化工分离方法
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化工分离方法范文第1篇
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0133-02
分离工程是化学工程专业的一门重要专业课程，是研究化学工业和其他化学类型工业生产中混合物的分离与提纯的一门工程学科，是建立在高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学等课程知识基础上的一门必修课程[1，2]。随着化工行业的迅速发展，分离工程在现代化学工业及相关工程领域中的应用越来越重要，高校的培养目标也由最初的单纯掌握教材知识转化为能够应用专业知识解决实际工程问题。这就要求教学目的要逐渐转化为应用与实践，摒弃“填鸭式”教学，引导学生主动掌握知识，培养学生的兴趣并自主发现解决问题。由于化工分离工程课程的实践性非常强，所涉及到的化学工程领域知识较多且杂，甚至有一些经验性的知识内容，新装置、新设备的不断涌现对高校教学提出了更高的要求，因此改传统专业课的教学模式、加强分离工程教学改革与实践、锻炼学生解决实际问题的能力显得尤为重要。围绕这一目标，本文探讨了在教学内容、教学方法改革、教学与实际结合等方面的一些尝试。
一、教材选择和内容安排
随着时代和技术的发展，化工分离工程课程的知识也在更新，学术内容越来越丰富多彩，因教学课时的限制，不能面面俱到的全部涉猎，因此教材的合理选择和教学内容的安排对提高本门课程的教学效果十分重要。近几年，化工分离工程的教材出版较多，重点内容如相平衡关系、多组分精馏、特殊精馏、多组分萃取、分离设备性能和效率、分离过程节能等传统知识基本都被涵盖在内，但一类侧重于工艺过程的学习，另一类借鉴国外教材，侧重于讲解理论知识[3]。新型分离技术由于发展较快，侧重点各有不同。综合考虑教材、学生基础以及实验室条件等因素，选择了陈洪钫、刘家w主编的卓越工程师教育培养计划系列教材《化工分离过程》第二版。该教材第一版1995年出版，在众多高校沿用20余年，2014年再版，该书对原有基础知识做了更优的安排，将陈旧技术进行了删除，修改增加了符合时展的新型分离技术；对教学内容也进行了新的安排，更容易让学生接受，课后主动去探讨问题的解决方法，提高教学效果。
针对这本教材，笔者在教学过程中对该课程的教学内容主要讲解以下章节：（1）传质分离过程的介绍。（2）单级平衡过程章节中介绍相平衡、物料衡算和传递速率的介绍。主要讲解相平衡关系、相平衡常数的计算、泡露点计算和绝热闪蒸。（3）多组分多级分离过程分析与简捷计算中介绍设计变量计算、多组分精馏、萃取精馏、反应精馏、间歇精馏的简捷计算。（4）多组分多级分离的严格计算章节中介绍平衡级理论模型、三对角矩阵法以及新型软件等知识，偏向实际问题的应用。（5）分离设备的性能和效率。（6）分离过程的节能。（7）新型分离技术和过程继承。针对以上7个主要章节进行讲解，按照课时要求精心设计教案，增加更多的实例讲解，深入浅出，在课堂上抓住学生的兴趣点和好奇心，逐步提高学生对概念的理解和对公式应用能力的把握。
二、教学方法改进
课堂教学是化工分离工程专业课程的重要环节，各种典型的单元分离操作知识在此课程的先修课程中都接触过，如蒸馏、吸收等操作，深入系统的讲解典型的分离单元操作，使学生在能力上提高是本课程教学的关键。这就要求任课教师能利用各种教学方法调动学生的积极性，激发学生扩展已有知识，对实际反应物系、多远组分物系中的复杂问题进行探讨学习，如对比理想物系与真实物系、二元组分精馏与多组分精馏之间的区别，理论板数与进料比如何变化等问题[4]。重点对多组分物系进行介绍，提高学生对实际问题的处理能力，对泡露点计算、闪蒸计算、设计变量的计算、MESH方程的建立与求解以及多组分多级分离的严格计算，都进行详细的讲解，同时让学生根据自己的需求查阅相关文献资料，建立课堂讨论组，重点讨论通过学习后，在文献中仍然不理解的问题，提高学生的学习兴趣与动力，促进专业技能的培养。另外，结合工厂的实习，加强学生对化工分离工程理论的感性认识。本门课程学习前，学生已经进入工厂进行了认识实习，对实际生产过程有了一定的了解。通过实习，学生也增强了学习比较抽象的课堂知识的热情。任课教师通过针对典型的分离工艺制订详细的实习方案，让学生带有目的的去学习，既能开阔视野，又能增长知识。对实际生产过程中所遇到的一些典型问题，有针对性的了解学习，互相讨论研究解决方案。如有学生在学习了分离原理后对工厂塔原料反应有了浓厚兴趣，并结合软件进行一些数据的模拟，找出自己所学理论知识与实际应用中所需知识的差距；对现有工艺提出一些改造建议，极大地锻炼了学生处理实际问题的能力，也为后续的化工专业实验、毕业环节、工作等打好了基础。
三、教学与研究相结合
在教学过程中，教师结合自己的科研工作，把结合教材知识的实际应用内容传授给学生，对学生提高能力，甚至是考研都有一定的引导作用。对学生来说，最有吸引力的课程是教材中超临界萃取、膜分离等新兴分离技术，教师在实验室进行演示实验（合成气转化费托反应合成长链烷烃及烯烃），由于实验为气体转化为清洁燃料课题，气体产汽油让学生产生了好奇，便于引导学生课后查阅文献，提高专业知识。在分离检测方面给学生提供充足的支持，各种气相、液相产品经过分离后进行色谱检测，通过演示实验以及学生自己动手实践，以便对分离技术有更深的了解，并能扩展视野，从理论可行、经济可行等角度考虑实际问题，达到提高专业水平的目的。
四、考核方式的完善
对化工分离工程课程的考核，一般采用考试成绩与平时成绩相结合的方法，但平时成绩常常是由出勤、课堂作业成绩以及课堂表现组成，忽视了学生在课外时间对知识的学习。针对这一问题，将学生进行分组，要求学生将课后从技术原理、特点、研究进展、技术展望等方面查阅文献，以小组为单位形成报告，并在平时成绩中提高报告分数的比例。
这种考核方式有利于学生积极主动地进行化工分离工程课程的学习，也锻炼了查阅文献、总结知识的能力，引导学生自主分析，了解科技发展现状，为以后进行科研工作或考研打下基础，提高综合素质。
五、结语
对化工分离工程课程进行教学改革，使本课程更好的适应当代本科生工程教育的特点和学科发展趋势。通过实施以上教学方式，强化学生对理论知识的理解和应用能力，激发兴趣，提高素质以应对实际工程问题。化工分离工程是一个不断发展的应用学科，在未来的教学工作中我们还将继续加深对分离工程的研究，及时发现并完善教学上能够改进的地方，培养满足社会要求的化工人才。
参考文献：
[1]中国工程教育认证协会(筹)秘书处.工程教育认证工作指南(2013版)[Z].
[2]陈洪钫,刘家w.化工分离过程[M].北京:化学工业出版社,2014.
[3]曾.《化工分离过程》教学中提高学生工程能力的探索研究[J].广州化工,2014,13(42):216-217.
[4]曹平,李军,全学军.化工分离工程教学改革探索[J].广东化工,2012,39(11):199.
