可再利用物質(zhì),具有節(jié)能、無相變、設(shè)備簡單、操作方便等特點(diǎn)。5.12最新應(yīng)用開發(fā)動向進(jìn)行以水處理為主的膜材料及膜研究,如大通量、高表面積的反滲透膜研究、界面縮聚法制備納濾膜活性層的方法;大通量高選擇性氣體分離膜研究;二氧化碳分離、有機(jī)廢氣處理的研究;從水中分離有機(jī)物的高選擇性膜研究和有機(jī)物/有機(jī)物分離膜研究;另外還有膜過程在環(huán)境保護(hù)及治理、水資源再生、燃料電池隔膜的理論和應(yīng)用研究;具有更好耐酸堿、耐熱、耐壓、耐有機(jī)溶劑性能、抗氧化、抗污染性能和易清，洗性能的高聚物膜、無機(jī)膜和生物膜材料;結(jié)合多種膜過程優(yōu)點(diǎn)的集成膜過程;取代反滲透和蒸發(fā)工藝的膜蒸餾過程

47、等。六 其他分離技術(shù)6.1變壓吸附技術(shù)高壓吸附可用于分離氣體混合物并制取純氣體,它是利用特定的吸附劑對各種氣體吸附能力的差異進(jìn)行氣體分離的。適用氣源廣,產(chǎn)品純度高,工藝簡單,節(jié)能效果顯著,可在常溫和在較寬的壓力范圍內(nèi)操作。原化工部西南化工研究院對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了卓有成效地研究,已成功地應(yīng)用在從合成氨馳放氣、焦?fàn)t煤氣中回收純氫氣;從含一氧化碳混合氣中制取純一氧化碳;合成氨變換氣脫碳;天然氣凈化提純甲烷;濃縮乙烯空氣分離制取富氧和純氮等工業(yè)生產(chǎn)過程中,取得了驕人的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益【5】。6.2機(jī)械分離方法的節(jié)能問題6.2.1新型機(jī)械分離裝置的開發(fā)在現(xiàn)代工業(yè)中 ,離心分離技術(shù)【50】已越來越重要。這

48、不僅由于離心機(jī)和其它分離機(jī)械相比,可得到含濕量低的固相和高純度的液相,而且具有減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件,并具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動遙控、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著能源、環(huán)保和生物醫(yī)藥工程的發(fā)展,更促使了我國離心分離技術(shù)的迅速發(fā)展。以沉降式離心分離機(jī)為例,這種機(jī)器多數(shù)為皮帶驅(qū)動方式,但因?yàn)榛剞D(zhuǎn)體大,所以選擇適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)能產(chǎn)生相當(dāng)大的節(jié)能效果,對于標(biāo)準(zhǔn)處理量為7m3·h-1的裝置,當(dāng)使用直接起動方式驅(qū)動時(shí)需要22kW的馬達(dá),而使用液力變速器和離心離合器起動方式時(shí),由于減少了起動負(fù)荷,所以只用15kW的馬達(dá)就足夠了【6】。6.2.2機(jī)械分離裝置的小型化在間歇操作中,由于能在很大程度上靈活地確定

49、操作壓力和分離時(shí)間,使之與被分離的物料相適應(yīng),因而對分離速度幾乎不產(chǎn)生影響,故多數(shù)情況下能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。在連續(xù)操作的情況下,被分離物質(zhì)在小型裝置中停留時(shí)間減少,分離時(shí)間變短,為了加以彌補(bǔ),就必須改變操作條件:通過增加壓力、改善物料預(yù)處理方法等提高分離速度;或者通過降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度,使處理量做出某種程度的犧牲等。關(guān)于連續(xù)式離心過濾機(jī)的小型化問題,最近已有報(bào)道。6.2.3設(shè)備操作管理的優(yōu)化進(jìn)行機(jī)械分離時(shí),通過預(yù)處理來改善固液混合物的性質(zhì)和通過幾種機(jī)械分離方法的并用來提高工作效率,確定最佳的操作壓力、分離時(shí)間等工藝條件。如最佳過濾時(shí)間的確定。這些必須根據(jù)合理的設(shè)計(jì)方針和可靠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來把握,重要的是要充

50、分運(yùn)用以達(dá)到節(jié)能的目的。6.3蒸發(fā)操作的節(jié)能問題蒸發(fā)是從含有不揮發(fā)溶質(zhì)的稀溶液中脫除大量溶劑的最有效的分離方法,但同時(shí)需要消耗大量的加熱蒸汽,能耗較高。目前,蒸發(fā)操作采用的主要節(jié)能措施【7】如下 :6.3.1采用多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)的采用是蒸發(fā)操作節(jié)能的有效手段。采用多個(gè)蒸發(fā)器可以提高加熱蒸汽的利用率 (加熱蒸汽與蒸發(fā)水分量之比 D/W)。多效蒸發(fā)中,前一效的二次蒸汽 (低壓蒸汽)作為后一效的加熱蒸汽使用,故提高了加熱蒸汽的利用率,亦即提高了熱能的經(jīng)濟(jì)性,降低了能耗。6.3.2引出額外蒸汽在多效蒸發(fā)流程中,有時(shí)將某一效的二次蒸汽引出一部分作為其他加熱設(shè)備的熱源,只要二次蒸汽的溫位能滿足于其他加熱設(shè)

