分離技術綜述

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1、現(xiàn)代分離技術綜述分離技術是研究生產過程中混合物的分離、產物的提取或純化的一門新型學科，隨著社會的發(fā)展，對分離技術的要求越來越高，不但希望采用更高效的節(jié)能、優(yōu)產的方法，而且希望所采用的過程與環(huán)境友好。正是這種需求，推動了人們對新型分離技術不懈的探索。近十余年來，新型分離技術發(fā)展迅速，其應用范圍已涉及化工、環(huán)保、生化、醫(yī)藥、食品、電子、航天等領域，不少技術已趨成熟。本文對分子蒸餾技術、膜分離技術、超臨界萃取技術、新型生物膜技術進行綜述。1、分子蒸餾技術1.1分子蒸餾過程技術的基本原理分子蒸餾(moleculardistillat

2、ion)是指在高真空的條件下，液體分子受熱從液面逸出，利用不同分子平均自由程差導致其表面蒸發(fā)速率不同，而達到分離的方法[1]。分子分離過程如圖1所示，經過預熱處理的待分離料液從進料口沿加熱板自上而下流入，受熱的液體分子從加熱板逸出。由于冷凝和蒸發(fā)表面的間距一般小于或等于蒸發(fā)分子的平均自由程，逸出分子可以不經過分子碰撞而直接到達冷凝面冷凝，最后進入輕組分接收罐。重組分分子由于平均自由程小，不能到達冷凝板，從而順加熱板流入重組分接收罐中，這樣就實現(xiàn)了輕重組分的分離[2]。圖1分子蒸餾過程1.2分子蒸餾過程理論的研究國內外許多學者

3、在過去幾十年里，嘗試建立了兩種不同方法來研究分子蒸餾過程。一種是蒸發(fā)系數法，即把各種阻力對分子蒸餾速率的影響歸納于參數蒸發(fā)系數E，但是由于在某種條件下得到的E值并不能用于另一種條件下的分子蒸餾速率的預測，所以采用該方法研究分子蒸餾并無太多的現(xiàn)實意義。另一種方法是數學模型化法，即對分子蒸餾過程各個階段產生的阻力進行研究，分別建立數學模型并求解，計算出分子蒸餾的速率。ReesGJ[3~4]針對離心式分子分餾器從傳質傳熱機理出發(fā)，建立了一維數學分析模型，提出了蒸發(fā)面溫度、液膜厚度與蒸發(fā)速率相關聯(lián)的有限元方程，從微觀方面分析了分子蒸

4、餾過程。M等[5]用高質量流量下膜理論描述了靜止式分子蒸餾器液體內部傳遞過程對液相溫度和組成分布的影響，理論和實驗結果取得了一致。對于分子蒸餾過程的二維數學模型的研究，目前還具有很大的局限性。主要是因為模型假設條件的一個基本前提是：液膜流動必須為充分發(fā)展的穩(wěn)態(tài)層流，因此在高Re數下對模型的求解是非常困難并且無法實現(xiàn)的。B等[6]對降膜式分子蒸餾器建立了相應的二維模型并且模擬計算，與實驗數據對比良好。NguyenAD等[7]對刮膜式分子蒸餾器的邊界條件進行了一定的簡化和假設，忽略液膜內部的溫度梯度與徑向濃度梯度變化，只考慮了軸

5、向液膜組成的變化，建立了質量衡算方程并求解。實際上迄今為止，由于刮膜分子蒸餾器內液膜傳質傳熱的研究仍然是一個難點。我國分子蒸餾技術的研究起步較晚，50年代末期，國內引進分子蒸餾生產線，用于硬脂酸單甘油酯的生產，但由于軟、硬件技術不配套及其他各種原因，許多裝置均在擱置。國內有些研究單位進行了實驗室裝置研究，但未見工業(yè)化應用的報道?？傊覈姆蛛x技術有了很大的發(fā)展，但總體水平，尤其是工業(yè)化水平與發(fā)達國家相比，差距較大，急需在生產技術、工業(yè)組件、制造、示范裝置的建立等方面統(tǒng)一協(xié)調，組織攻關，以求短期內我國的分離技術在工業(yè)應用上走

6、上一個新臺階。1.3分子蒸餾過程技術的應用與展望分子蒸餾過程技術作為近年來發(fā)展起來的一種新型的分離技術，在國內的工業(yè)化應用處于剛剛起步階段。由于分子蒸餾設備為高真空設備，一次性投資大，連續(xù)化生產能力低，目前主要應用于高附加值產品的制造與加工。隨著分子蒸餾過程技術研究的不斷深入和發(fā)展，應大力加強各企業(yè)單位與高校之間的廣泛技術交流與合作，向節(jié)能與高效的方向開發(fā)設計分子蒸餾設備，深入研究過程機理，揭示其規(guī)律性，從理論與實踐兩方面結合使分子蒸餾過程技術不斷完善和發(fā)展，推動工業(yè)化的應用進程，以便帶來更好的社會效益和經濟效益。1、膜分離

7、技術2.1膜分離技術的基本原理膜分離技術是一種使用半透膜分離方法[8]，其分離原理是依據物質分子尺度的大小，借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質和溶劑進行分離、分級提純和富集，從而達到分離、提純和濃縮的目的?，F(xiàn)已應用的膜過程有反滲透、納濾、超過濾、微孔過濾、透析電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾膜反應器等，其中在食品工業(yè)中常用的有微濾、超濾和反滲透三種。圖2膜分離過程示意圖2.2膜分離技術的特點膜分離技術具有如下特點[9]:（1）膜分離技術是一種節(jié)能技術，膜分離過

8、程不發(fā)生相變化。（2）膜分離過程是在壓力驅動下，在常溫下進行分離過程，特別適合于對熱敏感物質，如酶、果汁、某些藥品分離、濃縮、精制等。（3）膜分離技術適用分離范圍極廣，從微粒級到微生物菌體，甚至離子級等都有其用武之地，其關鍵在于選擇不同的膜類型。（4）膜分離技術由于只是以壓力差作為驅動力。