Reform and Exploration of Undergraduate Teaching in Chemical Separation Engineering
LV Peng1,2,XING Chuang1,2,GAI Xi-kun1,2,YANG Rui-qin1,2
(1.School of Biological and Chemical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China;
2.Zhejiang Province Key Laboratory of Agricultural Products Chemical and Biological Processing Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China)
化工分离方法范文第2篇
以化工原理为代表的化工原理系列课程是化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课中最重要的课程，起着由“理”及“工”承上启下的桥梁作用，其教学目的就是培养学生运用所学知识分析和解决化工单元操作中实际工程问题的能力。化工原理系列课程包括：理论课、实验课、生产或仿真实习和课程设计四个环节。其中化工单元操作过程设计方法、操作原理及其计算是理论课程教学的重要内容，而迅速准确地进行工程计算是课程设计的基础，所以组织好化工原理理论课程教学是落实化工原理整体教学的关键。目前，化工原理主要授课内容：流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离和固体流态化、传热、精馏、吸收、萃取、干燥等单元的基本概念、原理和工程计算方法，而通用过程模拟软件中几乎包括所有常见的化工单元基本模块，在讲课过程中，教师可以在讲授基本原理后，使用软件中的相关计算模块对其工作特性进行模拟展示。
东南大学化学化工学院肖国民、李浩扬[3]等，利用Fluent、Aspenplus软件应用于讲授和解决“三传”问题。其中利用Fluent软件，对固定床反应器进行动量模拟，结合反应动力学模型和对流传热模型等，研究反应器内一氧化碳与硝酸二乙酯偶联反应，从而获得反应器内速度、温度和各物质浓度的分布情况，模拟结果与实验数据吻合良好。这一过程给学生清晰的展示了：不仅固定床反应器内部的“三传”均和反应的进行程度相辅相成，而且若想准确计算、设计或优化一个单元操作过程，实验情况与计算模拟必须相互反馈，相得益彰。利用Aspenplus软件对二苯基甲烷二异氰酸酯换热器进行设计和工程开发，与传统的换热器设计计算方法相比，结果具有可靠性高、计算用时少、绘图快、和各专业集成效应强等优势。通过对甲醇—水精馏过程模拟，说明该软件可用于质量传递方面的计算。教学实践证明，该方法不仅可以全面反映塔内物料组成、质量分布状况等工艺计算结果，而且还可通过系统内置板式塔或填料塔的各种塔内件参数，得到塔结构详细设计，另外学生还可以通过改变模拟计算条件，综合考察各因素对分离效果的影响，便于教学。
中国石油大学（华东）化学工程学院刘相、王兰娟[16]利用软件：Mathcad、Aspenplus和AutoCAD与传统的课程设计相结合的教学方式，简化繁琐的计算过程，强化学生的工程意识和制图规范，使化工原理课程设计逐步走入规范化轨道。中国石油大学（华东）化学工程学院孙兰义，张月明[17,18]等，选择烯烃分离装置作为研究对象应用于化工原理课程设计教学之中，利用Aspenplus、ProII获得了最佳回流比、理论板数等重要数据，计算机教学的引入为化工原理课程设计教学注入了新的活力。江苏技术师范学院化学与环境工程学院张春勇，郑纯智[19]等利用Aspenplus软件在流体流动和输送机械、传热、精馏、吸收与脱吸中应用，在教学过程中使学生看到的都是工程实例，充分践行了理论联系实际这一教学原则。嘉兴学院生物与化学工程学院韦晓燕，谭军[20]等，山东科技大学化学与环境工程学院张治山、高军[21]等将Aspenplus过程模拟系统有目、有步骤地应用于化工原理系列课程教学，通过单元模型操作型问题、实际案例分析和课程设计三个阶段的训练，使学生加深对化工单元设计的理解，达到培养“知识”+“能力”型人才的目的。另外，北京石油化工学院化学工程系葛明兰，李翠清[22]等和安阳大学化工系李安林，张换平[23]等将ChemCAD软件应用与化工课程设计和简捷精馏模型，青海大学化工学院李晓昆，张宏[24]等将ECSS软件应用在板式精馏塔工艺计算中。华南理工大学化学与化工学院郑秀玉，李琼[25]还将过程模拟系统应用于化工仿真实习教学的改革与实践当中，取得了宝贵的教学经验。实际工程问题的解决方案通常是多方面因素综合，且呈非线性关系作用的结果，解答需要经过多次运算与讨论分析。如操作型计算，尽管与设计型应用的原理是一样的，但是因为思考问题的角度不同，使得此类问题复杂、灵活，综合条件的选择计算不是一次完成，而是需要多次试算，反复迭代，加之公式复杂，计算步骤繁多，计算量很大。模拟软件的应用是解决这类问题行之有效的捷径，既帮助学生加深了对各化工单元的认识与理解，又培养了他们解决实际工程问题的能力。
2在化学反应工程、分离工程教学中的应用
化学反应工程和化工分离工程皆为化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课程。其主要研究内容的共性为过程开发、工艺设计以及实际生产操作过程中遇到的工程问题。在化工生产过程中，化学反应是生产的核心，而分离过程则是其前的原料净化和其后的产品精制，一般来说分离装置的费用占总投资的70%以上。过程模拟系统中，基本上包含了教学过程中所包含的各式反应器模型，另外系统还集成了用户自定义模块，用户可根据实际需求二次开发反应器模块子程序。而对于化工分离过程的模拟无论是从可模拟介质的种类和塔器的形式上，还是从模拟结果的精度上，都堪称化工模拟技术发展的代表。如：在AspenPlus中用于模拟所有类型的多级汽-液、液-液平衡为例，其计算分为简捷、严格法两种。简捷法计算单元模块库有三类：简捷法精馏设计、简捷法精馏核算和石油简捷蒸馏。
严格法计算单元模块库有六类：严格精馏、复杂塔严格精馏、石油严格蒸馏、基于质量传递速率蒸馏、严格间歇蒸馏和严格液-液萃取，每一类单元模块库中又有多个以进料、加热器（冷凝器）和侧线物流等不同组合形式，如：严格精馏不仅可用于两相(汽-液)计算，还可用于三相(汽-液-液)计算，即可模拟：普通蒸馏、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精馏、平衡和反应比例控制蒸馏等工艺过程，而石油严格蒸馏库中就有近50种形式可选，所以过程模拟系统不仅可以满足化工分离工程课程主要内容的需要，而且对其后继石化、炼化等工艺课程，也有较大的帮助。天津科技大学王彦飞，朱亮等采用教学内容与AspenPlus软件相结合以提高教学质量，讨论环氧丙烷水解绝热连续搅拌釜式反应器模型的多解性，在课堂上非常快速直观的让学生清楚了解多定态现象以及产生的原因，有助于学生对反应过程的理解，并通过软件使用可以回答，“如果改变某些条件，那么对于结果有哪些影响？”这样的问题。南京化工职业技术学院化工系戴斌，徐宏利用化工过程模拟系统ChemCAD二次开发工具，在SO2转化反应器的工艺设计上，通过使用VBA语言编程，实现有复杂反应动力学方程的反应器工艺设计。变换不同的SO2转化工艺条件，计算得到与之对应的反应器体积，从而为装置技改、去瓶颈和优化提供依据。上海应用技术学院吴锡慧，郁平等对化学反应工程教学改革和实践，在实验中引入AspenPlus软件强化计算机应用，提高了学生们的设计和综合分析能力。该软件也正被学生用在大学生化工设计竞赛、毕业设计和科技创新等环节。