51、備的需要,引出額外蒸汽總是有利的,而且,引出額外蒸汽的效數(shù)越往后移,生蒸汽的利用率越高,越有利于節(jié)能。6.3.3利用冷凝水的熱量蒸發(fā)裝置消耗大量的加熱蒸汽,必產(chǎn)生大量的冷凝水。較高溫位的冷凝水可用于預(yù)熱原料液,或者采用熱泵式冷凝水回收裝置、汽壓罐式冷凝水回收裝置和密閉式高溫冷凝水回收裝置來回收熱能。6.3.4再壓縮二次蒸汽可利用機(jī)械壓縮和蒸汽動力壓縮的方法對二次蒸汽進(jìn)行再壓縮,使二次蒸汽溫度升高后重新作為加熱蒸汽使用,只需補(bǔ)充一定的能量,便可利用其大量潛熱,十分有利于節(jié)能。6.4泡沫分離法又稱氣浮法，是利用泡沫與水界面的物理吸附作用以表聚物形式去污凈水的方法世紀(jì)。20初泡沫浮選廣泛應(yīng)用于礦冶工

52、業(yè)，后來又被用于脫除廢水中的表面活性物質(zhì)（如表面活性劑蛋白質(zhì)酶等）和洗滌劑；提取可與表面活性劑絡(luò)合或鰲合在一起的物質(zhì)，如金屬離子；也可作為一種濃縮過程，對高濃度可生化性較差的表面活性劑廢水進(jìn)行處理；在生化制品領(lǐng)域中，還可以通過泡沫分離技術(shù)進(jìn)行病毒分離以及蛋白質(zhì)酶的提煉。6.5泡沫分離技術(shù)展望泡沫分離技術(shù)【51】是一種新型的分離技術(shù)，在化工，生化，醫(yī)藥，污水處理等領(lǐng)域，它的應(yīng)用和發(fā)展前景都十分廣闊，因此，對泡沫分離技術(shù)分離效率的影響因素及其影響程度的研究就顯得十分重要。為提高泡沫分離的效率，改善泡沫分離設(shè)備的性能，有關(guān)各種表面活性劑在氣液界面處發(fā)生分離的吸附機(jī)理以及吸附特性還有待于繼續(xù)研究，尤其

53、是吸附動力學(xué)以及表面活性物質(zhì)混合物的競爭吸附有關(guān)。吸附動力學(xué)和流體力學(xué)行為，目前還沒有統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型 此外，由于吸附而引起的溶液粘度等物性的變化，也可能會影響到泡沫排液和泡沫穩(wěn)定性，并對分離效率有顯著的作用，所有會影響聚并的因素也應(yīng)加以研究。單級半間歇及連續(xù)操作的泡沫塔的分離能力已有較詳細(xì)的論述，而多級逆流或錯(cuò)流模型還需進(jìn)一步考察。七 結(jié)語現(xiàn)代化工分離技術(shù)具有生產(chǎn)能力強(qiáng)、分離效率高、操作穩(wěn)定、節(jié)能降耗、投資回收期短、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。將高效導(dǎo)向篩板、新型高效填料和超臨界流體技術(shù)應(yīng)用在化工、環(huán)保領(lǐng)域,可以大大減少副反應(yīng)的發(fā)生、降低污染物的排放量,避免環(huán)境污染發(fā)生,達(dá)到綠色化學(xué)生產(chǎn)的目的。隨著人們

54、環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)和現(xiàn)代化工分離技術(shù)的不斷完善,相信現(xiàn)代化工分離技術(shù)將會在化工生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。以上僅對化工生產(chǎn)中混合物分離這一領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)作了一個(gè)粗略的介紹,化工生產(chǎn)中其它領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)、新工藝正在不斷地涌現(xiàn),如新型催化劑的研究應(yīng)用、新設(shè)備的研制應(yīng)用、新材料的研究應(yīng)用等。筆者認(rèn)為,任何新技術(shù)開發(fā)成功,關(guān)鍵在于工業(yè)化應(yīng)用。因此,應(yīng)加強(qiáng)化工工程、設(shè)備的開發(fā)研究,使新技術(shù)能迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,節(jié)約能源,增加效益。在生產(chǎn)上的應(yīng)用,應(yīng)根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況,對各種新技術(shù),進(jìn)行詳細(xì)分析比較。參考文獻(xiàn)【1】武昊宇.多組分熱偶精餾的節(jié)能設(shè)計(jì)與優(yōu)化R&D。青島:青島科技大學(xué),20

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