分離工程 第01章 緒論

1、1分離工程與技術(shù)分離工程與技術(shù)常文貴常文貴材料與化工學(xué)院材料與化工學(xué)院2012.92課程簡介課程簡介 分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)是利用相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)的的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)是利用相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)的微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工及其它相關(guān)過程微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工及其它相關(guān)過程中復(fù)雜物質(zhì)的分離和純化技術(shù)，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)計和科中復(fù)雜物質(zhì)的分離和純化技術(shù)，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)計和科研中常用的分離過程的理論和實際問題

2、。研中常用的分離過程的理論和實際問題。 通過本課程的學(xué)習(xí)，要求我們通過本課程的學(xué)習(xí)，要求我們 1）正確理解分離工程的有關(guān)基本概念和理論；）正確理解分離工程的有關(guān)基本概念和理論； 2）理解各概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用；）理解各概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用； 3）掌握分離工程的基本計算方法；）掌握分離工程的基本計算方法； 4）能夠理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產(chǎn)）能夠理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產(chǎn) 和設(shè)計中的有關(guān)問題。和設(shè)計中的有關(guān)問題。3先修課程：先修課程：物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理參考書參考書：葉慶國葉慶國. .分離工程分離工程，化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出

3、版社,2010,2010鄧修，吳俊生鄧修，吳俊生. .化工分離工程化工分離工程. . 科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2000.2000.劉家祺劉家祺 主編主編. .分離過程分離過程. .化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社,2002.,2002.陳洪紡陳洪紡 劉家祺劉家祺. .化工分離化工分離過程過程. .化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 2010., 2010.4主要內(nèi)容主要內(nèi)容第第1章章 緒論緒論第第2章章 多組分分離基礎(chǔ)多組分分離基礎(chǔ)第第3章章 精餾精餾第第4章章 吸收吸收第第5章章 多組分多級分離的嚴格計算多組分多級分離的嚴格計算第第6章章 分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能第第7章

4、章 其他分離方法其他分離方法5第第1章章 緒論緒論1.1 分離工程理論的形成和特性分離工程理論的形成和特性1.2 分離過程的特征與分類分離過程的特征與分類1.3 分離過程的研究內(nèi)容分離過程的研究內(nèi)容 與研究方法與研究方法6什么是分離過程什么是分離過程？純組分變成混合物，是純組分變成混合物，是熵增自發(fā)過程熵增自發(fā)過程，反之，反之，混合物變成純凈物則需作功?；旌衔镒兂杉儍粑飫t需作功。借助一定的分離劑，實現(xiàn)混合物中的組分借助一定的分離劑，實現(xiàn)混合物中的組分分級、濃縮、富集、純化、精制與隔離等分級、濃縮、富集、純化、精制與隔離等的過程稱為的過程稱為分離過程分離過程。1.1 分離工程理論的形成和特性分離

5、工程理論的形成和特性7什么是化工分離工程什么是化工分離工程 ？p化工分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重化工分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分。要組成部分。p化工分離工程化工分離工程是研究化工及其它相是研究化工及其它相關(guān)過程中物質(zhì)的分離和純化方法的關(guān)過程中物質(zhì)的分離和純化方法的一門技術(shù)科學(xué)。一門技術(shù)科學(xué)。p許多天然物質(zhì)都以混合物的形式存許多天然物質(zhì)都以混合物的形式存在，要從其中獲得具有使用價值的在，要從其中獲得具有使用價值的一種或幾種產(chǎn)品，必須對混合物進一種或幾種產(chǎn)品，必須對混合物進行分離。行分離。p在許多加工工業(yè)中，例如化工、石在許多加工工業(yè)中，例如化工、石油化工、煉油、醫(yī)藥、食品、材料、油化工、煉

6、油、醫(yī)藥、食品、材料、冶金、生化等，必須對中間體和產(chǎn)冶金、生化等，必須對中間體和產(chǎn)物進行分離和提純，才能使加工過物進行分離和提純，才能使加工過程進行下去，并得到符合使用要求程進行下去，并得到符合使用要求的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。p分離過程還是環(huán)保工程中用于污染分離過程還是環(huán)保工程中用于污染物脫除的一個重要環(huán)節(jié)。物脫除的一個重要環(huán)節(jié)。8混合物混合物（氣、液、固氣、液、固）分離過程分離過程產(chǎn)品產(chǎn)品1產(chǎn)品產(chǎn)品2產(chǎn)品產(chǎn)品n能量分離劑能量分離劑 ESA物質(zhì)分離劑物質(zhì)分離劑 MSA極限程度熱力學(xué)極限程度熱力學(xué)分離速率動力學(xué)分離速率動力學(xué)9化工生產(chǎn)化工生產(chǎn)反應(yīng)反應(yīng)（Reactive）萃取物萃取物（Extractive

7、 Natural raw material）配制配制（Formulation）分離分離一、分離過程的地位一、分離過程的地位分離分離分離分離10對分離的需求對分離的需求 工程應(yīng)用需要純物質(zhì)（如半導(dǎo)體材料）；工程應(yīng)用需要純物質(zhì)（如半導(dǎo)體材料）； 原料提純；原料提純； 材料加工需要純物質(zhì)；材料加工需要純物質(zhì)； 有毒有害物質(zhì)或非活性物質(zhì)的去除（如藥物）；有毒有害物質(zhì)或非活性物質(zhì)的去除（如藥物）； 測試或檢測用超純標準品；測試或檢測用超純標準品； 混合物組成檢測（如混合物組成檢測（如DNA檢測）；檢測）； 11分析分離分析分離 規(guī)模小規(guī)模小 定量分析定量分析制備分離制備分離 規(guī)模小規(guī)模小 研究用材料研究

8、用材料工業(yè)分離工業(yè)分離 規(guī)模大規(guī)模大 經(jīng)濟經(jīng)濟例例: : 色譜分離色譜分離例例: : 離心分離離心分離例例: : 精餾分離精餾分離化工廠中分離設(shè)備投化工廠中分離設(shè)備投資約占總投資的資約占總投資的5090 ！按分離的規(guī)模分類按分離的規(guī)模分類12典型的化工生產(chǎn)裝置包括：典型的化工生產(chǎn)裝置包括：n 反應(yīng)器；反應(yīng)器；n 原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品的分離設(shè)備；原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品的分離設(shè)備；n 泵、換熱器。泵、換熱器。原料原料 預(yù)處理預(yù)處理 反應(yīng)反應(yīng) 分離分離 粗產(chǎn)品粗產(chǎn)品 精制精制 產(chǎn)品產(chǎn)品 分離工程分離工程 三廢處理三廢處理分離貫穿化工過程，占有十分重要的地位。分離貫穿化工過程，占有十分重要的地位。 分離

9、過程的費用占總投資的分離過程的費用占總投資的5090。 13四種分離過程：氣四種分離過程：氣- -液分離；精餾；萃?。唤Y(jié)晶液分離；精餾；萃??；結(jié)晶14p煉油、石油化工煉油、石油化工p醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)p冶金工業(yè)冶金工業(yè)p食品、乳品和飲料工業(yè)食品、乳品和飲料工業(yè)p材料工業(yè)材料工業(yè)p生化工業(yè)生化工業(yè) p環(huán)境保護環(huán)境保護p原料凈化原料凈化p產(chǎn)品提純產(chǎn)品提純p有效組分回收有效組分回收p污染物處理污染物處理15二、二、分離工程理論的形成與完善分離工程理論的形成與完善生產(chǎn)實踐是分離工程形成與發(fā)展的源泉生產(chǎn)實踐是分離工程形成與發(fā)展的源泉p早期的化學(xué)工廠是由化學(xué)早期的化學(xué)工廠是由化學(xué)家根據(jù)實驗室研究結(jié)果直家根據(jù)

