分離技術(shù)綜述

《分離技術(shù)綜述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、現(xiàn)代分離技術(shù)綜述分離技術(shù)是研究生產(chǎn)過程中混合物的分離、產(chǎn)物的提取或純化的一門新型學(xué)科，隨著社會的發(fā)展，對分離技術(shù)的要求越來越高，不但希望采用更高效的節(jié)能、優(yōu)產(chǎn)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(shù)不懈的探索。近十余年來，新型分離技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用范圍已涉及化工、環(huán)保、生化、醫(yī)藥、食品、電子、航天等領(lǐng)域，不少技術(shù)已趨成熟。本文對分子蒸餾技術(shù)、膜分離技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)、新型生物膜技術(shù)進(jìn)行綜述。1、分子蒸餾技術(shù)1.1分子蒸餾過程技術(shù)的基本原理分子蒸餾(moleculardistillation)是指在高真空的條件下，液體分子受熱從液面逸出，

2、利用不同分子平均自由程差導(dǎo)致其表面蒸發(fā)速率不同，而達(dá)到分離的方法[1]。分子分離過程如圖1所示，經(jīng)過預(yù)熱處理的待分離料液從進(jìn)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(jīng)過分子碰撞而直接到達(dá)冷凝面冷凝，最后進(jìn)入輕組分接收罐。重組分分子由于平均自由程小，不能到達(dá)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(nèi)外許多學(xué)者在過去幾十年里，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(shù)法，即把各種阻力對分子蒸餾速率的影響

3、歸納于參數(shù)蒸發(fā)系數(shù)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(yù)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(shù)學(xué)模型化法，即對分子蒸餾過程各個階段產(chǎn)生的阻力進(jìn)行研究，分別建立數(shù)學(xué)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(zhì)傳熱機(jī)理出發(fā)，建立了一維數(shù)學(xué)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(guān)聯(lián)的有限元方程，從微觀方面分析了分子蒸餾過程。M等[5]用高質(zhì)量流量下膜理論描述了靜止式分子蒸餾器液體內(nèi)部傳遞過程對液相溫度和組成分布的影響，理論和實驗結(jié)果取得了一致。對于分子蒸餾過程的二維數(shù)學(xué)模型的

4、研究，目前還具有很大的局限性。主要是因為模型假設(shè)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(shù)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(yīng)的二維模型并且模擬計算，與實驗數(shù)據(jù)對比良好。NguyenAD等[7]對刮膜式分子蒸餾器的邊界條件進(jìn)行了一定的簡化和假設(shè)，忽略液膜內(nèi)部的溫度梯度與徑向濃度梯度變化，只考慮了軸向液膜組成的變化，建立了質(zhì)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(nèi)液膜傳質(zhì)傳熱的研究仍然是一個難點。我國分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚，50年代末期，國內(nèi)引進(jìn)分子蒸餾生產(chǎn)線，用于硬脂酸單甘油酯的生產(chǎn)，但由于

5、軟、硬件技術(shù)不配套及其他各種原因，許多裝置均在擱置。國內(nèi)有些研究單位進(jìn)行了實驗室裝置研究，但未見工業(yè)化應(yīng)用的報道?？傊?，我國的分離技術(shù)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(dá)國家相比，差距較大，急需在生產(chǎn)技術(shù)、工業(yè)組件、制造、示范裝置的建立等方面統(tǒng)一協(xié)調(diào)，組織攻關(guān)，以求短期內(nèi)我國的分離技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上走上一個新臺階。1.3分子蒸餾過程技術(shù)的應(yīng)用與展望分子蒸餾過程技術(shù)作為近年來發(fā)展起來的一種新型的分離技術(shù)，在國內(nèi)的工業(yè)化應(yīng)用處于剛剛起步階段。由于分子蒸餾設(shè)備為高真空設(shè)備，一次性投資大，連續(xù)化生產(chǎn)能力低，目前主要應(yīng)用于高附加值產(chǎn)品的制造與加工。隨著分子蒸餾過程技術(shù)研究的不

6、斷深入和發(fā)展，應(yīng)大力加強(qiáng)各企業(yè)單位與高校之間的廣泛技術(shù)交流與合作，向節(jié)能與高效的方向開發(fā)設(shè)計分子蒸餾設(shè)備，深入研究過程機(jī)理，揭示其規(guī)律性，從理論與實踐兩方面結(jié)合使分子蒸餾過程技術(shù)不斷完善和發(fā)展，推動工業(yè)化的應(yīng)用進(jìn)程，以便帶來更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。1、膜分離技術(shù)2.1膜分離技術(shù)的基本原理膜分離技術(shù)是一種使用半透膜分離方法[8]，其分離原理是依據(jù)物質(zhì)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(xué)位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級提純和富集，從而達(dá)到分離、提純和濃縮的目的?，F(xiàn)已應(yīng)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

7、、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾膜反應(yīng)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(shù)的特點膜分離技術(shù)具有如下特點[9]:（1）膜分離技術(shù)是一種節(jié)能技術(shù)，膜分離過程不發(fā)生相變化。（2）膜分離過程是在壓力驅(qū)動下，在常溫下進(jìn)行分離過程，特別適合于對熱敏感物質(zhì)，如酶、果汁、某些藥品分離、濃縮、精制等。（3）膜分離技術(shù)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(guān)鍵在于選擇不同的膜類型。（4）膜分離技術(shù)由于只是以壓力差作為驅(qū)動力。