天津大学化工学院李士雨，齐向娟给出了应用ChemCAD模拟软件更新分离过程教学内容的初步方案包括：分离过程热力学、自由度分析的原理和方法、单级平衡和多级平衡模拟计算等。得出：无论从国内外化工分离过程教学内容的更新趋势上看，还是从工业界对分离过程教学内容需求的变化上看，在分离过程教学内容中增加计算机模拟分析方法是大势所趋。华东理工大学化工学院李伟，朱家文等采用模拟软件ProII在化工分离习题课上，同时改变热力学方法、闪蒸条件、压力等，完成不同条件下的多种闪蒸计算。进行丙烯精制塔精确计算可对塔操作参数进行多方案计算和比较，实现整体优化；通过调节操作参数实现产品的纯度和塔的能耗比较，在其之间建立量化概念，这对于思考许多分离基本问题是十分有益的。江苏石油化工学院朱建军、林西平等利用AspenPlus软件对醋酸与乙醇催化反应精馏塔进行模拟，回流比、进料组成、进料位置等对醋酸与乙醇收率的影响进行了分析，结果表明：运用AspenPlus软件可以有效、快捷、方便地模拟脂化反应精馏过程，结果可靠,精度高。江汉大学化学与环境工程学院吴宇琼将AspenPlus软件引入分离工程课程及实验教学中。通过演示软件操作录像、学习模拟经典实例等方法，使学生迅速掌握并使用软件，借此求解泡、露点及塔板数等。
广西大学化学化工学院秦祖赠，葛利等利用ProII对膨胀器的气体加工装置进行模拟，福建农林大学材料工程学院卢泽湘，范立维等利用AspenPlus对甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反应精馏工艺进行模拟，并进行教学演示和讲解。着重在混合物热力学性质的计算、多组分平衡分离过程计算上，真正做到了“严格计算”。同时指出软件对化工热力学、化工设计等课程的学习也会有较大的帮助，连续三年化工专业本科生对过程模拟系统的学习兴趣调查中“，学习兴趣强烈”的分别占到总人数：72.8%、83.2%、86.8%。将过程模拟系统应用于化学反应工程教学，避免了大量计算公式推导、复杂数值计算等问题，可以在少用课时的情况下，尽量全面地展示化学反应工程的核心内容。多组分多平衡级分离的严格计算，是设计分离设备和优化操作过程的必要计算手段，也是化工分离工程教学的主要内容。使用过程模拟系统，在进行MESH方程推导及基本算法介绍的同时，使得塔的精确计算和将热力学中相对独立的知识运用到具体的分离过程中，解决其工程实际问题成为可能，并且可以对塔的操作参数、分离要求和设备投资、运行费用等问题进行分析计算，极大地提高了学习的深度与广度，使学生更加主动积极，综合分析和解决实际工程问题的能力明显提高。
3结语
化工分离方法范文第3篇
【关键词】气相色谱 联用技术 石油化工分析 应用
随着科技的不断发展与进步，作为一项新的分离与分析技术，气相色谱法正迅速的被发展起来，这是一种选择性良好、灵敏程度高而且十分高效的、被广泛应用的一种仪器分析方法。最近几年来，根据气相色谱发展出来的连用技术是其中的一个重要领域，至于解决复杂的混合物时，多维色谱是最有效的手段。因此，气相色谱同其他选择性的检测仪器的联用就获得了人们的普遍关注，并得以快速发展和广泛应用。
1 气相色谱联用技术概述
1.1 气相色谱、原子吸收光谱的联用
气相色谱、原子吸收光谱三者的联用是最近几年来人们研究比较多的问题。气相色谱和原子吸收光谱的联用中所包含的有：火焰原子吸收和气相色谱的联用、石墨炉原子吸收和气相色谱的联用、电热原子吸收和气相色谱的联用等。其中电热原子吸收和气相色谱的联用方法是首选，一般使用程序进行升温。石墨炉原子吸收和气相色谱的联用技术在早期的研究中比较常用的一种手段，其具体的操作方法是将色谱的流出组分全部直接与加热点的火焰相接或直接送进喷雾器，前者能够让灵敏度有所提高，这是由于色谱流出组并没有经过喷雾器的稀释。
电热原子吸收和气相色谱的联用方法中，原子所吸收的石英原子化器是由T型的石英玻璃管组成的，两端都是开口的，管的外面缠的电阻丝是镍铬材质的，将石英管加热至600℃-900℃，将有机金属的化合物都分解。这种方法的优点在于石英管能持续工作，有良好的重现性，比石墨炉的灵敏度要稍低一些。它的缺点在于溶剂在某些时候的吸收峰会很大，无法用氘灯进行扣除，会对样品的测定与分离产生不必要的影响。除此之外，石英管经过一段时间的使用，需要进行清洗或更换。
石墨炉原子吸收和气相色谱的联用所得到的灵敏度会很高，所以使用的人很多。其缺点在于接口处的装置不具备良好的耐高温性能。除此之外，一般的石墨管可以使用的时限是10到15小时，而这种方法需要石墨管能在测定的过程中一直保持1500℃-2500℃的高温，其运行成本过高，且灵敏度会时间的增加而下降，石墨管的频繁更换，会让灵敏度发生改变和重复性变差的状况。
1.2 气相色谱和质谱的联用
质谱法的优点有较高的灵敏度和较强的定性能力，但是要想发挥其长处，进样就必须纯。除此之外，在定量分析时会较为复杂。而气相色谱法的特点则是高分离率和简便的定量分析，只是其在定性上能力较差，所以讲这两种方法进行联用，就能起到取长补短的效果，一般多用于对多组分混合物中的未知物进行鉴定。这种联用技术能够将化合物的分子结构准确的判定出，同时还能对未知组分的分子质量进行准确的测量，对色谱分析中的判断错误进行修正以及对部分分离或未分离的色谱峰进行鉴定等。
1.3 气相色谱和电感耦合等离子体质谱的联用
电感耦合等离子体质谱的优点有高灵敏度、低检出限以及足够宽的线性动态范围和可以同时进行多元素的测定等。但是如果在电感耦合等离子体质谱中将样品元素注入仪器，将会瞬间出现原子及离子化，无法得到任何与元素化学形态有关的信息。而将气相色谱拥有高分辨率、高效率以及较快的分离速度等优点，将气相色谱与其相结合，则能够在一定程度上解决感耦合等离子体质谱在分析化合物形态时所面对的这一问题，其意义十分重要。
1.4 气相色谱与原子发射光谱的联用
该种联用技术的基本原理为：通过微波在惰性气体中通过各种反应最终产生等离子体，而等离子体的电子温度很高。组分被从气相色谱中分离出来，然后进入到放电管里，样品在吸收能量后出现化学键断裂，并同时导致原子从基态变为激发态，而当原子从激发态因能力失去变回基态时，经过光栅对所发出的谱线进行分光，再用二极管或是光电倍增管来接受信号。
2 气相色谱联用技术在石油化工分析中的应用
随着科技的不断进步与发展，对原油的深加工以及重质化研究与应用也越来越深入，随之而来的就是硫、芳烃和氮在油品中的含量大幅增加，导致环境污染更加严重，特别是硫不但会导致空气污染和形成酸雨，同时还会对石油产品的稳定性造成严重的影响，并且在加工石油的过程中出现的催化剂中毒也是由其引起的，硫含量问题已经引起了人们的广泛关注。
我国在以前并没有对用高硫原油来制造优质石油产品的相关工艺进行太多的关注与研究，一般都是用进口而来的低硫原油来进行石油产品的生产，所以现在非常需要对用高硫原油来进行优质石油产品的生产工艺进行研究与开发。
气相色谱在石油化工行业里，可应用的范围非常广，其中包括石油勘探、加工、生产控制以及最后的产品质量等。其在石油化工的分析上已经呈现出一种自动化、标准化以及专用化的发展趋势。
气相色谱是进行油品中硫化物含量以及位置分布测定的最佳手段。而原子发射光谱检测器则具有灵敏度高、可选择性高以及对硫的影响不会因硫化物种类不同而出现变化等优点，同时该仪器还能利用多元素同步检测，来完成复杂基质中不同化合物的定性等。二者结合在一起，能够得到优势互补的效果，可以对石油化工分析中的汽油样品来源、汽油中硫化物的类型、柴油中硫化物的分布、脱硫时硫化物的变化、多元素蒸馏模拟、石油中的氧化合物、石油中的氮化合物、油品中有机金属化合物等方面进行测定、分析与深入研究。但是这些研究基本都是针对外国产品中的硫化物而进行的，对于国内的相关工艺和产品中存在的硫化物所进行的研究却非常少。所以，今后在相关联用技术上的研究，就要将重点放在国内，以帮助国内对于相关工艺与产品的研究可以顺利的进行。
3 总结
