分离技术综述

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1、现代分离技术综述分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科，随着社会的发展，对分离技术的要求越来越高，不但希望采用更高效的节能、优产的方法，而且希望所采用的过程与环境友好。正是这种需求，推动了人们对新型分离技术不懈的探索。近十余年来，新型分离技术发展迅速，其应用范围已涉及化工、环保、生化、医药、食品、电子、航天等领域，不少技术已趋成熟。本文对分子蒸馏技术、膜分离技术、超临界萃取技术、新型生物膜技术进行综述。1、分子蒸馏技术1.1分子蒸馏过程技术的基本原理分子蒸馏(moleculardistillation)是指在高真空的条件下，液体分子受热从液面逸出，

2、利用不同分子平均自由程差导致其表面蒸发速率不同，而达到分离的方法[1]。分子分离过程如图1所示，经过预热处理的待分离料液从进料口沿加热板自上而下流入，受热的液体分子从加热板逸出。由于冷凝和蒸发表面的间距一般小于或等于蒸发分子的平均自由程，逸出分子可以不经过分子碰撞而直接到达冷凝面冷凝，最后进入轻组分接收罐。重组分分子由于平均自由程小，不能到达冷凝板，从而顺加热板流入重组分接收罐中，这样就实现了轻重组分的分离[2]。图1分子蒸馏过程1.2分子蒸馏过程理论的研究国内外许多学者在过去几十年里，尝试建立了两种不同方法来研究分子蒸馏过程。一种是蒸发系数法，即把各种阻力对分子蒸馏速率的影响

3、归纳于参数蒸发系数E，但是由于在某种条件下得到的E值并不能用于另一种条件下的分子蒸馏速率的预测，所以采用该方法研究分子蒸馏并无太多的现实意义。另一种方法是数学模型化法，即对分子蒸馏过程各个阶段产生的阻力进行研究，分别建立数学模型并求解，计算出分子蒸馏的速率。ReesGJ[3~4]针对离心式分子分馏器从传质传热机理出发，建立了一维数学分析模型，提出了蒸发面温度、液膜厚度与蒸发速率相关联的有限元方程，从微观方面分析了分子蒸馏过程。M等[5]用高质量流量下膜理论描述了静止式分子蒸馏器液体内部传递过程对液相温度和组成分布的影响，理论和实验结果取得了一致。对于分子蒸馏过程的二维数学模型的

4、研究，目前还具有很大的局限性。主要是因为模型假设条件的一个基本前提是：液膜流动必须为充分发展的稳态层流，因此在高Re数下对模型的求解是非常困难并且无法实现的。B等[6]对降膜式分子蒸馏器建立了相应的二维模型并且模拟计算，与实验数据对比良好。NguyenAD等[7]对刮膜式分子蒸馏器的边界条件进行了一定的简化和假设，忽略液膜内部的温度梯度与径向浓度梯度变化，只考虑了轴向液膜组成的变化，建立了质量衡算方程并求解。实际上迄今为止，由于刮膜分子蒸馏器内液膜传质传热的研究仍然是一个难点。我国分子蒸馏技术的研究起步较晚，50年代末期，国内引进分子蒸馏生产线，用于硬脂酸单甘油酯的生产，但由于

5、软、硬件技术不配套及其他各种原因，许多装置均在搁置。国内有些研究单位进行了实验室装置研究，但未见工业化应用的报道。总之，我国的分离技术有了很大的发展，但总体水平，尤其是工业化水平与发达国家相比，差距较大，急需在生产技术、工业组件、制造、示范装置的建立等方面统一协调，组织攻关，以求短期内我国的分离技术在工业应用上走上一个新台阶。1.3分子蒸馏过程技术的应用与展望分子蒸馏过程技术作为近年来发展起来的一种新型的分离技术，在国内的工业化应用处于刚刚起步阶段。由于分子蒸馏设备为高真空设备，一次性投资大，连续化生产能力低，目前主要应用于高附加值产品的制造与加工。随着分子蒸馏过程技术研究的不

6、断深入和发展，应大力加强各企业单位与高校之间的广泛技术交流与合作，向节能与高效的方向开发设计分子蒸馏设备，深入研究过程机理，揭示其规律性，从理论与实践两方面结合使分子蒸馏过程技术不断完善和发展，推动工业化的应用进程，以便带来更好的社会效益和经济效益。1、膜分离技术2.1膜分离技术的基本原理膜分离技术是一种使用半透膜分离方法[8]，其分离原理是依据物质分子尺度的大小，借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级提纯和富集，从而达到分离、提纯和浓缩的目的。现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离

7、、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等，其中在食品工业中常用的有微滤、超滤和反渗透三种。图2膜分离过程示意图2.2膜分离技术的特点膜分离技术具有如下特点[9]:（1）膜分离技术是一种节能技术，膜分离过程不发生相变化。（2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离过程，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品分离、浓缩、精制等。（3）膜分离技术适用分离范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级等都有其用武之地，其关键在于选择不同的膜类型。（4）膜分离技术由于只是以压力差作为驱动力。