10、實驗室研究結(jié)果直接建立的。接建立的。p生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)用的生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)用的大裝置中的化學(xué)或物理過大裝置中的化學(xué)或物理過程與實驗室玻璃器皿中的程與實驗室玻璃器皿中的現(xiàn)象有很大的不同?，F(xiàn)象有很大的不同。p在不同產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，在不同產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，卻有許多過程遵循相似的卻有許多過程遵循相似的原理。原理。p由此提出的單元操作原理由此提出的單元操作原理奠定了化學(xué)工程學(xué)科最初奠定了化學(xué)工程學(xué)科最初的理論基礎(chǔ)。的理論基礎(chǔ)。即使是在一種產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中，即使是在一種產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中，也有原理相似的不同操作步驟。也有原理相似的不同操作步驟。16 早在數(shù)千年前，人們已利用各早在數(shù)千年前，人們已利用各

11、種分離方法制作許多人們生活和種分離方法制作許多人們生活和社會發(fā)展中需要的物質(zhì)。例如，社會發(fā)展中需要的物質(zhì)。例如，利用日光蒸發(fā)海水結(jié)晶制鹽；農(nóng)利用日光蒸發(fā)海水結(jié)晶制鹽；農(nóng)產(chǎn)品的干燥；從礦石中提煉銅、產(chǎn)品的干燥；從礦石中提煉銅、鐵、金、銀等金屬；火藥原料硫鐵、金、銀等金屬；火藥原料硫磺和木炭的制造；從植物中提取磺和木炭的制造；從植物中提取藥物；釀造葡萄酒時用布袋過濾藥物；釀造葡萄酒時用布袋過濾葡萄汁；制造蒸餾酒等等。葡萄汁；制造蒸餾酒等等。 這些早期的人類生產(chǎn)活動都是這些早期的人類生產(chǎn)活動都是以以分散的手工業(yè)方式進行分散的手工業(yè)方式進行的，主的，主要要依靠世代相傳的經(jīng)驗和技藝，依靠世代相傳的經(jīng)驗和

12、技藝，尚未形成科學(xué)的體系尚未形成科學(xué)的體系。 早期人類生產(chǎn)活動中的分離過程早期人類生產(chǎn)活動中的分離過程17 近代化學(xué)工業(yè)是伴隨著十八世紀開始近代化學(xué)工業(yè)是伴隨著十八世紀開始的工業(yè)革命而崛起的。于十九世紀末開始的工業(yè)革命而崛起的。于十九世紀末開始了大規(guī)模的發(fā)展。當時，三酸二堿和以煤了大規(guī)模的發(fā)展。當時，三酸二堿和以煤焦油為基礎(chǔ)的基本有機化工等都有了一定焦油為基礎(chǔ)的基本有機化工等都有了一定的規(guī)模。在生產(chǎn)中，需要將產(chǎn)品或生產(chǎn)過的規(guī)模。在生產(chǎn)中，需要將產(chǎn)品或生產(chǎn)過程的中間體從混合物中分離出來，才可供程的中間體從混合物中分離出來，才可供使用。例如，當時著名的索爾維制堿法中，使用。例如，當時著名的索爾維制

13、堿法中，使用了高達二十余米的純堿碳化塔，在其使用了高達二十余米的純堿碳化塔，在其中同時進行化學(xué)吸收、結(jié)晶、沉降等分離中同時進行化學(xué)吸收、結(jié)晶、沉降等分離過程，這是一項了不起的成就。過程，這是一項了不起的成就。 當時，這項成就是由化學(xué)家在進行化當時，這項成就是由化學(xué)家在進行化學(xué)工藝過程開發(fā)的同時完成的，他們并沒學(xué)工藝過程開發(fā)的同時完成的，他們并沒有意識到他們同時在履行著化學(xué)工程師的有意識到他們同時在履行著化學(xué)工程師的職責(zé)。這時的分離技術(shù)是結(jié)合在具體的化職責(zé)。這時的分離技術(shù)是結(jié)合在具體的化工生產(chǎn)工藝的開發(fā)過程中，單獨而分散地工生產(chǎn)工藝的開發(fā)過程中，單獨而分散地發(fā)展的。發(fā)展的。 近代化學(xué)工業(yè)的興起近

14、代化學(xué)工業(yè)的興起18 隨著大量的工業(yè)實踐，人們逐漸認識到，各種化工隨著大量的工業(yè)實踐，人們逐漸認識到，各種化工生產(chǎn)工藝，除了其中的核心即反應(yīng)過程外，大都是由為生產(chǎn)工藝，除了其中的核心即反應(yīng)過程外，大都是由為數(shù)不多的一些基本操作組成的。這些基本操作的知識對數(shù)不多的一些基本操作組成的。這些基本操作的知識對于化工過程的正確開發(fā)和化工流程、裝置的正常運行及于化工過程的正確開發(fā)和化工流程、裝置的正常運行及經(jīng)濟性有重要的作用。經(jīng)濟性有重要的作用。 在二十世紀初提出的單元操作的概念指出：任何化在二十世紀初提出的單元操作的概念指出：任何化工生產(chǎn)過程不論規(guī)模如何，皆可分解為一系列名為單元工生產(chǎn)過程不論規(guī)模如何，

15、皆可分解為一系列名為單元操作的過程，例如粉碎、混合、加熱、吸收、冷凝、浸操作的過程，例如粉碎、混合、加熱、吸收、冷凝、浸取、沉降、結(jié)晶、過濾等。取、沉降、結(jié)晶、過濾等。單元操作的概念包含了流體單元操作的概念包含了流體動力過程、傳熱過程、傳質(zhì)分離過程、熱力過程、粉體動力過程、傳熱過程、傳質(zhì)分離過程、熱力過程、粉體工程工程等許多化工生產(chǎn)過程中常見的操作和過程，等許多化工生產(chǎn)過程中常見的操作和過程，傳質(zhì)分傳質(zhì)分離過程離過程是其重要組成部分。是其重要組成部分。 化學(xué)工程學(xué)科的雛形化學(xué)工程學(xué)科的雛形19單元操作和化學(xué)工程理論的形成單元操作和化學(xué)工程理論的形成pG.E.戴維斯，戴維斯，化化學(xué)工程手冊學(xué)工程

16、手冊(1901)pC.S.魯賓遜，魯賓遜，精精餾原理餾原理(1922)pW.K.劉易斯，劉易斯，W.H.麥克亞當斯，麥克亞當斯，化化工原理工原理（1923）pW.K.劉易斯劉易斯,化工化工計算計算(1926) pT.K.舍伍德舍伍德,吸收吸收與萃取與萃取(1937) 單元操作概念的建立對化學(xué)工程的發(fā)展單元操作概念的建立對化學(xué)工程的發(fā)展起了重大的作用。它對用于不同的化學(xué)工藝起了重大的作用。它對用于不同的化學(xué)工藝中的同樣的操作，以單元操作的概念抽象出中的同樣的操作，以單元操作的概念抽象出來，對其共同規(guī)律進行研究。通過對其基礎(chǔ)來，對其共同規(guī)律進行研究。通過對其基礎(chǔ)研究、單元操作所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作特