随着社会的发展与科技的进步，人们在气相色谱方面的研究也愈发的深入，如何让其灵敏度变得更高、如何让其具有更高的选择性、如何让其变得更加快捷方便等问题成为了人们研究的主要方向，新的方法不断被研究出来，新的分析难题也在不断的被解决，气相色谱的应用范围非常广，在石油化工分析方面的只是其中的一部分，相信在未来，这种技术一定会给人们带来更多的方便。
参考文献
[1] 赵阳.气相色谱的联用技术及其应用[J].生命科学仪器，2009（08）：56-58
[2] 何锦锋，唐丽永，王若谷.以气相色谱为基础的联用技术[J].广西质量监督导报，2008（10）：49-50
化工分离方法范文第4篇
关键词：分离工程;教学法;教学实践
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）41-0081-02
分离工程是高等教育化学工程及工艺专业最重要的专业基础课之一，是利用物理、化学或物理化学等基本方法与原理来研究共混物质分离与纯化技术，阐明分离工程的基本原理和应用的一门学科，该课程讲授了分离工程的基础理论、反正渗透、气体渗透与膜基吸收等技术。研究化工实际生产中复杂物系的分离和提纯技术，从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特点，了解分离过程的前沿技术，为以后学习专业知识及工作打下良好的基础。分离课程基础知识点多、理论性和你应用性强，课堂教学列举的实例与实际案例结合紧密，有助于学生全面了解本课程的知识体系，且分离工程日益在现代化工产业和与之相关领域工业中得到广泛的应用;在高等工科院校的专业课学时日益缩短的教学条件下，如何提高教学效果和教学质量、培养学生的创新能力和分析解决实际问题的能力就显得十分重要。本文结合《分离工程》课程教学实践探讨了提升教学效果的一些体会。
一、树立新型教学理念提高课堂教学质量
分离工程课程教学改革目标是树立新型教学理念，即制定出合理有效的教学方案：依托新的教学大纲，结合国内外最新的工艺、设备技术，借助具体工程实例突出重难点，研制出最优的分离工程课程多媒体课件，可以在多媒体主页面上简明地构建出各章节的课程内容、重点难点、具体生产实践的案例、课堂作业等，可增强学生对分离工程课程的理解，以期将学时短而基础知识繁多的教学内容从难教转变为易教，但由于多媒体课件的授课模式进行的速度快，学生的想象力得不到很好的发挥，课堂教学内容不容易体现出重难点。学生不容易跟上授课的进度的现象，拟采用将多媒体课件和板书结合起来进行课堂教学的方式，这样便于学生记录课堂笔记和积极主动地对所学的知识内容进行思考，达到提高教学质量的效果。随着社会的发展，新型分离技术已经逐渐涉及到环境保护、核能技术开发、生物技术和信息工程技术等行业;新型分离技术又将各种膜接触器分别融入到精馏、吸收、萃取和吸附技术中，新型色谱分离技术，电渗析技术，层析技术，分离耦合与集成技术等;教师在授课中可以充分利用多媒体课件将这些介绍给学生，使学生对分离技术的原理、单元设备、操作流程有了一个近似现场观摩的学习过程，因此对所学知识的理解及应用更为理性、全面;针对教学中重要的有难度的知识点，可以根据学生的不同特点分为不同的小组进行讨论，各抒己见，最后教师要进行归纳总结，肯定正确的，纠正错误的。这样既可以丰富课堂的教学内容，激发学生的求知欲和探索精神，课堂教学还应注重归纳总结，每节课的最后环节是对传授的内容进行总结，让学生明晰巩固教学内容，下次课堂教学的第一个环节就是回顾上次课的教学内容，加深了学生对理论知识的理解，学生学习起来思路清晰，更容易把课堂教学的知识点融会贯通起来。
二、注重实践教学，实验独立设课，开设开放性实验，提高基础实验水平
在实践教学中，为了实现培养优秀的复合型人才的目标，提高学生的个人综合素质，培养学生的基本实验技能和创造性思维能力，就需要充分发挥学生的主观能动性;教师首先制订出最优的实践教学计划，体现学生的主体地位;实践教学的教学形式有教学实验、课程设计、认识实习、社会调查、课外开放实验、实验技能竞赛等，根据实践教学计划来培养学生的基本实践技能和动手动脑能力。科学研究的重要方法就是实验，学生实践能力的培养来源于实验，实验教学又是实践教学中最重要的部分，结合分离工程课程实践性强的特点，化工分离工程课程中的实验独立设课就显得尤为重要，实验教学环节可以使学生更好地掌握分离工程的基本概念、工程方法、基本原理、工艺路线和机械设备，培养学生的基本实验操作能力，治学严谨、实事求是和一丝不苟的思维品质，提高学生独立实践创新能力和分析解决实际问题的能力，教师负责给出实验题目，例如基本型实验：离子交换分离法制备纯水、溶剂萃取法分离甲苯和苯胺、丙酮和1，2-二氯乙烷混合物的分馏和反应精馏法制取醋酸乙酯等，综合性试验：液液传质系数的测定、空气膜分离实验、喷雾干燥实验、渗透蒸发膜分离实验、多组分连续精馏分离实验、精馏塔理论塔板数的测定、浮选法分离矿物质、纸色谱法分离无机离子等;引导学生自己独立设计分离路线去对目标物质进行分离纯化，改变了传统的实验教学方式：教师一味地讲授实验目的、实验任务、实验路线，只是让学生被动地去验证实验结果;实现创新性、设计性、综合性的实验教学模式，使学生不仅巩固和理解理论教学内容，还可以充分地锻炼学生的实验技能和实验创新能力;同时可以积极地开设出分离工程实验课相关的一些实验项目作为开放性实验，创新性开放实验如青蒿素的提取分离、茶叶中咖啡因的微波提取法、红辣椒中红色素的分离、超临界二氧化碳流体萃取植物油、黄芩苷的提取分离和变压吸附等，学生可以根据自己的兴趣预约一些实验项目，让学生自己设计化工分离过程实验项目，然后独立（或找同学协作）来完成实验;给学生足够的实验学习机会，不但可以激发学生的学习兴趣，还可以强化学生的基本实验技能，提高学生的独立创新能力，实现学生基础实验水平和综合素质的提升。
三、采用科学合理有效的考核方式
化工分离工程课程传统的考核方式包含有平时成绩和期末考试成绩。平时成绩的考察基本又分为课堂表现和课程作业两方面。可能会造成学生平时不听课，考试的时候死记公式、盲目套用公式的情况，学生完全丧失了分析解决问题的能力，培养出来的学生不能满足社会生产的需要;结合多年的教学实践制定出切实可行的考核方案：考察方式分为课堂提问、大作业、口试与期末考试;在教学过程中充分发挥学生的主体地位，教师可以针对一些重难点教学内容及时设计问题随机提问学生，根据学生的回答情况给出一定的评价，既考察了学生的到课率又检验了学生对教师讲授知识的掌握情况;大作业主要是在学生每学习完一章节的重难点内容以后，教师及时布置一些理论知识与工厂实际相结合的题型，要求学生根据教师讲授的理论知识，同时查阅课本知识和文献资料后以小论文形式完成;口试主要安排在课程结课以后，教师根据教学大纲要求和讲授的教学内容，设计出包含名词解释、简答题和综合应用分析等题型，由教学经验丰富的教师参与口试考查，学生可以随机抽取作答，根据回答问题的情况给出成绩;因为采用口试来考察学生方式灵活而且知识覆盖面广，所以得到了学生的肯定;采用多种手段进行考察的目的在于考查学生是否掌握分离工程的基础知识，是否能够灵活运用教师讲授的内容，是否能从分离工程的角度去分析解决问题，教师根据学生上课情况、完成作业情况和口试结果的整体情况作为学生的平时成绩，占总评成绩的40%，根据学生的结课考试成绩作为期末考试成绩，占总评成绩的60%。这种课程考核方式改变了传统的高分低能式的解题式考核方式，克服了传统考核方式的弊端，培养了学生的创新能力和解决实际问题的能力，学生的综合素质得到了全面提高。
四、结束语
综上所述，在分离工程的课程改革中，教师要精心设计教案和课件、优化教学内容，不断丰富教学手段和教学方式，改进教学方法，完善和更新教学内容，提高课堂教学效果和教学质量，完善课程的考核方式，使分离工程课程的教学更加适应高层次人才培养的需要，教学实践表明教学效果良好。
参考文献：
[1]陈洪钫，刘家祺.化工分离过程[M].北京：化学工业出版社，1995.
