新型分离技术-第一章-前言课件

新型分离技术

NovelSeparationTechniques苏延磊Tel:27890882E-mail:suyanlei@大量的销毁问题奶粉，有无回收的可能性？分离技术：物理、化学、物理化学的手段。分离过程：分离装置和分离剂。分离工程：工业规模。为什么研究分离过程？化工过程中，分离方面的投资占50-90％。能耗占绝大部分。过程工业的重中之重：节能减排1.分离技术的地位与作用分离技术在化工过程工业中的基础地位。分离技术在日常生活中的作用。分离技术在环境保护中的作用。分离技术在人类健康中的作用。分离技术在能源再生与利用方面的作用。开发利用煤层气不仅可从根本上防止煤矿瓦斯事故的发生、还可变害为宝，把煤炭开采过程中产生的煤层气有效利用，增加洁净的气体能源。开发利用煤层气可以有效减排温室气体、改善大气环境。据联合国统计，我国每年因采煤向大气排放的甲烷气体达190亿立方米，约占我国工业生产甲烷排放量的1/3，已引起国际社会的普遍关注。变压吸附法采用变压吸附法是让吸附质在较高压力下进行吸附操作，然后降低压力使吸附质脱附，用部分产品气作为脱附冲洗气。吸附过程是在压力下进行的，再生冲洗一般在常压下进行。变压吸附具有能耗低、脱附时间短、操作方便等优点，但其产品回收率比较低，只有40%～50%，因为吸附层中存在空隙，吸附时空隙中贮存的产品气体在脱附阶段被排放而损失掉，而且还需要用部分产品气做冲洗之用。

燃烧脱氧法

燃烧的方法脱氧较为彻底，可以将含氧量降到0.5%以下。可缺点是设备比较复杂，在燃烧过程中还会增加原料气中的CO2、CO、SO2以及H2S的含量。煤层气通常含CO2很少，仅0.2%～0.5%，有的完全不含硫化物，可以用分子筛在脱水的同时就把CO2脱除。如果采用燃烧法脱氧，脱氧以后，又需要增加一套复杂的脱CO2、硫化物的醇胺脱酸设备，不仅增加了设备投资、增加了能耗，而且使操作更加不便，也不适合在煤矿采用。

低温分离法低温分离法的原理是先将气体混合物冷凝为液体，然后再按各组分蒸发温度的不同将它们分离，是最适合含氧煤层气分离的方案。分离的产品纯度最高；其次比较安全，分离过程在低压和低温下进行，不容易产生燃烧和爆炸；第三，这种方案最经济，因为要想生产液化天然气，就必须把原料气的温度降到甲烷液化温度，在降温的过程中进行低温分离，可以同时分离和脱除氧、氮，不需为脱除氧、氮增加额外的能耗。

2007年，北京赞成国际投资公司、中科院理化技术研究所和山西阳煤集团达成协议，共同开展日处理4300立方米煤层气工业装置实验。双塔实验装置于2007年7月建成。

“8月4日上午，进行了第一次联合调试。氮气压缩机启动了，透平膨胀机开始预冷。晚上8时许，煤层气实验设备的冷箱及分离塔的温度降到了零下170摄氏度以下，开始向塔内送入甲烷含量为35%的含氧煤层气；晚上10时，甲烷塔开始积液。装置中的液体甲烷浓度分析显示仪显示的甲烷浓度逐渐升高，当浓度稳定地显示达到100%时，在场的试验人员欢呼起来……这样一种全新的试验装置，能在第一次联调就调试出合格的液化天然气产品….”

（1）科学发展与探索的需求。（2）资源利用与清洁生产的需求。（3）生态环境保护的需求。2.分离技术开拓与发展的必要性2.1古代分离技术

晒盐、酿酒、吸附（活性炭）、中药的浸取等都是古老的分离技术。2.3未来的分离技术节能（氢能、核能、风能、太阳能等）。环保（水的循环再利用，三废的资源再生等）。仿生（每个动物、每珠植物、每个微生物、每个细胞都是完美的分离体系）。和谐、生态化等。3.分离过程的分类（1）机械分离：场致分离。（2）传质分离：平衡分离和速度控制分离。（3）反应分离：借助化学反应、生物分解反应、电化学分解反应、光分解反应等。世界最轻固体气凝胶：耐高温防炸弹将改变世界

2007年08月21日

07:20

新浪科技

气凝胶俗称“冷冻烟雾”，将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。有很好的隔热能力，还能吸收象原油一样的污染物。它由一位美国化学家于1931年在打赌时发明出来，但早期的气凝胶非常易碎和昂贵。直到10年前美国宇航局开始对这种物质感兴趣，并让其发挥更为实际的用途，这种材料终于走出了实验室。

美国宇航局喷气推进实验室公布新闻公告说，气凝胶主要由二氧化硅组成。在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液态溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器中烘干，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构，最终获得空气比重占99.8%的气凝胶。1999年美国宇航局给其星尘(Stardust)号探测器装备了一种塞满气凝胶的“棒球手套”，用于捕捉彗星尾部的尘埃。2005年，该探测器满载尘埃样本返回地球。2002年，美国宇航局创立的阿斯彭气凝胶公司用气凝胶为人类首次登陆火星时所穿的太空服研制保温隔热衬里，宇航员登陆火星预定于2018年进行。