17、性、研究、單元操作所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作特性、設(shè)計計算方法及應(yīng)用開發(fā)等多方面的研究，設(shè)計計算方法及應(yīng)用開發(fā)等多方面的研究，為分離過程在化工工藝開發(fā)、化工過程放大、為分離過程在化工工藝開發(fā)、化工過程放大、化工裝置設(shè)計和在化工生產(chǎn)中的正確應(yīng)用提化工裝置設(shè)計和在化工生產(chǎn)中的正確應(yīng)用提供了較為完整的理論體系和經(jīng)濟高效的分離供了較為完整的理論體系和經(jīng)濟高效的分離設(shè)備，對促進化學(xué)工業(yè)的發(fā)展起到了重要的設(shè)備，對促進化學(xué)工業(yè)的發(fā)展起到了重要的作用。作用。 同時，以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來了以因次分同時，以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來了以因次分析和相似論為基礎(chǔ)的實驗研究方法和以數(shù)學(xué)析和相似論為基礎(chǔ)的實驗研究方法和以數(shù)學(xué)模型方法為基本

18、的理論結(jié)合實際的化學(xué)工程模型方法為基本的理論結(jié)合實際的化學(xué)工程研究方法，也對化學(xué)工程學(xué)本身的發(fā)展作出研究方法，也對化學(xué)工程學(xué)本身的發(fā)展作出了很大的貢獻。了很大的貢獻。20 自二十世紀五十年代以來，通過對化學(xué)工程的深入研究，自二十世紀五十年代以來，通過對化學(xué)工程的深入研究，提出了提出了三傳一反三傳一反（動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、化學(xué)反（動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、化學(xué)反應(yīng)工程）的概念。使分離工程建立在更基本的質(zhì)量傳遞的基應(yīng)工程）的概念。使分離工程建立在更基本的質(zhì)量傳遞的基礎(chǔ)上，從界面的分子現(xiàn)象和基本流體力學(xué)現(xiàn)象進行分離工程礎(chǔ)上，從界面的分子現(xiàn)象和基本流體力學(xué)現(xiàn)象進行分離工程中各單元操作的基

19、礎(chǔ)研究，并用定量的數(shù)學(xué)模型描述分離過中各單元操作的基礎(chǔ)研究，并用定量的數(shù)學(xué)模型描述分離過程，用于分析已有的分離設(shè)備，并用于設(shè)計新的過程和設(shè)備。程，用于分析已有的分離設(shè)備，并用于設(shè)計新的過程和設(shè)備。 由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得從較基礎(chǔ)的理論角度由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得從較基礎(chǔ)的理論角度出發(fā)對分離過程和設(shè)備進行研究成為可能，減少了誤差和失出發(fā)對分離過程和設(shè)備進行研究成為可能，減少了誤差和失真。對一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型的開發(fā)并用于分離過程的優(yōu)化，真。對一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型的開發(fā)并用于分離過程的優(yōu)化，使化工過程更趨成熟和完善。使化工過程更趨成熟和完善。 21典型的分離單元操作典型的分離單元操作p蒸

20、餾蒸餾p吸收吸收p吸附吸附p萃取萃取p結(jié)晶結(jié)晶p干燥干燥p過濾過濾p膜分離（透析、反滲透、電滲膜分離（透析、反滲透、電滲析、超濾、微濾、納濾、滲透析、超濾、微濾、納濾、滲透蒸發(fā)、氣體膜分離等）蒸發(fā)、氣體膜分離等）p新型吸附技術(shù)（模擬移動床吸新型吸附技術(shù)（模擬移動床吸附、擴張床吸附、變壓吸附）附、擴張床吸附、變壓吸附）p層析層析p超臨界萃取超臨界萃取p分子蒸餾分子蒸餾22分離操作是怎么實現(xiàn)的？分離操作是怎么實現(xiàn)的？p平衡分離過程平衡分離過程：當體系處于平：當體系處于平衡時物質(zhì)在不同相態(tài)（氣液、衡時物質(zhì)在不同相態(tài)（氣液、氣固、液固等）中濃度不同而氣固、液固等）中濃度不同而實現(xiàn)分離，如蒸餾、吸收、萃

21、實現(xiàn)分離，如蒸餾、吸收、萃取、吸附、結(jié)晶等取、吸附、結(jié)晶等p速率分離過程速率分離過程：根據(jù)物質(zhì)分子：根據(jù)物質(zhì)分子在外力作用下遷移速率不同而在外力作用下遷移速率不同而實現(xiàn)分離，如膜分離、電泳等實現(xiàn)分離，如膜分離、電泳等p重力和離心分離重力和離心分離：根據(jù)物體密：根據(jù)物體密度不同而實現(xiàn)分離，如重力沉度不同而實現(xiàn)分離，如重力沉降、旋風(fēng)分離等降、旋風(fēng)分離等p機械分離過程機械分離過程：根據(jù)物體顆粒：根據(jù)物體顆粒大小不同而實現(xiàn)分離，如篩分大小不同而實現(xiàn)分離，如篩分和過濾等和過濾等p其他分離過程其他分離過程23例：蒸餾例：蒸餾p蒸餾是分離液體混合物的主要方法之一。蒸餾是分離液體混合物的主要方法之一。p當對液

22、體混合物加熱時，其中沸點較低（或當對液體混合物加熱時，其中沸點較低（或揮發(fā)度較大）的組分更容易汽化，因此汽相揮發(fā)度較大）的組分更容易汽化，因此汽相中低沸點組分含量較高，將其冷凝，就得到中低沸點組分含量較高，將其冷凝，就得到低沸點組分含量較高的液體，從而實現(xiàn)了高低沸點組分含量較高的液體，從而實現(xiàn)了高低沸點組分的部分分離。低沸點組分的部分分離。p要實現(xiàn)蒸餾分離，必須是部分蒸發(fā)，而不能要實現(xiàn)蒸餾分離，必須是部分蒸發(fā)，而不能完全蒸干。完全蒸干。24高效的蒸餾設(shè)備：高效的蒸餾設(shè)備：帶回流的直立多級精餾塔帶回流的直立多級精餾塔p簡單的一級蒸餾往往只能實現(xiàn)液體簡單的一級蒸餾往往只能實現(xiàn)液體混合物的部分分離。

23、混合物的部分分離。p要提高分離的效果，可以多次重復(fù)要提高分離的效果，可以多次重復(fù)上述部分蒸發(fā)上述部分蒸發(fā)-冷凝過程，即采用冷凝過程，即采用多級蒸餾。多級蒸餾。p實現(xiàn)多級蒸餾的設(shè)備就是實現(xiàn)多級蒸餾的設(shè)備就是精餾塔精餾塔：帶回流的直立多級蒸餾設(shè)備。帶回流的直立多級蒸餾設(shè)備。p一般來說，只要有足夠的級數(shù)，就一般來說，只要有足夠的級數(shù)，就有可能達到所希望的分離效果。有可能達到所希望的分離效果。25蒸餾技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展歷史蒸餾技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展歷史p早在二千多年前人們即用蒸餾的方法制酒早在二千多年前人們即用蒸餾的方法制酒和芳香油。和芳香油。p十四世紀已有較具規(guī)模的酒精生產(chǎn)。十四世紀已有較具規(guī)模的酒精生產(chǎn)。

24、p十八世紀從煤焦油中用蒸餾提取油品。十八世紀從煤焦油中用蒸餾提取油品。p十九世紀中葉第一個石油煉廠投產(chǎn)。十九世紀中葉第一個石油煉廠投產(chǎn)。p早期的蒸餾設(shè)備能耗大、分離效果差，十早期的蒸餾設(shè)備能耗大、分離效果差，十九世紀中葉，人們設(shè)計了直立多級、采用九世紀中葉，人們設(shè)計了直立多級、采用回流技術(shù)的精餾塔，被認為是蒸餾技術(shù)發(fā)回流技術(shù)的精餾塔，被認為是蒸餾技術(shù)發(fā)展中的重大突破。展中的重大突破。p精餾采用回流技術(shù)，在塔內(nèi)實現(xiàn)充分的汽、精餾采用回流技術(shù)，在塔內(nèi)實現(xiàn)充分的汽、液兩相多級逆流接觸傳質(zhì)，能實現(xiàn)混合物液兩相多級逆流接觸傳質(zhì)，能實現(xiàn)混合物的高純度分離。的高純度分離。26蒸餾技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展歷史蒸餾技術(shù)