[2]邓修，吴俊生.分离工程[M].北京：科学出版社，2002.
[3]叶庆国，徐东彦，钟立梅.多媒体与传统教学在分离工程教学中的结合[J].现代教育技术，2008，19（13）：52-54.
[4]刘国柱，王庆法，王莅.分离工程课堂教学中多媒体应用之我见[J].化工高等教育，2011，8（3）：56-58.
Exploration and Thought about Teaching of Separation Engineering
YANG Zheng-peng，ZHANG Chun-jing
（Institute of Materials Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo，Henan 454000，China）
化工分离方法范文第5篇
关键词：微板流控技术 色谱 检测
一、微板流控技术概述
微板流控技术是气相色谱一项新的应用技术。它是通过一块小板子上面有很小的管路，以实现气路连接、切换、反吹、分流等技术，可以把不需要检测或流出高沸点的组分反吹到柱子的进口，可以将一路色谱柱出来的组分分到多个检测器，实现同时检测不同的检测信号。
微板流控技术的中心切割功能允许实现简单的、快速的和精确的二维（2-D）GC分析。来自第一根色谱柱的感兴趣的色谱峰可以“切割”到具有不同固定相的另一根色谱柱上。这样，在第一根色谱柱上可能与被分析物共流出的化合物就在第二根色谱柱上得到了分离。气体流路和样品流路的变化是通过一个流量控制模块（PCM）来实现的。需要反吹时，还改变压力设置，使PCM压力大于进样口压力，色谱柱1的组分被反吹到进样口的分流出口放空[1]。
二、微板流控技术的意义
在复杂基质样品中，常常有化合物的峰重叠，不能实现完全分离或者不能与感兴趣的化合物分离，这些会对检测结果产生一定干扰。为了提高组分分离效果，保证检测数据的真实可靠性，分析人员必须完善分析方法。目前，常采用的技术有使用选择性检测器、增加样品处理步骤、选择较长的色谱柱、选择不同极性的色谱柱等等。但是，在长期实践中发现，这些方法均存在一定的缺陷，如会导致分析过程复杂化，分析成本太高，可能对色谱柱和仪器提出了更高的要求，对整个分析过程提出了苛刻的条件要求，这些均成为色谱分析中的技术难题，而微板流控技术的应用将是这一技术难题有效解决的良好途径。
微板流控技术不但具有传统阀切割技术切换、反吹功能，而且更具明显的优势，样品越复杂，其优势越明显。它能将目标组分“放大”，将重叠峰完全分离，一些长期分不开的样品组分，将会随着此技术的应用得以分开。且该技术的控制系统建立容易，死体积小，检出限更低，这些优势使得微板流控技术在分析检测领域中具有良好的应用前景[2]。
三、微板流控技术在分析过程中的应用
以“分析标准SH/T 1550-2000 ――工业用甲基叔丁基醚（MTBE）纯度及烃类杂质的测定”为例。该分析方法在建立的过程中，存在两个技术难题。一是该标准中明确指出“虽然分离了MTBE中大部分杂质，然而仍有某些组分未能分离，已经发现环戊烷及2，3-二甲基丁烷与MTBE同时流出（但在MTBE中通常不存在这两个杂质）”。二是为保证丁烷和甲醇组分的分离，在推荐的三个分析方法中，只有在150 m柱上能得到分离。选择此色谱柱虽然达到了分离条件，但是较长的柱长不但使出峰时间延迟，影响工作的效率，且柱头压力较大，对仪器提出了更高的要求，在分析方法的使用过程中存在一定的难度[3]。
现采用的分析方法中，为保证感兴趣组分的分离，色谱柱建议选择150m非极性聚甲基硅氧烷毛细管柱，但沸点相近2，3-二甲基丁烷和MTBE组分依然难以分离。应用微板流控中心切割技术后，按微流板控制切割原理，非极性毛细管柱1可以选择推荐使用50m或100m长度，系统再增加一根极性的色谱柱2。柱2主要用于分离柱1上未完全分离的组分丁烷和甲醇、2，3-二甲基丁烷和MTBE，设置好阀切时间，较短的极性柱便能够保证极性和非极性组分的完全分离。此技术的应用，一次进样便可完成各组分的完全分离，不但提高了MTBE定量的准确度，更是降低了对色谱柱和仪器的要求。
微板流路控制系统的气路连接示意图见图2。阻尼柱、流量控制模块（PCM）的选择可参考安捷伦工作站提供的Deans Switch计算器算出[1]。
当电磁阀处于off状态时，从进样口注入的试样进入色谱柱1初步分离，通过流量控制模块（PCM）控制气体流量，将色谱柱1的流出物经过阻尼柱进入FID1A 检测器（见图2a）。
当色谱柱1流出的组分需要进一步分离时，切换电磁阀至on状态，PCM改变系统的气路方向，色谱柱1流出的组分即进入色谱柱2，经过进一步分离后，进入FID2B 检测器（见图2b）。
通过设置电磁阀的切换时间可以将色谱柱1中任意组分切割至色谱柱2进行进一步分离。试样组分在阻尼柱内没有保留，停留时间小于0.01min，因此试样组分在FID1A检测器测定的保留时间即为该组分在色谱柱1的保留时间，可直接根据此保留时间来确定待切割组分的阀切换时间。
再将电磁阀开关恢复到off状态，剩余组分进入检测器FID1A（见图2c）。这一开关过程在运行过程中可重复多次，直到所有未分离的峰全部由色谱柱1流到色谱柱2。
图2 微板流控技术应用于MTBE测定的气路图
通过色谱柱1 和FID1A 检测器可以得到组分的谱峰，将合峰切换到FID2B，通过色谱柱2和FID2B，可以提高丁烷和甲醇的分离度，也可将环戊烷、2，3-二甲基丁烷与MTBE合峰分开，从而准确判断各组分的含量。
四、微板流控技术与现采用的分析技术比较
以MTBE纯度测定为例，分别应用以上两种技术，比较其仪器参数条件和分离效果。如表1所示。
通过表1可以得出，针对常规方法难以解决的感兴趣组分的检测，采用微板流控技术不失为另一种最佳选择。表面看来，采用微板流控技术设备成本有所增加，但如果利用常规分析方法来解决组分分离问题，可能产生的附加费用会远超过于它。应用微板流控技术不但能提高各组分分离度，提高样品定量准确性，还能将分析简化、降低分析对仪器的要求，使分析操作易控制。
五、展望
微板流控技术的应用，在复杂基质样品检测中具有十分重要的意义。在我们现执行的一些标准中，也可利用该技术来完善分析方法。如汽油氧化物的测定，目前各质检部门建立该分析方法，利用微填充柱切除轻烃组分，使用毛细管柱来实现氧化物的检测。个人认为，该方法中仍有需要完善的地方，样品中干扰物切除不彻底，使氧化物和杂质峰型重叠，很容易误将杂质判断为氧化物。若利用微板流控技术，将难分离的组分进行二次分离，这可能是解决问题的有效途径。随着检测方法的不断完善，微板流控技术将在石油化工分析中广泛应用。
参考文献：
[1] 安捷伦Capillary FlowTechnology客户版。
化工分离方法范文第6篇
关键词：化工工艺；节能降耗；方法
1概述
随着人们对环境和资源问题的广泛关注，也越来越重视在生产生活中的节能问题。在化工工艺生产过程中会涉及大量的能源消耗，也会严重破坏生态环境，对生存环境产生恶劣影响。在我国，化工工艺生产过程中产生的能源消耗主要来源于两个方面，其一是人为原因导致的能源浪费，主要原因包括工作人员对方案的设计不合理，或者是化工工艺加工过程中设备使用不恰当等等。可以通过一系列措施实现降低能源的损耗，例如，加强人员管理、设备上的改造以及加工工艺技术上的改进等措施。其二是机械设备等必然产生的能源损耗。能量的转换效率在实际生产过程中不可能达到百分之百，设备运行等产生的能源损耗是属于无法消除的。
