传质分离过程

传质分离过程 圖片來自中国

传质分离过程均相混合物分离的单元操作。名词定义：一类以质量传递为主要理论基础、用于各种均相混合物分离的单元操作。

目录

产生过程

早在公元前，人们就知道从矿石中提取金属和从植物中提取药物的方法，这些是传质分离过程最早的应用。在近代化学工业的发展过程中，传质分离过程起了特别重要的作用。例如：经传质分离制得纯净的氮氢混合气,使合成氨的工业生产成为可能;将原油分离制得各种燃料油、润滑油和石油化工原料，后者是石油化工的基础；同样，没有分离提纯制得高纯度的乙烯、丙烯、丁二烯、氯乙烯等单体，就不可能生产出各种合成树脂、合成橡胶和合成纤维。几乎没有一个化工生产过程是不需要对原料或反应产物进行分离和提纯的。用来作为传质分离装置的高耸塔群是化工厂最醒目的标志，而且传质分离过程的应用不限于化学工业的范围，例如核工业用各种分离方法提取核燃料，并对其废弃物进行后处理。可以说在现代生活中，从航天飞机到核潜艇、从生物化工到环境保护，都离不开对混合物的分离。

分类

按物理化学原理，工业常用的传质分离操作可分为平衡分离过程和速率分离过程两大类：

平衡分离过程

借助分离媒介（如热能、溶剂和吸附剂），使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。根据两相的状态可分为：①气（汽）液传质过程，如蒸馏、吸收等；②液液传质过程，如萃取；③气（汽）固传质过程，如吸附、色层分离、参数泵分离等；④液固传质过程，如浸取、吸附、离子交换、色层分离、参数泵分离等。

平衡时组分在两相中的浓度关系，可以用相平衡比（或分配系数）Ki表示：

式中yi和xi分别表示组分i在两相中的浓度。对于x和y相的命名,按习惯把吸收、蒸馏中的气相或汽相称为y相，把萃取中的萃取液作为y相。一般说,相平衡比取决于两相的特性以及物系的温度和压力。i和j两个组分的相平衡比Ki和Kj之比值称为分离因子αij：

在某些传质分离过程中，分离因子往往又有专门名称。例如：在蒸馏中称为相对挥发度；在萃取中称为选择性系数。一般将数值大的相平衡比Ki作分子,故αij大于1。只要两组分的相平衡比不相等（即αij≠1），便可采用平衡分离过程加以分离，αij越大就越容易分离。大多数系统的相平衡比和分离因子都不大，一次接触平衡所能达到的分离效果很有限，需要采取多级逆流操作来提高分离效果。为适应各种不同的系统以及操作条件和分离要求，要相应地使用多种不同类型的传质设备。

速率分离过程

在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异实现组分的分离。这类过程所处理的原料和产品通常属于同一相态，仅有组成上的差别。速率分离方法可分为：①膜分离，如超过滤、反渗透、渗析和电渗析等。②场分离，如电泳、热扩散、超速离心分离等。

膜分离与场分离的区别是：前者用膜分隔两股流体，后者则是不分流的。不同类型的速率分离过程，分别应用不同的设备，并采用不同的方法进行设计计算和操作控制。

技术展望

传质分离过程中的蒸馏、吸收、萃取等一些具有较长历史的单元操作已经应用很广，并进行过大量的研究，积累了丰富的操作经验和资料。但在进一步深入研究这些过程的机理和传质规律，开发高效的传质设备,研究和掌握它们的放大规律,改进设备的设计计算方法等方面，仍有许多工作要做。传质分离过程的能量消耗,常构成单位产品能耗的主要部分,因此降低传质分离过程的能耗，受到普遍重视。膜分离和场分离是一类新型的分离操作，在处理稀溶液和生化产品的分离、节约能耗、不污染产品等方面，已显示出它们的优越性。研究和开发新的分离方法，各种分离方法联合使用以提高效益，以及利用化学反应来进行分离等都是很值得重视的发展方向。