25、的應(yīng)用和發(fā)展歷史p目前，精餾廣泛應(yīng)用于煉油、化工和石油目前，精餾廣泛應(yīng)用于煉油、化工和石油化工、輕工、食品、空氣分離等工業(yè)中，化工、輕工、食品、空氣分離等工業(yè)中，是非常重要的分離技術(shù)之一。是非常重要的分離技術(shù)之一。 p二十世紀以來，化學(xué)工業(yè)特別是石油化工二十世紀以來，化學(xué)工業(yè)特別是石油化工的迅速發(fā)展，在生產(chǎn)規(guī)模和分離難度上對的迅速發(fā)展，在生產(chǎn)規(guī)模和分離難度上對蒸餾提出了更高的要求，各種生產(chǎn)能力大、蒸餾提出了更高的要求，各種生產(chǎn)能力大、分離效率高、流動阻力低的新型蒸餾設(shè)備分離效率高、流動阻力低的新型蒸餾設(shè)備不斷出現(xiàn)，常用的是各種板式塔和填料塔。不斷出現(xiàn)，常用的是各種板式塔和填料塔。p不同的蒸餾方

26、法也得到了迅速的發(fā)展，出不同的蒸餾方法也得到了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了恒沸精餾、萃取精餾、鹽精餾、反應(yīng)現(xiàn)了恒沸精餾、萃取精餾、鹽精餾、反應(yīng)精餾、分子蒸餾、水蒸汽蒸餾等各種復(fù)雜精餾、分子蒸餾、水蒸汽蒸餾等各種復(fù)雜蒸餾方法。蒸餾方法。 27分離工程的發(fā)展促進了化學(xué)工業(yè)等過程工業(yè)的進步分離工程的發(fā)展促進了化學(xué)工業(yè)等過程工業(yè)的進步 分離過程作為化工生分離過程作為化工生產(chǎn)中的一個不可缺少的產(chǎn)中的一個不可缺少的環(huán)節(jié)，在化學(xué)工業(yè)的發(fā)環(huán)節(jié)，在化學(xué)工業(yè)的發(fā)展中起著重要而不可替展中起著重要而不可替代的作用。代的作用。 分離技術(shù)的發(fā)展和分離技術(shù)的發(fā)展和不斷取得的技術(shù)進步不不斷取得的技術(shù)進步不僅促進了化學(xué)工業(yè)的發(fā)僅促進了化

27、學(xué)工業(yè)的發(fā)展，也促進了其他相關(guān)展，也促進了其他相關(guān)過程工業(yè)的發(fā)展，提高過程工業(yè)的發(fā)展，提高了生產(chǎn)和技術(shù)水平。了生產(chǎn)和技術(shù)水平。 28煉油和石油化工煉油和石油化工 煉油和石油化工是現(xiàn)代人類工業(yè)文明中最重要的基礎(chǔ)加煉油和石油化工是現(xiàn)代人類工業(yè)文明中最重要的基礎(chǔ)加工工業(yè)之一。石油煉制工業(yè)通過煉油過程把原油加工為汽工工業(yè)之一。石油煉制工業(yè)通過煉油過程把原油加工為汽油、噴氣燃料、煤油、柴油、燃料油、潤滑油、石油蠟、油、噴氣燃料、煤油、柴油、燃料油、潤滑油、石油蠟、石油瀝青、石油焦和各種石油化工原料等石油產(chǎn)品的工業(yè)。石油瀝青、石油焦和各種石油化工原料等石油產(chǎn)品的工業(yè)。為現(xiàn)代人類文明提供了重要的能源和工業(yè)原

28、料。為現(xiàn)代人類文明提供了重要的能源和工業(yè)原料。 石油化學(xué)工業(yè)以上述原料生產(chǎn)種類極多、范圍極廣的各石油化學(xué)工業(yè)以上述原料生產(chǎn)種類極多、范圍極廣的各種化學(xué)品，例如塑料、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、種化學(xué)品，例如塑料、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、溶劑、涂料、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥和各種中間體等重要產(chǎn)品。溶劑、涂料、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥和各種中間體等重要產(chǎn)品。目前，國際上石油化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品的銷售額已占到全部化工目前，國際上石油化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品的銷售額已占到全部化工產(chǎn)品的產(chǎn)品的45%45%。 在大型石油化工聯(lián)合企業(yè)中，煉油和石油化工過程是緊在大型石油化工聯(lián)合企業(yè)中，煉油和石油化工過程是緊密結(jié)合在一起的。各種分離

29、操作是其生產(chǎn)過程必不可少的密結(jié)合在一起的。各種分離操作是其生產(chǎn)過程必不可少的組成部分。組成部分。 29 蒸餾是煉油和石化工業(yè)的最主要的基本操作過程之一。蒸餾是煉油和石化工業(yè)的最主要的基本操作過程之一。早期的煉油工業(yè)即是簡單的利用釜式蒸餾將石油的輕重早期的煉油工業(yè)即是簡單的利用釜式蒸餾將石油的輕重組分加以分離，以生產(chǎn)汽油、煤油和重質(zhì)油等產(chǎn)品的過組分加以分離，以生產(chǎn)汽油、煤油和重質(zhì)油等產(chǎn)品的過程。現(xiàn)在，原油仍借常壓蒸餾及減壓蒸餾按沸程不同進程?，F(xiàn)在，原油仍借常壓蒸餾及減壓蒸餾按沸程不同進行分離。行分離。 蒸餾技術(shù)的發(fā)展，例如精餾技術(shù)的開發(fā)、泡罩塔的蒸餾技術(shù)的發(fā)展，例如精餾技術(shù)的開發(fā)、泡罩塔的應(yīng)用，

30、提高煉油生產(chǎn)中原油的分離效率，使大規(guī)模連續(xù)應(yīng)用，提高煉油生產(chǎn)中原油的分離效率，使大規(guī)模連續(xù)化的分離操作得以實現(xiàn)，明顯降低了設(shè)備投資、操作能化的分離操作得以實現(xiàn)，明顯降低了設(shè)備投資、操作能耗和分離成本。二十世紀中葉以來各種生產(chǎn)能力大、分耗和分離成本。二十世紀中葉以來各種生產(chǎn)能力大、分離效率高、流動阻力低的新型塔器的出現(xiàn)，進一步促進離效率高、流動阻力低的新型塔器的出現(xiàn)，進一步促進了煉油工業(yè)的技術(shù)進步和發(fā)展。在煉油和石化等工業(yè)的了煉油工業(yè)的技術(shù)進步和發(fā)展。在煉油和石化等工業(yè)的應(yīng)用中取得了明顯的經(jīng)濟效益，應(yīng)用中取得了明顯的經(jīng)濟效益， 例如，美國在例如，美國在19501970年之間，通過對蒸餾設(shè)備年之間