2化工工艺中节能降耗的必要性
在理论上，化工工艺中的能源损耗主要包括最小功和能量损耗。其中，能量损耗指的是在化工生产过程中，因为设备自身存在问题或者一些措施不达标导致的能量消耗。另外，最小功指的是，由于一些原因在生产过程中不可避免的或必要的消耗。从理论上来看，对于能量损耗能够通过一定的节能过程分析和措施研究，进行一系列的节能措施，从而实现能源的节约。一方面，在化工工艺中，资源的使用一般情况下是不可再生。不可再生资源的使用时是不可逆的，其数量只能逐渐减少。对于当前能源紧缺的情况来说，这是一个十分严重的问题。另一方面，由于化工生产过程中产生的能源损耗比较大，而且能耗越大，生产成本越高。另外，化工工艺生产过程中的能耗越大，对环境会产生更大的恶劣影响，导致环境问题更加严重。所以，不论是从减少化工生产成本的角度，节约生产原料，使最后获得的经济效益最大化的角度，还是从减少能耗，降低对环境的污染的角度，在化工工艺中采用节能降耗措施都是十分必要的。
3化工工艺中的常见节能降耗方法
3.1使用变频节能技术
为了化工设备负荷率较低的问题能够得到更好的改善，建议在化工工艺生产过程中，对传统工艺进一步更新升级，采用变频节能的新型节能技术。既减少处于工频状态下电机长时间运行产生的能量损耗，又确保电机维持长时间的平衡输入和输出状态。在使用电机拖动系统的过程中，优化设计拖动系统，采用变频控制的方法。避免出现电动运行设备系统处在相同的工作频率，而使运行状态持续过长时间的现象，有效降低能耗，实现节能降耗的最终目的。
3.2改善供热系统，改良工艺生产技术
化工工艺流程科学规划，坚持节能理念，改进升级生产技术，并使用新技术，不断学习与借鉴国外先进的技术水平。将化工供热系统进一步改善优化，并进行及时升级改造。要综合考虑到化工供热系统的自身特点，将化工生产设备的转换效率提高到更高水平，各个子模块之间的结合更加有效，避免造成能源浪费，加快冷能源和热能源的交换速率，高效的利用现有的资源。化工供热系统的热转换范围进一步扩大，争取将化工工艺能源消耗减少到最大程度。优先选择有着较高能量转换率而且容易上手操作方便的生产工艺。化工工艺的优化与升级，达到降低能耗的目标，增强企业的收益，提高市场竞争力。
3.3提高催化剂活性，优化化工分离
化工生产中催化剂能够加快化工反应的速度，还可以使化工工艺的能源损耗有效降低，减少原材料的使用量，减少产生的副产物，从而在分离过程中，将化学物质的负荷损耗有效降低。使用合适的催化剂能够明显提高化学反应效率，降低原料的消耗量及温度压力。化学生产的分离环节是化学生产过程的重要组成部分。通过采用高效的分离方法和合理的分离装置，可以降低化工生产过程的能源消耗，有效的提升反应速率，优化分离过程，使反应过程中的副反应的发生得到有效抑制，降低过程中的产品分离能耗和能量消耗。
3.4改进设备，提高利用率
分离提纯是一项重要的工艺。在化工工艺分离提纯的过程中，会消耗大量的能源。因此，化工工艺中建议减少反应压力，减少分离提纯过程的吸热分度，采用降低供热温位的方式，采用效率更高的分离提纯的机械设备，创造更加适合的化工工艺环境。降低化工工艺气态反应物的压缩性能和反应时间。还可以采用热蒸馏的方法，减少化工过程中的能量流失。机械设备会产生一部分的综合能耗，为了降低这部分能耗，采用先进的旋转以及传质等节能型电气设备，例如优选高效换热器、空冷器、加热炉电机拖动系统以及分馏塔等等。
3.5做好废水回收处理及循环利用
我国化工企业的废水回收利用率普遍较低。造成了水资源以及热能的巨大损耗。是因为开放式回收引起闪蒸降温，高温凝结水泵气浊，或者是蒸汽疏水阀在型号与安装上存在错误等等，进而导致加热以及漏气等。所以采用闭式冷凝水回收系统，运用自动监控闪蒸消除装置，将会显著提高整个热力系统的效率，节约电、煤、水及污染处理费用，对工厂的节能降耗，提高经济效益有显著的作用。
3.6提高设备运行效率
引进新工艺随着设备的升级和更新，生产新工艺的引进，提高设备运行效率，达到节能降耗。
4结束语
随着可持续发展战略的推广，科学信息技术的不断进步。化工企业必须充分重视工艺过程中的节能降耗。实现可持续性发展。化工企业要引进先进设备以及技术，改善化工工艺生产的条件，同时还要提高催化剂的活性以及利用效率。采取科学有效的节能措施，从而实现将化工工艺生产过程中的能源消耗尽可能地降到最低。不仅能够降低化工生产的成本，提供企业的经济和社会效益，而且能够实现人与环境的和谐发展。
作者:张伟云 单位:平顶山市工业学校
参考文献:
化工分离方法范文第7篇
关键词：超临界流体萃取 CO2 应用
近年来， 绿色化学、 清洁生产技术受到越来越多的重视，各国都在致力于寻找和开发各种节能、环保型的“绿色化学技术”，而超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction，简称 SFE)技术作为一种独特、高效、清洁、节能的分离方法，备受青睐。CO2超临界流体萃取是20世纪70年代末发展起来的一种新型物质分离、精制技术，它是利用处于临界压力和临界温度以上的流体，具有特异增加的溶解能力而发展成的一项化工分离新技术[1]。目前，超临界流体技术已广泛应用于食品、医药、化工、环保等领域。
一、概述
超临界流体（Supercritical Fluid，SCF）是指温度和压力均在其临界点以上,物质处于既非液体也非气体的超临界状态的高密度流体。气体、液体和超临界流体的性质对比见表1[2]。从表1数据可知，超临界流体密度大、黏度小、扩散系数居中。因而超临界流体既具有液体对溶质有较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率大大高于液相过程，也就是说超临界流体兼具气体和液体的性质。表1 气体、液体和超临界流体的物理性质
超临界流体萃取（SFE）是利用超临界流体作为萃取剂,从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分,以达到分离和提纯之目的[3]。表2列出了可作为超临界流体萃取的溶剂及其临界性质[4,5]。由表2可知，超临界CO2具有合适的临界温度和临界压力（Tc=31.6℃，Pc=7.39MPa），并且还具有对人体和动植物无害、不燃烧、没有腐蚀性、对环境友好、原料易得、价格便宜和处理方便等优点，因此是目前使用最多的一种超临界流体。表2 部分超临界流体溶剂的临界数据
二、CO2超临界流体萃取
1.CO2超临界流体萃取的原理
在萃取阶段，调节温度、压力使CO2超临界流体对原料中的待萃取物(溶质)有高溶解度，在CO2超临界流体通过原料时将其迅速地溶解；而在分离阶段，对溶解有溶质的流体进行节流减压，然后调节温度使之变为气体，令其对待萃取物的溶解度大大降低，达到过饱和状态，溶质析出，从而使溶质与CO2分离。
2.超临界流体萃取的优点