卡纳茨迪斯已经研制出一种新型气凝胶，用于除去水中的铅和水银。其它形式的气凝胶可吸附溢出的油。可以用它来处理一些环境灾祸。“4.1膜分离技术膜分离是人们所掌握的最节能的物质分离和浓缩技术之一。净化水给水20世纪60年代，诞生非对称醋酸纤维素反渗透膜，实现大规模海水淡化。20世纪70~80年代，超滤、气体分离进入工业实用。20世纪80~90年代，渗透汽化实现工业化。20世纪90年代，膜萃取、膜吸收、膜蒸馏进入化工领域。近几年，膜促进传递、膜反应器、膜传感器、膜式燃料电池、控制释放等迅速发展。膜过程的应用领域（１）分离纯化（气气分离，气液分离，气固分离，液固分离）。（２）控制释放（医药和农药的缓释，治疗装置）。（３）膜反应器（化学和生物反应器，生物传感器，免疫隔离）。（４）能量转换（燃料电池隔膜，电解器隔膜，固体电解质膜）。4.2基于传统分离方法的新型分离技术（1）超临界萃取技术具有节能、无污染、可在温和条件下完成的分离技术。近二十年来，被用于石油、医药、食品、香料等工业过程。（2）双水相萃取提出酶和蛋白质等生物制品，20世纪60~70年代发展的。（3）液膜萃取于1968年提出，1987年开展工业化尝试。（4）分子蒸馏是在高真空下进行的蒸馏过程，具有温度低、受热时间短、分离程度高特点，适合分离高分子量、黏度大及热稳定性差、易氧化的物质。（5）泡沫分离。（6）磁分离等。4.3膜与传统分离方法的结合（耦合与集成技术）（1）膜萃取、膜吸收、膜蒸馏。（2）精馏与渗透汽化集成技术。已经用于无水乙醇工业化生产，产品纯度高，节约投资40~80%。（3）错流过滤与蒸发技术集成。1998年Mobil炼油厂采用膜技术与蒸发技术结合，提高了润滑油产率25%，运行成本为常用技术的1/3。（4）膜渗透与变压吸附集成技术。大规模生产N2具有竞争力，特别是生产35%O2和95%以上的N2，比较经济。（5）催化反应与蒸馏集成技术。（6）酯化反应-渗透汽化集成技术。（7）膜基化学吸收集成技术。5.选择分离技术的一般原则（1）选择的基本依据（物理化学性质、力学性质、目标产物的价值与处理规模等）。（2）工艺的可行性与设备的可靠性。（3）过程的经济性（效率与效益）。分离的基本依据分离过程得以进行的关键因素是混合物中目标产物与杂质的性质差异。物理性质：（1）基本物理性质：分子质量、分子大小与形状、溶点、沸点、密度、蒸气压、渗透压、溶解度、临界点。（2）力学性质：表面张力、摩擦因子。（3）电磁性质：分子电荷、电导率、电离电位、分子偶极矩、极化度、磁化度。（4）传递特性参数：迁移率、离子淌度、扩散系数、渗透系数。化学性质：分配系数、平衡常数、解离常数、反应速率、配合常数等。抗生素替代品的制备随着抗生素使用越来越泛滥，造成大量耐药菌种的变异和传播，使得很多价格低廉、曾经疗效显著的多种抗生素，已经对许多患者起不到治疗的效果。由于治不好病，医师只能更新品种并加大剂量，客观上却进一步加重了抗生素滥用的情况。

噬菌体抗菌肽溶菌酶贵过钻石的抗菌肽

抗菌肽具有良好的抗真菌、抗病毒、抗肿瘤的作用。最直接的开发利用方法是通过大量养殖，利用昆虫发育快、繁殖量大的特点，提取大量抗菌肽。由于技术方面的原因，目前提取和分离过程较复杂。如果利用基因工程人工合成，在体外重组和表达抗菌肽基因，则代价更为高昂。现有技术提纯的“抗菌肽”成本已超过钻石的价格。如何进一步发明新的提取和分离技术，已成为“抗菌肽”研发的又一主攻方向。

从水母中分离的具有抗氧化活性的蛋白及其应用获国家发明专利

由中国科学院海洋研究所李鹏程研究员等完成的“从水母中分离的具有抗氧化活性的蛋白及其应用”，2007年7月4日获国家发明专利授权。

/html/Dir/2007/08/22/15/28/02.htm

2007年8月22日分离步骤为：将水母绞碎细胞破碎后，加入磷酸缓冲溶液中，2-6℃浸泡0.5-2h；转速10000-20000rpm，离心10-30min，取上清液；磷酸缓冲溶液二次浸取，转速10000-20000rpm，离心10-30min；合并两次离心的上清液；用凝胶过滤层析法，将合并的上清液分离，得到两类水母蛋白；它们属于天然抗氧化剂，抗氧化活性高，能够抑制超氧阴离子自由基(O2-)、羟自由基(OH)的产生，防止红细胞因过氧化氢氧化溶血和肝脂质过氧化。

该发明具有如下优点：一是抗氧化活性高。水母蛋白抗氧化活性高，可作为抗衰老药物的药源，同时也为天然食品添加剂的研制提供新途径。二是无毒害。水母蛋白属于天然抗氧化剂，对人、畜均无毒害。三是生产成本低。水母蛋白利用了水母这种丰富的海洋生物资源，为水母这种低值资源获得高值化发展提供了新的途径。

活性氧自由基对机体具有巨大的损伤作用，如会引起蛋白质损伤、酶失活、膜质过氧化，导致衰老、肿瘤、动脉粥样硬化等许多疾病的发生。水母蛋白结构新颖独特，具有多种生物活性，如酶活性、影响离子运转，抗氧化活性等。我国水母资源丰富，从海南岛、广东、山东，一直到辽宁沿海均有分布。对水母蛋白进行研究，使水母这种低值生物资源获得