31、，通過對蒸餾設(shè)備的改進就創(chuàng)造了近二十億美元的經(jīng)濟效益；在我國，用的改進就創(chuàng)造了近二十億美元的經(jīng)濟效益；在我國，用網(wǎng)板波紋填料對數(shù)百座舊式板式塔進行改造，使分離能網(wǎng)板波紋填料對數(shù)百座舊式板式塔進行改造，使分離能力和通量均增加了力和通量均增加了3050%。 30 除此以外，現(xiàn)代煉油和石化工業(yè)中還廣泛除此以外，現(xiàn)代煉油和石化工業(yè)中還廣泛應(yīng)用著其它分離單元操作。例如：應(yīng)用著其它分離單元操作。例如： 萃取萃取用于溶劑脫蠟、潤滑油精制、溶劑脫瀝用于溶劑脫蠟、潤滑油精制、溶劑脫瀝青和芳烴抽提等。青和芳烴抽提等。 吸附吸附用于分子篩脫蠟、用于分子篩脫蠟、C8芳烴分離、烯烴和芳烴分離、烯烴和烷烴的分離等。烷烴的

32、分離等。 31冶金和資源工業(yè)冶金和資源工業(yè) 核工業(yè)最初是在第二次世界大戰(zhàn)期間由于戰(zhàn)爭的需要而獲核工業(yè)最初是在第二次世界大戰(zhàn)期間由于戰(zhàn)爭的需要而獲得超常規(guī)的高速發(fā)展的。其中，為了提取和純化鈾，對溶劑萃得超常規(guī)的高速發(fā)展的。其中，為了提取和純化鈾，對溶劑萃取技術(shù)，主要是萃取劑和萃取設(shè)備進行了大量的研究。取技術(shù)，主要是萃取劑和萃取設(shè)備進行了大量的研究。 鈾是在工業(yè)上第一個使用溶劑萃取法提取和純化的金屬元鈾是在工業(yè)上第一個使用溶劑萃取法提取和純化的金屬元素。在鈾的溶劑萃取法提取過程中，使用的萃取劑有磷酸三丁素。在鈾的溶劑萃取法提取過程中，使用的萃取劑有磷酸三丁酯（酯（TBP）、）、TBP-D2EHPA

33、(2-乙基己基磷酸乙基己基磷酸)-煤油混合溶劑、煤油混合溶劑、胺類萃取劑等。在萃取設(shè)備的研究中，開發(fā)了各種萃取設(shè)備如胺類萃取劑等。在萃取設(shè)備的研究中，開發(fā)了各種萃取設(shè)備如各種轉(zhuǎn)動塔、脈動塔、振動塔和混合澄清槽等，為萃取過程的各種轉(zhuǎn)動塔、脈動塔、振動塔和混合澄清槽等，為萃取過程的工業(yè)實現(xiàn)提供了可靠、經(jīng)濟、高效而生產(chǎn)能力大的分離設(shè)備。工業(yè)實現(xiàn)提供了可靠、經(jīng)濟、高效而生產(chǎn)能力大的分離設(shè)備。鈾、釷、钚等的萃取分離過程和氣體擴散法等同位素分離方法鈾、釷、钚等的萃取分離過程和氣體擴散法等同位素分離方法的工業(yè)實現(xiàn)，為核工業(yè)在戰(zhàn)后的迅速發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。的工業(yè)實現(xiàn)，為核工業(yè)在戰(zhàn)后的迅速發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)

34、。 由此而發(fā)展起來的濕法冶煉技術(shù)后來成為有色金屬和無機由此而發(fā)展起來的濕法冶煉技術(shù)后來成為有色金屬和無機礦產(chǎn)的生產(chǎn)的重要方法之一。礦產(chǎn)的生產(chǎn)的重要方法之一。32 由于礦物資源的貧化，濕法冶煉，即利用酸、堿等水溶由于礦物資源的貧化，濕法冶煉，即利用酸、堿等水溶液浸取礦物，然后其中的有用組分進行分離或凈化，受到液浸取礦物，然后其中的有用組分進行分離或凈化，受到了越來越多的重視，其中常用萃取進行分離和提純。了越來越多的重視，其中常用萃取進行分離和提純。 用溶劑萃取從銅礦浸取液中提取銅，是在二十世紀七十用溶劑萃取從銅礦浸取液中提取銅，是在二十世紀七十年代在濕法冶煉中取得的一項重要成就。一般認為，只要年

35、代在濕法冶煉中取得的一項重要成就。一般認為，只要價格相當或超過銅的有色金屬，都有可能用溶劑萃取方法價格相當或超過銅的有色金屬，都有可能用溶劑萃取方法進行提取。目前萃取已用于鈷、鎳、鎢、鉬、金、稀土等進行提取。目前萃取已用于鈷、鎳、鎢、鉬、金、稀土等元素的生產(chǎn)過程。元素的生產(chǎn)過程。 濕法提取過程也用于磷和硼等無機礦產(chǎn)的生產(chǎn)過程。例濕法提取過程也用于磷和硼等無機礦產(chǎn)的生產(chǎn)過程。例如，磷酸生產(chǎn)通常用熱法過程，產(chǎn)品純度高。但生產(chǎn)中能如，磷酸生產(chǎn)通常用熱法過程，產(chǎn)品純度高。但生產(chǎn)中能耗很高，成本高，要求磷礦的品位高。磷酸的濕法生產(chǎn)過耗很高，成本高，要求磷礦的品位高。磷酸的濕法生產(chǎn)過程可以處理低品位的磷礦

36、，生產(chǎn)成本低，因而得到了日益程可以處理低品位的磷礦，生產(chǎn)成本低，因而得到了日益廣泛的重視。在濕法磷酸凈化的萃取法由于提取成本低，廣泛的重視。在濕法磷酸凈化的萃取法由于提取成本低，凈化程度高，而得到廣泛的研究和應(yīng)用。分離技術(shù)的發(fā)展，凈化程度高，而得到廣泛的研究和應(yīng)用。分離技術(shù)的發(fā)展，使人們可以更有效地利用資源，并生產(chǎn)出品種更多、質(zhì)量使人們可以更有效地利用資源，并生產(chǎn)出品種更多、質(zhì)量更好、價格更低的產(chǎn)品。更好、價格更低的產(chǎn)品。 33濕法冶煉中的礦物浸取和萃取分離過程濕法冶煉中的礦物浸取和萃取分離過程34醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)p分離技術(shù)在保證藥物生產(chǎn)及其質(zhì)量中起著關(guān)鍵作用。分離技術(shù)在保證藥物生產(chǎn)及其質(zhì)量中

37、起著關(guān)鍵作用。p合成藥物的生產(chǎn)類似于精細化工產(chǎn)品，但質(zhì)量和衛(wèi)生要求合成藥物的生產(chǎn)類似于精細化工產(chǎn)品，但質(zhì)量和衛(wèi)生要求更嚴格，各種分離技術(shù)在生產(chǎn)中扮演著重要的角色。更嚴格，各種分離技術(shù)在生產(chǎn)中扮演著重要的角色。p抗生素等發(fā)酵類醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大量應(yīng)用過濾、萃取、抗生素等發(fā)酵類醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大量應(yīng)用過濾、萃取、吸附、膜分離、離子交換、結(jié)晶、干燥等分離技術(shù)。吸附、膜分離、離子交換、結(jié)晶、干燥等分離技術(shù)。p在現(xiàn)代基因工程產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，分離成本有時甚至要在現(xiàn)代基因工程產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，分離成本有時甚至要占到其總生產(chǎn)成本的占到其總生產(chǎn)成本的90以上，并為此發(fā)展了許多新型的以上，并為此發(fā)展了許多新

