第二章　分离提纯技术

第一节　分离提纯与精细化工

分离技术的应用已有长久的历史，我国古代就在酿酒、制糖工业中采用了蒸馏、结晶等分离技术。几百年来，分离技术经历了手工作坊和单元操作两个阶段，其在有机合成、石油炼制、冶金、食品以及制药工业中逐渐形成了蒸馏、吸收、萃取、吸附等传统的分离单元操作。精细化工的发展、石油产品的深加工以及煤化工等促进了分离提纯技术的不断发展，传统的分离方法不断改进完善，新的分离方法不断出现。

一、作用及目的

分离技术在各应用学科领域中起着非常重要的作用。在全部化工生产中几乎没有一种不需经过分离处理而能得到产品的工艺过程。据统计，石油化工的总投资至少有一半，有的甚至高达90％是用在分离装置上的，其所消耗的能量也往往占总能耗的绝大部分。例如，在聚乙烯生产过程中，精制所消耗的能量占总能耗的94％；在醋酸生产中，精制所消耗的能量更高，为总能耗的98％。同样在精细化学品生产过程中，虽然生产方法各异，但都有中间产物和产品的分离与精制等过程。现代分离技术对于治理现代化工业带来的“三废”、防止环境污染已取得长足进展。如泡沫吸附分离技术用于多种工业废水的处理并取得了良好效果。

随着现代工业的发展和科学技术的进步，人们对分离技术提出了越来越高的要求，促进了分离理论及技术基础理论的研究，并逐步掌握了分离理论及技术的规律，建立了接近于实际情况的数学模型，各种新的现代分离技术不断涌现，形成了崭新的现代分离学科。

什么是分离？根据各种分离技术的共同特点，可以说分离是一种方法或技术。借助这种方法或技术可以把一种混合物至少分成相对组成不同的两种产物。一般来讲，分离的目的是使原混合物中某一种或几种组分的相对浓度在其分离产物中有所提高。依据欲分离组分在原溶液中的浓度不同，用下述三个概念以示区分：①富集，对浓度（摩尔分数）小于0.1组分的分离；②浓缩，对浓度（摩尔分数）处于0.1～0.9范围内组分的分离；③纯化，对浓度（摩尔分数）大于0.9组分的分离。该区分方法完全是人为的，但目前已被人们所接受。分离混合物必须经过某种特殊的过程，供给必要的能量。

二、分离提纯基本工艺过程

一个分离过程通常由原料、产物、分离剂及分离装置组成。原料是待分离的混合物，它可以是单相或多相体系，但至少含有两个组分；产物为分离所得的产品，它可以是一股，也可以有多股，其组分彼此不同；分离剂为加到分离装置中使分离过程得以实现的能量或物料，也可以两者并用，如蒸汽、冷却水、吸收剂、萃取剂、机械功、电能等；分离装置是分离过程得以实施的必要设备，是一个特定的装置。分离过程可用图2-1简示。

图2-1　分离过程示意图

三、分类

由于现有的分离方法很多，因而对分离技术进行分类的方法也有多种：有根据分离的主要传质过程特点进行分类的；有从工程技术实用角度进行分类的；有根据分离度概念及其一般数学表达式的特点进行分类的；也有按被分离物的性质进行分类的。本书则按分离过程原理区分为机械分离和传质分离两大类。

机械分离是在分离装置中利用机械力将两相混合物相互分离的过程，分离时物相间无物质传递发生。常见的机械分离过程有过滤、沉降、离心分离、旋风分离及静电除尘等。

传质分离过程可以在均相或非均相混合物中进行，在均相中有梯度引起的传质现象发生，在非均相中两物相间有传质现象发生。传质分离过程又分为平衡分离过程和速率控制分离过程两类。平衡分离是依据被分离的各组分在平衡相中组成不同的原理而进行分离的过程，如精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等；速率控制分离是依据被分离组分在均相中的传递速率差异而进行分离的过程，如利用溶液中分子、离子等粒子的迁移速度或扩散速度的不同来进行分离。膜分离技术是近十几年来研究较多、发展较快的一种速率控制分离过程。