SFE与传统的分离方法相比, 在溶解能力、传递性能和溶剂回收等方面, 有许多优点:（1）SCF 不仅具有与普通液体溶剂相近的溶解能力, 而且拥有与气体一样的传递特性, 即比液体溶剂渗透快, 能更快地达到平衡；（2）SCF选用化学稳定性好、临界温度接近常温、 无毒、 无腐蚀性的物质作为提取剂, 替代传统的有毒溶剂, 真正实现生产过程绿色化；（3）SCF 的提取能力取决于流体密度, 可通过调节主要操作参数（温度和压力)来比较容易地加以控制；(4)超临界提取过程具有提取和精馏双重性, 可以分离某些难以分离的物质, 同时可以简化产物的分离, 还可将反应和分离耦合起来；(5)溶剂回收简单方便, 通过等温降压或等压升温提取物就可与提取剂分离,而提取剂只需重新压缩就可循环使用, 节省能源[6]。
由于超临界萃取技术的巨大优势，使其在很多领域得到了广泛应用。
三、CO2超临界萃取技术的应用
早在1978年，联邦德国已建成从咖啡豆脱出咖啡因的超临界萃取工业化装置，随后美国、日本等国也投入大量人力物力对超临界流体萃取技术进行研究，其研究范围涉及食品、医药、化工、环保等领域，并取得一系列进展[7,8]。
1.在食品工业中的应用
超临界CO2萃取技术作为一种新型加工分离技术，在食品工业应用最早，目前已有不少研究。在食品工业中的应用一般包括食品中有益成分的提取及有害物质的去除，近年来的相关报道见表3。表3 在食品工业中超临界CO2流体萃取的优化工艺
由表3可知，近几年超临界CO2流体萃取在食品工业中的应用主要在植物油脂萃取、天然色素萃取方面，提取出来的物质品质上佳，替代了传统工艺中有机溶剂的使用，更加安全、健康，同时也省除了残留有机溶剂去除的步骤，使工艺简单，绿色环保，为超临界萃取中试生产条件及工业化生产条件提供了一定理论依据和应用基础。
2.在天然香料工业中的应用
在香精香料行业, 用现有技术水平要人工合成出与天然香料中的某些关键香气和香味完全相同的成份, 且对环境不造成污染是难于做到的,所以如何有效的从天然原料中分离提取人们需要的香精香料就成为人们研究开发的课题[9]。由于传统的蒸汽蒸馏、精馏, 溶剂萃取、浸取; 压榨等方法, 在香料提取过程中,易产生热分解, 溶剂残留, 或部分芳香物质挥发损失等问题,而用超临界流体萃取技术就可解决这些问题,近年来相关报道见表4。
由表4可知，近几年超临界CO2流体萃取技术在天然香料工业中的应用主要集中在植物芳香成分的提取和鲜花芳香成分的提取。超临界CO2流体萃取技术具有溶解能力强、提取速度快、不存在有机溶剂的残余,且操作条件温和,不会导致芳香成分变质分解等优点，其提取物香味纯真，品质上佳，在食品、医药、化工等领域都有广泛的，同时为进一步规模化生产提供依据。表4 在天然香料工业中超临界CO2流体萃取的优化工艺
3.在中草药开发中的应用
由于超临界CO2流体具有独特的优点，通过调节温度、加入适宜的夹带剂等方法, 便能够从天然药物中提取挥发油、生物碱、苯丙素、黄酮类、有机酚酸、苷类以及天然色素等成分，因此在医药行业应用非常广泛。由于整个提取分离过程在暗场中进行, 操作温度低, 萃取时间短, 故特别适合于对湿、热和光敏感、易氧化分解物质的萃取, 尤其适宜于提取挥发性成分, 具有较强的选择性，近年来被国内外很多学者应用于天然药物的提取, 成果显著。近年来的相关报道见表5。
由表5可知，超临界CO2流体萃取在在中草药开发中应用颇广，为了强化萃取效果，通常会加入夹带剂，既可以显著提高萃取效率、降低萃取条件、减少能耗，又保有绿色无污染的优点；因此，超临界CO2流体萃取在医药行业中的应用显示出巨大的潜力和广阔的前景。
化工分离方法范文第8篇
在生产混凝土超塑化剂聚磺化萘甲醛的过程中，水污染严重，而且在半固体的滤饼中含有大量的最终产品，为了降低污染，减少浪费，生产企业采取了一系列措施，包括：过滤过程中滞留水的回用，反应器洗涤水的循环利用，高压泵采用闭环冷却系统，控制原料、产品和水的跑冒滴漏，充分利用固体废物中的最终产品等。经过工艺路线改进，实现了清洁生产，提高了经济效益[29]。清洁的反应体系反应体系对反应十分重要，以超临界CO2、近临界水、高温液态水和离子液体等作为清洁生产的反应体系，可以获得良好的反应效果。徐明仙等[30]在超临界CO2中进行水杨酸合成，CO2既作为溶剂，又作为反应物，成为合成水杨酸的绿色原料。朱宪等[31]利用临界水作为反应介质，提取黄姜中的薯蓣皂苷，发现其可以克服传统水解法需要加碱中和、水消耗大和环境污染严重等缺点。张辉等[32]利用超临界水氧化法与非色散红外法相结合测水质中有机碳含量，发现其反应快，氧化彻底，检测结果准确。Lv等[33]利用高温液态水的特性水解生物质资源生产化工原料，如木糖水解等，具有较好的效果。离子液体作为一类新型绿色反应介质，不仅可替代传统有机溶剂或酸碱用作化工反应和分离的新介质，而且具有作为新型磁性材料、纳微结构功能材料、材料、航空航天推进剂等的潜力[34]。磁化离子液体具有液程宽、蒸气压低、溶解能力强等特性[35]，在有机合成中可作为溶剂兼催化剂和模板剂，具有产物易分离、可回收重复使用等优点。超常规反应技术由于人们对物质状态和反应过程的认识有限，对物质的利用主要基于其正常状态下的物性。随着人们对各种物质处于不同极限状态的特性的研究，化学反应过程在极限状态下的特性受到化工界的广泛关注，于是各种超常规状态的技术不断涌现，如超临界流体技术、超重力技术等。超临界流体技术超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体，在临界点附近会出现物性急剧变化的现象。利用流体超临界状态特性的技术称为超临界流体技术，如超临界法制备微粒技术和超临界流体萃取技术等。利用超临界法制备微粒技术有超临界溶液快速膨胀法、超临界辅助雾化法和超临界反溶剂法等。采用超临界法制备微粒，与常规的机械加工法、重结晶法、冷冻干燥法和喷雾干燥法相比，制备的微粒粒径较小，粒径分布均匀，而且解决了有机溶剂残留等问题，具有绿色环保的特点[36]。超临界技术是未来大规模制生物燃料的理想方法，特别是用于废油和脂肪制取生物柴油。