38、型的高精度分離技術(shù)。高精度分離技術(shù)。p在天然藥物（如中藥等）生產(chǎn)現(xiàn)代化過程中，超臨界萃取、在天然藥物（如中藥等）生產(chǎn)現(xiàn)代化過程中，超臨界萃取、膜分離、先進的過濾、干燥、結(jié)晶等分離技術(shù)大有用武之膜分離、先進的過濾、干燥、結(jié)晶等分離技術(shù)大有用武之地。地。35其他工業(yè)其他工業(yè)p食品、乳品和飲料工業(yè)食品、乳品和飲料工業(yè)p環(huán)境保護環(huán)境保護p空氣分離空氣分離p水處理、海水淡化、純水制備水處理、海水淡化、純水制備p材料工業(yè)材料工業(yè)36二十一世紀的化工分離工程：機遇與挑戰(zhàn)二十一世紀的化工分離工程：機遇與挑戰(zhàn) 二十世紀下半葉掀起的新技術(shù)革命浪潮在人二十世紀下半葉掀起的新技術(shù)革命浪潮在人類文明和社會發(fā)展上將具有重

39、大的意義。在現(xiàn)代類文明和社會發(fā)展上將具有重大的意義。在現(xiàn)代生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、資源與能源科學(xué)、信息技生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、資源與能源科學(xué)、信息技術(shù)與材料科學(xué)等高新科技的發(fā)展對分離工程提出術(shù)與材料科學(xué)等高新科技的發(fā)展對分離工程提出了新的、更高的要求，有許多是傳統(tǒng)分離技術(shù)所了新的、更高的要求，有許多是傳統(tǒng)分離技術(shù)所無能為力的，無能為力的，分離工程發(fā)展與高新科技的結(jié)合分離工程發(fā)展與高新科技的結(jié)合是是現(xiàn)實的迫切需求，也是分離工程面臨的新的機遇現(xiàn)實的迫切需求，也是分離工程面臨的新的機遇和挑戰(zhàn)。和挑戰(zhàn)。 37現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展向分離工程現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展向分離工程提出了許多新的課題提出了許多新的課題

40、p現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的商品化在很大程度上取決于能否將具有現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的商品化在很大程度上取決于能否將具有生物活性的產(chǎn)品從組成復(fù)雜的、具有許多性質(zhì)相似的雜質(zhì)的生物活性的產(chǎn)品從組成復(fù)雜的、具有許多性質(zhì)相似的雜質(zhì)的稀溶液中經(jīng)濟有效地加以分離純化；稀溶液中經(jīng)濟有效地加以分離純化；p信息工業(yè)、生物技術(shù)和醫(yī)藥工業(yè)、材料工業(yè)的飛速發(fā)展向分信息工業(yè)、生物技術(shù)和醫(yī)藥工業(yè)、材料工業(yè)的飛速發(fā)展向分離工程提出了前所未有的純度要求和分離精度要求；離工程提出了前所未有的純度要求和分離精度要求；p由于石油和天然氣資源的逐漸枯竭，能源結(jié)構(gòu)在未來幾十年由于石油和天然氣資源的逐漸枯竭，能源結(jié)構(gòu)在未來幾十年內(nèi)將面臨重大的變化。新

41、能源的發(fā)展要求分離工程提供新的、內(nèi)將面臨重大的變化。新能源的發(fā)展要求分離工程提供新的、經(jīng)濟有效的大規(guī)模分離方法；經(jīng)濟有效的大規(guī)模分離方法；p資源的開發(fā)向貧礦的利用轉(zhuǎn)化以及海洋資源的開發(fā)利用需要資源的開發(fā)向貧礦的利用轉(zhuǎn)化以及海洋資源的開發(fā)利用需要更經(jīng)濟有效的分離技術(shù)；更經(jīng)濟有效的分離技術(shù)；p環(huán)境保護對分離技術(shù)提出了持續(xù)的、不斷提高的需求；環(huán)境保護對分離技術(shù)提出了持續(xù)的、不斷提高的需求；p為了節(jié)約能源、降低設(shè)備投資和分離操作成本，對傳統(tǒng)分離為了節(jié)約能源、降低設(shè)備投資和分離操作成本，對傳統(tǒng)分離過程的改造或以新分離方法取代。過程的改造或以新分離方法取代。38現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的分離和純化現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品

42、的分離和純化 以重組以重組DNA技術(shù)為標志的現(xiàn)代生物技技術(shù)為標志的現(xiàn)代生物技術(shù)近三十年來取得了迅猛的發(fā)展。作為當術(shù)近三十年來取得了迅猛的發(fā)展。作為當代高科技的核心之一，現(xiàn)代生物技術(shù)將改代高科技的核心之一，現(xiàn)代生物技術(shù)將改變醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品、能源、化學(xué)、環(huán)境變醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品、能源、化學(xué)、環(huán)境保護等領(lǐng)域的傳統(tǒng)面貌，促進人類社會生保護等領(lǐng)域的傳統(tǒng)面貌，促進人類社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的巨大進步。產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的巨大進步。 現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展對其下游過現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展對其下游過程，即生物技術(shù)產(chǎn)品的分離純化技術(shù)提出程，即生物技術(shù)產(chǎn)品的分離純化技術(shù)提出了迫切的需求。通過發(fā)酵和動、植物細胞了迫切的需

43、求。通過發(fā)酵和動、植物細胞培養(yǎng)等生成的目標產(chǎn)物需通過一系列的分培養(yǎng)等生成的目標產(chǎn)物需通過一系列的分離和純化等步驟才能獲得最終的產(chǎn)品。據(jù)離和純化等步驟才能獲得最終的產(chǎn)品。據(jù)報道，生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)中分離提純成本報道，生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)中分離提純成本一般要占其總成本的一般要占其總成本的40%90%?？梢?，?？梢?，分離過程在基因工程產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要性。分離過程在基因工程產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要性。39以基因工程產(chǎn)品為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的分離以基因工程產(chǎn)品為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的分離提純技術(shù)的開發(fā)研究是分離技術(shù)的前沿研究方向，提純技術(shù)的開發(fā)研究是分離技術(shù)的前沿研究方向，它有著與傳統(tǒng)化工分離技術(shù)極為不同的分離

44、對象、它有著與傳統(tǒng)化工分離技術(shù)極為不同的分離對象、系統(tǒng)和特點系統(tǒng)和特點. .p分離對象是具有特定的生物活性的生物大分子產(chǎn)品，分離對象是具有特定的生物活性的生物大分子產(chǎn)品，分離過程設(shè)計中不恰當?shù)奈锢砗突瘜W(xué)環(huán)境等（如溫度、分離過程設(shè)計中不恰當?shù)奈锢砗突瘜W(xué)環(huán)境等（如溫度、pHpH值、緩沖液選擇、有機溶劑、攪拌和剪切力等）皆值、緩沖液選擇、有機溶劑、攪拌和剪切力等）皆有可能引起其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使之失有可能引起其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使之失活；活；p所需要的目標產(chǎn)物往往存在于含有許多性質(zhì)十分相似所需要的目標產(chǎn)物往往存在于含有許多性質(zhì)十分相似的雜質(zhì)的稀溶液中，如何從這樣一種復(fù)雜的稀溶液

45、中的雜質(zhì)的稀溶液中，如何從這樣一種復(fù)雜的稀溶液中經(jīng)濟有效地提取產(chǎn)物是生物分離技術(shù)面臨的重大課題；經(jīng)濟有效地提取產(chǎn)物是生物分離技術(shù)面臨的重大課題；40p從衛(wèi)生和安全角度出發(fā)，對于治療用基因工程產(chǎn)從衛(wèi)生和安全角度出發(fā)，對于治療用基因工程產(chǎn)品，有著極高的純度和同一性要求，對其中的有品，有著極高的純度和同一性要求，對其中的有害雜質(zhì)去除率要求極高，對分離設(shè)備材質(zhì)和分離害雜質(zhì)去除率要求極高，對分離設(shè)備材質(zhì)和分離過程中引入的分離介質(zhì)也有著嚴格的限制；過程中引入的分離介質(zhì)也有著嚴格的限制；p基因工程中所表達的外源蛋白在宿主細胞（如大基因工程中所表達的外源蛋白在宿主細胞（如大腸桿菌）中往往以不溶解的無定形蛋白聚

