化工分离过程的开发及方法选择

1、化工分离过程的开发及方法选择 摘 要 本文根据作者多年经验，从化工分离过程的开发与方法和方法的选择两个方面探讨了作者对化工分离过程开发及方法选择的见解。 关键词 化学；化工分离；开发；方法 中图分类号o6 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）94-0109-02 1化工分离过程的开发与方法 开发基础研究、过程研究及工程研究三个因素组成了化工技术开发，而在化工新技术开发的三个关键环节中最主要的就是放大技术。放大技术有四种方法即：逐级经验放大、数学模型方法、参照类似工业装置放大和工程理论指导放大。 1.1逐级经验放大 逐级经验放大的方法是：先对过程进行小的试验，根据试验来确定相关

2、的反应条件和相应的设备，来满足理想的技术经济指标。小试验如果获得成功就进行规模再大一点的试验，来确定设备变大后的相关影响作用也就是放大效应，根据放大的效果再次进行放大到工业规模的大型设备。 1.2数学模型方法 数学模型方法结果的可靠性，取决于数学模型的合理性，而数学模型的合理性则取决于对过程的简化是否抓住了本质，得到了不失真的物理模型。所谓不失真，并不是要求模型与原过程在各方面都惟妙惟肖（如是这样，就无所谓简化），而是要求在所研究问题的方面，模型与原过程等效。因此，抓住研究过程的内在规律的特殊性，明确研究的目的性，是能否得到合理简化的物理模型的关键。如果模型方程可靠，就可由数学模型方法的结果直

3、接设计出大设备，不存在什么放大效应问题，与逐级经验放大方法相比，可以节省试验费用，缩短开发周期，结果比较可靠，所以是工程开发者试图遵循的。但是，数学模型法尽管在方法的逻辑上合理，从方法论上说也很科学，但在化工中的实际应用至今仍然有限。主要原因在于化工过程太复杂，可靠又合理简化的数学模型难以建立。 就传质分离操作而言，对于常用的蒸馏、吸收，已经达到了相当探度的认识，对于工程上广泛遇到的物系，其设计可以从基本物性和基础平衡数据出发进行，几乎不必进行实验，就可以完成设计。对于不熟悉的新物系，或希望开发的塔设备，一般也只要作下述的实验测定工作：1）平衡关系以及必要的热力学和传递物性的测定；2）板效率，

4、传质单元数或传质系数的测定。因相平衡热力学的迅速发展，开发出了一些比较可靠的关联式，使得相平衡的实测工作量可以大为减少。 总之，能否自觉应用正确的方法论和利用规律性知识作指导，开发的速度和效果将大不一样。 2化工分离方法的选择 随着社会科技水平的提高，化工分离的方法也越来越多，每中方法都有利有弊。分离工序的第一步就是进行方法的可行性研究，对方法进行合理选择，既要在技术上先进还要更加经济节能。以下的集中方法仅提供些准则，供大家参考。 2.1分离方法选择可行性 在对分离的方法进行选择的时候，第一个要考虑的就是这个分离方法能否可行。通过对分离方法的严格筛选，选出最好的方法。 如果一个方法在原理上完全

5、可行，能够满足我们的要求，我们也要看看进行这个反应所需要的条件，如：温度、压力等我们是否具备。比如丙酮和乙醚的分离操作，单单从两种物质的凝固点来看的话，我们运用升华干燥、浸取和逐区熔融的方法都可以进行两种物质的分离，达到我们的目的。但是他们的凝固点温度很低，如果选择这个方法的话，就得看看我们有没有低温制冷设备进行此次试验，如果没有设备还是不能选择这个方法。如果我们有了低温制冷设备，也要考虑一下成本是否较大，成本很高的话也是得考虑别的方法。所以，如果有多个分离方法可以选择的话，我们还是得多多比较，选择最经济、最合理的方法。 相同的一种原料，我们如果用不一样的方法进行分离提纯，得到产品的先后顺序和

6、纯度也不一样。比如丙二烯、丙烯和丙烷这三样物质的混合在一起来分离操作，采用蒸馏的方式进行分离，首先我们得到的是丙烯；采用萃取蒸馏的方法进行操作，加入极性溶剂，我们首先得到的就能够成为丙烷；采用萃取方法进行操作，我们加上跟丙二烯、丙烯和丙烷不溶解的极性溶剂，我们首先得到的将是丙二烯。由此看出，分离路线的选择也非常重要。 2.2分离过程类别的选择 通常情况下，我们把传质分离分成平衡分离过程和速率控制分离过程；也可以根据添加剂的不同成分，分成添加物质型分离过程和添加能量型分离过程两种。这几种过程都有自己的优点和缺点，我们可以进行合理选择。 如果考虑能量消耗的量大与量小，在进行多级分离过程时，我们应当

7、优先选择平衡分离过程，其次考虑速率控制过程。之所以这样选择是因为：多级速率控制分离的每一级试验中需要消耗的添加剂量大，而在平衡分离的试验中添加剂只需要加入一次。平衡分离过程中我们先运用能量添加型分离过程。因为物质添加型分离过程中添加的溶剂在试验的过程中可以再次利用。跟能量添加型的相比起来，需要消耗更多的能量。所以，在丙二烯一丙烯-丙烷分离时，我们先运用蒸馏，其次萃取蒸馏，最后选择萃取。当然，个别的分离试验操作只能够让我们选择多级分离过程。分离过程中有固态的分离，就会在生产中的连续性造成困难，只能用复杂的设备来处理。拿气固吸附作为例子，如果运用固定床吸附的时候我们一定要考虑到吸附剂的动态吸附平衡，应当使用复套固定床的生产流程线，但是这个也仅仅能够对混合物中低浓度组分的分离。 2.3物性与分子性质 利用萃取和吸收操作进行分离的原理就是同一种溶质在不同的溶剂中的溶解度不同。更深层的原因就是分子的偶极矩或分子间的化学反应平衡和极化强度的大小，从结晶的过程看，在大的方面表现出来的是溶解度的大小不同，其实是因为各个分子聚集能力的不同，跟分子的大小、形状和所带的电荷有很大关系。 3结论 化工分离过程是一个复杂的过程，方法有很多，在选择方法时既要考虑原理上的合理，还要考虑成本的降低