与传统的生物燃料生产方法相比，超临界流体技术具有反应快、生产率高、易于连续操作、而且不需要催化剂等优势，但操作压力和温度高，材料成本高，难以推广应用[37]。超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体所具有的超常规的溶解能力而发展起来的化工分离技术。与其它分离技术相比，超临界流体萃取技术具有适用性广、效率高、所得产品无毒无残留等优点，是一种典型的绿色化工分离技术。超临界流体萃取技术在处理常规法难以处理的废水中的有机物和高分子材料等方面具有显著的优越性，在污染治理方面可以发挥重要作用[38]。超重力技术在超重力环境下的物理和化学变化过程的应用技术叫超重力技术。与传统塔器相比，在超重力环境下，微观混合和传质过程得到高度强化，因此超重力技术的研究和应用得到了广泛的关注[39]。超重力技术在分离方面的工业应用比较广泛，如超重力脱氧技术、超重力脱硫技术和超重力脱挥技术等[40]。超重力技术在反应中的应用也比较多，如纳米材料的制备以及在精馏分离和快速反应过程中的应用等[41]。浙江工业大学研发的折流式超重力场旋转床已实现工业应用，与传统的塔器设备相比，该设备高度降低1～2个数量级，可节省场地和材料[42]。其它超常状态技术除超临界流体技术和超重力技术外，还有其它极限技术，如超高温技术、超高压技术、超真空技术、超低温技术等。随着高科技的迅速发展，这超些常规技术在化工领域的研究和应用将越来越多[43]。催化技术催化技术是化学工业实现清洁生产的主要方法。在有机化工中，为了得到尽可能多的目标产品，减少副产品和废物，除了采用合适的工艺设备和工艺线路外，非常重要的是采用高效环保的催化剂，如利用酶催化剂、手性催化剂和仿生催化剂等。酶是一种高效催化剂，催化选择性极高，无副反应，便于过程控制和产品分离。科学家们研究发现2-羟基异丁酰-CoA的酶可以将直链C4化合物转化成支链，作为甲基丙烯酸甲酯前体，这意味着在常规的化学路线基础上有可能会延伸出一条新型的生化法工艺路线[44]。人们在利用酶催化剂时，也在探索研究模拟酶催化剂，如将分子印迹法应用于聚合物模拟酶催化剂的设计合成中，制备的模拟酶催化剂具有抗恶劣环境、高稳定、长寿命等特点[45]。在天然酶催化剂和人造催化剂之间有许多相似的地方，如果能将固体催化剂坚固耐用、容易与产品分离、耐高温等特点与酶催化剂活性高、变构效应好、选择性控制精度高的特点结合，合成兼具固体催化剂和酶催化剂两者优点于一体的催化剂，则化学反应中的清洁生产又将有进一步的突破[46]。在化学工业中，特别是精细化工中，除了催化剂化学选择性外，催化剂区位选择性、立体选择性和对映体选择性具有非常重要的作用[47]，如不对称加氢反应催化剂。目前，不对称加氢多相手性催化剂主要有固定化的均相手性催化剂、手性小分子修饰的多相催化剂和以天然高分子为手性源制备的多相催化剂等[48]。生物界有许多高效催化反应，人们可以根据生物界的反应特点研制仿生催化剂，提高催化效率。叶长英等[49]根据生物表面具有多层次微米和纳米复合结构，以便最大限度地捕获光子进行光合作用的特点，采用模板-超声-水热法制备仿生界面结构的二氧化钛催化剂微球，应用于苯酚光催化降解，发现其具有良好的催化能力，而且在实际工程应用中易沉降分离，有利于光催化技术在实际工业废水处理中的应用。
化工设备技术随着化工工艺的进步和发展以及环保要求的不断提高，化工设备技术也不断发展和完善。目前，化工设备逐渐专业化、系列化，并朝着大型化、微型化和智能化方向发展。化工设备向大型化、精密化、一体化、成套化和采用先进控制技术方向发展[50]。其中换热器趋向大型化，并向低温差和低压力损失的方向发展，压缩机向超高压方向发展，化工流程泵向超低温方向发展等。与设备大型化发展相反，化工设备的另一个发展方向是朝着小型化和微型化方向发展。微反应器技术是把化学反应控制在尽量微小的空间内，化学反应空间的数量级一般为微米甚至纳米，化学反应速率快，转化率和收率高，并能解决强腐蚀、易爆、高能耗、高溶剂消耗和高污染排放等问题，具有清洁生产工艺的特点，在化学合成、化学动力学研究和工艺开发等领域具有广阔的应用前景[51]。目前已有微反应器用于工业化生产，产量可达几十吨到几千吨[52]。随着信息化与工业化不断融合，化工生产系统逐渐智能化。化工设备的智能化包括两个方面：一是设备控制的智能化；二是设备设计的智能化[53]。设备智能化是提高产品质量、产量，提高能源利用率以及满足环境要求的重要方向。清洁能源现在化学工业的供能主要来自石油和煤炭，这两种能源在消耗过程中都会产生大量的污染，而且石油和煤炭在开采过程中也会对环境造成破坏。面对国际国内节能减排的重压，使用清洁能源是发展的必然趋势。为了降低对环境造成的污染，人们努力开发清洁的能源技术，包括利用太阳能、风能、地热等。但开发和利用这些清洁能源技术并不一定清洁[54]，因为尽管清洁能源利用时对环境无污染或少污染，但从整个生命周期来看，清洁能源的开发和使用实际上需要从其它环节获取资源或者将污染转移到其环节。生物燃料是一种比较清洁的燃料，是柴油发动机等的理想替代燃料。目前先进的生物质燃料生产技术有超临界流体技术，包括采用酯交换反应利用植物油生产生物柴油、通过生物质气化和生物质液化制取生物油。但目前生物燃料生产的成本比较高，难以推广应用[37]。目前，国内外有关清洁能源的研究热点除了核能、太阳能、水能、风能和生物质能外，还有常规天然气和非常规天然气。天然气是一种清洁能源，但随着常规天然气资源的逐渐减少，开发难度不断加大，以页岩气、煤层气为主的非常规天然气将成为研究和开发的热点[55]。我国第一部《页岩气发展规划（2011—2015）》提出，到2015年，页岩气将初步实现规模化生产，产量将达到65亿立方米/年，到2020年，产量最高达到1000亿立方米。虽然页岩气等非常规天然气开发已是大势所趋，但伴随着开发的热潮，开采技术制约、开采过程中的环境污染和破坏、初期投入大、开发成本高、回报周期长等方面仍面临争议。但毋庸置疑，随着技术进步和能源安全问题的日益凸显，非常规天然气在未来化工领域中的应用还是非常有前景的。尽管关于清洁能源的开发与利用的研究很多，但在化工领域中利用清洁能源取代化石能源的还极其有限，有关取代技术需要进一步研究。为推进燃煤工业锅炉清洁燃料替代，加强工业锅炉的节能减排，上海市为天然气优化替代燃煤提出菜单式的技术指导以及余热深度利用技术，开发生物质气化气部分替代燃煤的混烧技术，为清洁能源替代专项工作提供支撑[56]。刘超等[57]尝试利用清洁的可再生能源代替化石能源为冶金生产提供能量支持，提出“风光互补非碳冶金”，以减少碳排放。通过研究，解决清洁能源利用技术与钢铁冶金技术相融问题，最终确立的系统单元之间，基本满足了能量的协调匹配，能够获得1600℃以上的冶炼高温。这种钢铁冶炼中的“风光互补”思路为化工企业中利用清洁能源代替化石能源提供了借鉴作用。
研究热点
从上述文献综述及其分析可以看出，化学工业中清洁技术的研究热点主要有以下几方面。（1）信息技术与化工技术结合，化学工程与工艺技术不断优化升级。特别是随着计算机技术和信息化的发展，辅助设计、辅助制造、辅助工程等数字化设计工具在化工企业中的广泛应用，有利于化工生产工艺流程优化和自动化及创新，特别是化工过程集成技术的应用，使化工生产的原料、水耗、能耗更加合理，能降低企业资源消耗和工业污染物排放，实现清洁生产。（2）制造技术和化工技术相结合，化工设备制造技术不断升级。随着制造技术的不断发展，化学工业的设备制造技术不断升级换代，化学工业中的装置向大型化、微型化、集成化和智能化等方向发展，有利于节能减排、提高生产效率。（3）开发环保高效的催化技术，提高选择性和收率，减少副产物和废物，节约资源，减少环境污染。（4）开发特殊状态的反应体系和超常规状态的反应技术。突破常规，研究和利用物质特殊状态下的物化性能和特殊环境中的物理和化学变化过程，提高反应效率，节约资源。（5）新能源的研究是热点，但由于许多新能源的开发和应用研究还处于初期阶段，新能源如何在化工企业中应用的研究并不多。在未来，新能源，包括生物质能和页岩气、煤层气等非常规能源在化学工业中如何利用将成为研究热点。
展望