46、合體即腸桿菌）中往往以不溶解的無定形蛋白聚合體即包涵體的形式存在，如何使之分離純化并按正確包涵體的形式存在，如何使之分離純化并按正確的次序和結(jié)構(gòu)復(fù)性為具有活性的最終產(chǎn)品是一個的次序和結(jié)構(gòu)復(fù)性為具有活性的最終產(chǎn)品是一個全新的分離技術(shù)研究領(lǐng)域。全新的分離技術(shù)研究領(lǐng)域。 41 通常，生物分離過程包括以下幾個處理階段：通常，生物分離過程包括以下幾個處理階段：（1）培養(yǎng)液（或發(fā)酵液）的預(yù)處理和固）培養(yǎng)液（或發(fā)酵液）的預(yù)處理和固-液分離；液分離；（2）產(chǎn)物提??；（）產(chǎn)物提取；（3）產(chǎn)物純化（精制）和（）產(chǎn)物純化（精制）和（4）成品加工。成品加工。 許多適合于生物技術(shù)產(chǎn)品特點的分離技術(shù)在近許多適合于生物技術(shù)

47、產(chǎn)品特點的分離技術(shù)在近幾十年來得到了迅速的發(fā)展，例如離子交換層析、幾十年來得到了迅速的發(fā)展，例如離子交換層析、凝膠過濾、親和層析等層析技術(shù)；超速離心分離技凝膠過濾、親和層析等層析技術(shù)；超速離心分離技術(shù)；電泳技術(shù)、雙水相萃取、反膠束萃取等。為生術(shù)；電泳技術(shù)、雙水相萃取、反膠束萃取等。為生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了適用的分離技術(shù)。物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了適用的分離技術(shù)。42 然而，現(xiàn)在的生物分離過程往往相當復(fù)雜，然而，現(xiàn)在的生物分離過程往往相當復(fù)雜，步驟很多，造成分離成本高和收率下降。因此，步驟很多，造成分離成本高和收率下降。因此，基于經(jīng)濟和大規(guī)模高效分離為目標的許多新的生基于經(jīng)濟和大規(guī)模高效分離為目標

48、的許多新的生物技術(shù)產(chǎn)品組合分離技術(shù)，例如親和膜分離、親物技術(shù)產(chǎn)品組合分離技術(shù)，例如親和膜分離、親和超濾技術(shù)、擴張床技術(shù)、高效層析技術(shù)等，已和超濾技術(shù)、擴張床技術(shù)、高效層析技術(shù)等，已受到重視，其中有些已成功地用于生產(chǎn)。受到重視，其中有些已成功地用于生產(chǎn)。 可以預(yù)見，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的生可以預(yù)見，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的生物分離技術(shù)將不斷完善，新的生物分離技術(shù)還將物分離技術(shù)將不斷完善，新的生物分離技術(shù)還將不斷涌現(xiàn)，以適應(yīng)不斷增多的生物技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)不斷涌現(xiàn)，以適應(yīng)不斷增多的生物技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化的需要。業(yè)化的需要。43日益增長的能源需求對分離技術(shù)的挑戰(zhàn)日益增長的能源需求對分離技術(shù)的挑戰(zhàn) 目前

49、，現(xiàn)代人類文明的進步和發(fā)展是建立在以化石目前，現(xiàn)代人類文明的進步和發(fā)展是建立在以化石燃料為主的一次性能源的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的。然而，地球上燃料為主的一次性能源的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的。然而，地球上的一次性能源資源都是有限的，由于工業(yè)生產(chǎn)和人民生的一次性能源資源都是有限的，由于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的需要而進行的大規(guī)模開采，已經(jīng)使部分能源資源日活的需要而進行的大規(guī)模開采，已經(jīng)使部分能源資源日趨枯竭，尤其是既作為能源又作為基本化工原料的石油趨枯竭，尤其是既作為能源又作為基本化工原料的石油和天然氣資源。使能源和資源能持續(xù)滿足未來發(fā)展的需和天然氣資源。使能源和資源能持續(xù)滿足未來發(fā)展的需要是科研工作者所面臨的緊迫任務(wù)。目前

50、來看，這些任要是科研工作者所面臨的緊迫任務(wù)。目前來看，這些任務(wù)包括，務(wù)包括，現(xiàn)有資源的充分利用，貧化資源的開采利用；現(xiàn)有資源的充分利用，貧化資源的開采利用；煤、頁巖油等資源的清潔、經(jīng)濟和有效的綜合利用；新煤、頁巖油等資源的清潔、經(jīng)濟和有效的綜合利用；新能源的開發(fā)，能源的開發(fā)，如太陽能、核聚變、生物能源等。分離工如太陽能、核聚變、生物能源等。分離工程的進步將對這些領(lǐng)域研究目標的實現(xiàn)和應(yīng)用起到至關(guān)程的進步將對這些領(lǐng)域研究目標的實現(xiàn)和應(yīng)用起到至關(guān)重要的作用。重要的作用。 44煤等固體礦物能源資源的清潔利用煤等固體礦物能源資源的清潔利用 煤和頁巖油是除石油以外的儲藏量較為豐富煤和頁巖油是除石油以外的儲

51、藏量較為豐富的礦物能源和化工原料資源。其使用不如石油方的礦物能源和化工原料資源。其使用不如石油方便，且對環(huán)境污染更嚴重。其有效利用及其向液便，且對環(huán)境污染更嚴重。其有效利用及其向液態(tài)燃料轉(zhuǎn)化等方面，分離工程面臨著許多新的課態(tài)燃料轉(zhuǎn)化等方面，分離工程面臨著許多新的課題。由于資源的分散和含量、組成的復(fù)雜和處理題。由于資源的分散和含量、組成的復(fù)雜和處理過程的環(huán)境保護要求，使得對分離過程的開發(fā)提過程的環(huán)境保護要求，使得對分離過程的開發(fā)提出了更高的要求。在用煤合成生產(chǎn)液態(tài)燃料的大出了更高的要求。在用煤合成生產(chǎn)液態(tài)燃料的大規(guī)模應(yīng)用中，也面臨著許多新的、不同于石油化規(guī)模應(yīng)用中，也面臨著許多新的、不同于石油化

52、工的分離問題。工的分離問題。45 現(xiàn)已普遍使用的許多化工分離技術(shù)如萃取、現(xiàn)已普遍使用的許多化工分離技術(shù)如萃取、吸附、離子交換、膜分離等仍是大有用武之地的。吸附、離子交換、膜分離等仍是大有用武之地的。對此，一個重要的方向是對此，一個重要的方向是加強對使用于分離過程加強對使用于分離過程的高分離因子、高選擇性、高容量、使用壽命長的高分離因子、高選擇性、高容量、使用壽命長易于再生循環(huán)使用的質(zhì)量分離劑（分離介質(zhì)）的易于再生循環(huán)使用的質(zhì)量分離劑（分離介質(zhì)）的研究研究，熱力學(xué)和化學(xué)在其研究中有重要的作用。，熱力學(xué)和化學(xué)在其研究中有重要的作用。另外，另外，加強對傳質(zhì)和傳遞現(xiàn)象、界面現(xiàn)象的研究，加強對傳質(zhì)和傳遞

