新型分离技术在化工生产中的应用

摘要：本文主要介绍了膜分离技术、超临界萃取技术、分子蒸馏技术、耦合分离的技术原

理及应用

关键词：化工分离、分离工程、膜分离、萃取、吸附分离

引言：化工分离技术是化学工程的一个重要分支, 任何化工生产过程都离不开这种技术，

原料的精制、中间产物以及产品的分离提纯、废气废水的处理等等，都离不开化工分离技术。化工分离技术应用领域广泛、分离要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。精馏、萃取、吸收、吸附等都是传统的化工分离技术，无论是技术还是应用方面都发展得很成熟。然而，随着基础工业和高科技的发展，分离技术越来越面临着新的挑战：石油、天然气、煤炭等资源的不可再生要求分离过程必须充分得利用资源，降低能耗；迅速发展的生物医药工程对产品纯度、活性等指标的限制对分离技术提出了更高的要求；由环境保护意识的增强提出的各种废弃物排放限制越来越严格也给分离技术带来了难题；此外新材料的开发、食品工业和天然资源综合利用等领域的迅速发展也对分离技术提出了更高的要求。所有这些需求都推动了人们对新型化工分离技术的探索。

正文：

国内外对分离技术的发展十分重视，但由于应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。按机理划分，可大致分为五类，即：生成新相以进行分离（如蒸馏、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）；用固体试剂进行分离（如吸附、离子交换）和用外力场或梯度进行分离（如离心萃取分离、电泳）等。现在运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有超临界流体萃取技术、分子蒸馏技术和膜分离技术。

1超临界流体萃取技术及其应用

超临界流体萃取是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对目标组分进行萃取和分离的新型技术，其原理是利用流体（溶剂）在临界点附近区域（超临界区）内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动来实现分离的。 超临界流体具有一系列重要的性质：

1）超临界流体相当粘稠，其密度接近于液体，具有较大的溶解能力；

2）超临界流体的扩散系数比液体大23个数量级，其粘度类似于气体，远小于液体。这对于分离过程的传质极为有利，缩短了相平衡所需时间，大大提高了分离效率，是高效传质的理

想介质；

3）具有不同寻常的、巨大的压缩性，使得压力的微小变化将会引起流体密度和介电常数的很大变化。

由于二氧化碳具有无毒、不易燃易爆、廉价、临界压力低、易于安全地从混合物中分离出来，所以是最常用的超临界流体。相对于传统提取分离方法（煎煮、醇沉、蒸发浓缩等）具有以下优点：萃取效率高、传递速度快、选择性高、提取物较干净、省时、减少有机溶剂及环境污染、适合于挥发油等脂溶性成分的提取分离。 1.1 超临界流体萃取技术特点

1）由于在临界点附近，流体温度或压力的微小变化会引起溶解能力的极大变化，使革取后溶剂与溶质容易分离。

2）由于超临界流体具有与液体接近的溶解能力，同时它又保持了气体所具有的传递性，有利于高效分离的实现。

3）利用超临界流体可在较低温度下溶解或选择性地提取出相应难挥发的物 质，更好地保护热敏性物质。

4）萃取效率高，萃取时间短。可以省却清除溶剂的程序，彻底解决了工艺繁杂、纯度不够、且易残留有害物质等问题。

5）萃取剂只需再经压缩便可循环使用，可大大降低成本。

6）超临界流体萃取能耗低，集萃取、蒸馏、分离于一体，工艺简单，操作方便。 7）超临界流体萃取能与多种分析技术，包括气相色谱、高效液相色谱、质谱等联用，省去了传统方法中蒸馏、浓缩溶剂的步骤。避免样品的损失、降解或污染，因而可以实现自动化。 1.2 超临界流体技术之应用 1）中药制药

中药有效成分、有效部位的提取。利用超临界二氧化碳萃取技术来提取丹参、干姜、木香、姜黄、莪术、牡丹皮等中药中的有效成分，一步即可取得，含量一般可达50%，最高可达90%。 中药新药的生产。柴芩菊感冒胶囊、口疮泰软胶囊等都是以多种中药材为组成成分，通过超临界二氧化碳萃取技术萃取而获得。

中药的二次开发或浓缩回收。超临界二氧化碳萃取分离改良复方丹参片、心痛宁滴丸的分离技术，使得药品有效率明显提高。 2）农产品加工

由于超临界流体萃取技术在农产品加工中的应用日益广泛，已开始进行工业化规模的生产。例如：原西德、美国等国的咖啡厂用该技术进行脱咖啡因；澳大利亚等国用该技术萃取啤酒花浸膏；欧洲一些公司也用该技术从植物中萃取香精油等风味物质，从各种动物油中萃取各种脂肪酸，从奶油和鸡蛋中去除胆固醇，从天然产物中萃取药用有效成分等等。迄今为止，超临界二氧化碳萃取技术在农产品加工中的应用及研究主要集中在五大方面：

第一，农产品风味成分的萃取，如香辛料、果皮、鲜花中的精油、呈味物质的提取； 第二，动植物油的萃取分离，如花生油、菜籽油、棕橱油等的提取；

第三，农产品中某些特定成分的萃取，如沙棘中沙棘油、月见草中(一亚麻酸、牛奶中胆固醇、咖啡豆中咖啡碱的提取；

第四，农产品脱色脱臭脱苦，如辣椒红色素的提取、羊肉嬗味物质的提取、柑桔汁的脱苦等； 第五，农产品灭菌防腐方面的研究。

2分子蒸馏技术

分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，在极高真空下操作。它是根据不同物质其分子运动有不同的平均自由程这一物理特性而达到分离的目的，因而能使液体在低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。

由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护了热敏物料的品质。与常规蒸馏相比，具有明显地优点：分离程度比常规蒸馏的高，蒸馏压强极低，蒸发温度低，受热时间短等。 2.1 分子蒸馏技术的主要特点

1）分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的；

2）分子蒸馏是在很低的压强下进行操作，一般为×10-1Pa数量级(×10-3托数量级)，可使物料避免氧化受损；

3）物料受热时间短，避免了因受热时间长造成某些组分分解或聚合的可能； 4）分子蒸馏的分离程度更高，能分离常规蒸馏不易分开的物质； 5）无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全的产物；

6）可进行多级分子蒸馏，适用于较为复杂的混合物的分离提纯，产率较高； 7）特别适合于不同组分分子平均自由程相差较大的混合物的分离； 8）更适用与对热敏感、产物附加值高的粘性物料； 9）可与超临界流体技术和膜分离技术等配合配套使用。 2.2 分子蒸馏技术之应用

分子蒸馏技术主要在农产品加工中应用广泛，且工艺日趋成熟。 1）天然维生素E的浓缩精制

为避免植物油加工过程中维生素E的损失，通常采用直接提取法，即脱胶、脱酸后进行分子蒸馏，制得的Ⅶ浓缩物可以达到药典指标。对油脂脱臭馏出物中的天然维生素E的进行浓缩精制，成品有机农药残留很低，安全f生和氧化稳定性提高，成品附加值很高。

2）高碳脂肪醇的精制

二十八烷醇等高碳脂肪醇因对人体具有众多生理活性而倍受人瞩目，若应用分子蒸馏精制，可有效地避免溶剂残留，工艺过程简单，操作安全可靠，自动化程度高。

3）风味物质的获取

分子蒸馏技术尤其适用于易挥发的风味物质。目前已经成功地应用涂膜式分子蒸馏技术和降膜式分子蒸馏技术从果汁、山核桃、奶酪、扇贝及调味大料油等香辛料中分离获取了香