53、現(xiàn)象、界面現(xiàn)象的研究，自動控制及計算機輔助過程應(yīng)用于分離工程的研自動控制及計算機輔助過程應(yīng)用于分離工程的研究究，對于強化分離過程的分離效果也具有重要的，對于強化分離過程的分離效果也具有重要的意義。意義。46生物能源的利用生物能源的利用 目前使用的化石燃料實際上是億萬年前通過生物轉(zhuǎn)目前使用的化石燃料實際上是億萬年前通過生物轉(zhuǎn)化的太陽能，按目前的消耗量，其儲藏終有枯竭之時?；奶柲埽茨壳暗南牧?，其儲藏終有枯竭之時。從可再生的生物資源中獲得液體燃料將是今后能源結(jié)構(gòu)從可再生的生物資源中獲得液體燃料將是今后能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。甘蔗等富含糖份和淀粉的植物是將中的重要組成部分。甘蔗等富含糖份和淀

54、粉的植物是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的理想植物。實際上，通過甘蔗制太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的理想植物。實際上，通過甘蔗制糖、發(fā)酵生產(chǎn)的乙醇，在一些國家已作為汽油的代用品糖、發(fā)酵生產(chǎn)的乙醇，在一些國家已作為汽油的代用品用于汽車燃料。然而要使這種燃料真正具有經(jīng)濟上的競用于汽車燃料。然而要使這種燃料真正具有經(jīng)濟上的競爭力，必須要解決爭力，必須要解決從發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇稀溶液中經(jīng)濟而低從發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇稀溶液中經(jīng)濟而低能耗的提取乙醇的分離技術(shù)，以降低生產(chǎn)成本和提高凈能耗的提取乙醇的分離技術(shù)，以降低生產(chǎn)成本和提高凈能量產(chǎn)出率能量產(chǎn)出率。雖然對此的持續(xù)研究不斷地取得進步，但。雖然對此的持續(xù)研究不斷地取得進步，但仍有待于更大

55、的突破。仍有待于更大的突破。 47可控核聚變能源的開發(fā)應(yīng)用可控核聚變能源的開發(fā)應(yīng)用 核聚變有可能成為二十一世紀的主要能源之一?？煽睾司圩冇锌赡艹蔀槎皇兰o的主要能源之一?？煽睾司圩儗⑹馆p核元素聚變成較重元素過程中釋放出的巨大核聚變將使輕核元素聚變成較重元素過程中釋放出的巨大能量可以利用。主要的核聚變?nèi)剂鲜请碗?。氚由鋰和中能量可以利用。主要的核聚變?nèi)剂鲜请碗?。氚由鋰和中子反?yīng)產(chǎn)生；氘在自然界以重水形式存在，可以從海水中子反應(yīng)產(chǎn)生；氘在自然界以重水形式存在，可以從海水中提取得到。據(jù)估計海水中共約有提取得到。據(jù)估計海水中共約有200200萬億噸重水，由此推算萬億噸重水，由此推算每升海水中含有的

56、核聚變能約相當于每升海水中含有的核聚變能約相當于300300升汽油的化學(xué)能。升汽油的化學(xué)能。因此可控核聚變?nèi)缒軐崿F(xiàn)，將成為幾乎用之不竭的能源。因此可控核聚變?nèi)缒軐崿F(xiàn)，將成為幾乎用之不竭的能源。 對此，對此，分離工程面臨的任務(wù)分離工程面臨的任務(wù)是：是：如何以巨大的處理量經(jīng)如何以巨大的處理量經(jīng)濟地從海水中提取濃度很低的重水，這需要對高效、高通濟地從海水中提取濃度很低的重水，這需要對高效、高通量、低成本的同位素分離富集方法進行持續(xù)的開發(fā)研究量、低成本的同位素分離富集方法進行持續(xù)的開發(fā)研究。48環(huán)境保護對分離工程提出的挑戰(zhàn)環(huán)境保護對分離工程提出的挑戰(zhàn) 環(huán)境保護是工業(yè)化社會中人們面臨的嚴峻問題。過去一百

57、年環(huán)境保護是工業(yè)化社會中人們面臨的嚴峻問題。過去一百年中，隨著工業(yè)化進程的發(fā)展，人類活動對環(huán)境的破壞顯著加劇，中，隨著工業(yè)化進程的發(fā)展，人類活動對環(huán)境的破壞顯著加劇，對人類生存環(huán)境的危害越來越大。對人類生存環(huán)境的危害越來越大。 對于工業(yè)生產(chǎn)中排出的廢氣、廢液、廢渣等污染物，常用的對于工業(yè)生產(chǎn)中排出的廢氣、廢液、廢渣等污染物，常用的處理方法是生物降解、化學(xué)降解和污染物的分離脫除。分離工程處理方法是生物降解、化學(xué)降解和污染物的分離脫除。分離工程在環(huán)境保護中起著重要的作用。由于污染物種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，在環(huán)境保護中起著重要的作用。由于污染物種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，環(huán)保分離技術(shù)必須針對這些特點進行開發(fā)研究

58、。環(huán)保分離技術(shù)必須針對這些特點進行開發(fā)研究。 許多分離單元操作已用于環(huán)境保護中，例如吸收用于從工業(yè)許多分離單元操作已用于環(huán)境保護中，例如吸收用于從工業(yè)燃燒廢氣中脫除二氧化硫；萃取用于從工業(yè)廢水中脫除酚和其它燃燒廢氣中脫除二氧化硫；萃取用于從工業(yè)廢水中脫除酚和其它有害有機物以及重金屬離子等；吸附和離子交換用于處理放射性有害有機物以及重金屬離子等；吸附和離子交換用于處理放射性廢水；膜分離方法用于處理汽車電泳廢水；液膜分離技術(shù)用于廢廢水；膜分離方法用于處理汽車電泳廢水；液膜分離技術(shù)用于廢水中重金屬離子的富集；等等。水中重金屬離子的富集；等等。49 進一步的開發(fā)研究還集中在對排放廢物的綜合利用上。例進

59、一步的開發(fā)研究還集中在對排放廢物的綜合利用上。例如對燃燒化石燃料產(chǎn)生的大量二氧化硫、二氧化碳等廢氣的脫如對燃燒化石燃料產(chǎn)生的大量二氧化硫、二氧化碳等廢氣的脫除、回收和綜合利用；其中，自工業(yè)革命以來，大氣中二氧化除、回收和綜合利用；其中，自工業(yè)革命以來，大氣中二氧化碳的含量增加了約碳的含量增加了約30，對地球溫室效應(yīng)的加劇產(chǎn)生了重要影，對地球溫室效應(yīng)的加劇產(chǎn)生了重要影響，是主要的環(huán)境污染源之一。同時，二氧化碳也是十分有用響，是主要的環(huán)境污染源之一。同時，二氧化碳也是十分有用的資源。開發(fā)其資源化技術(shù)，有效降低其排放，是分離工程面的資源。開發(fā)其資源化技術(shù)，有效降低其排放，是分離工程面臨的重大任務(wù)。目

60、前已有多種二氧化碳的脫除方法，如吸收法、臨的重大任務(wù)。目前已有多種二氧化碳的脫除方法，如吸收法、變壓吸附法和膜分離法等，用于各種工業(yè)過程中。但這些方法變壓吸附法和膜分離法等，用于各種工業(yè)過程中。但這些方法如直接用于環(huán)境治理中大量二氧化碳的脫除，還存在處理量小、如直接用于環(huán)境治理中大量二氧化碳的脫除，還存在處理量小、成本過高等問題。環(huán)境治理中脫碳、固碳的問題的解決還有待成本過高等問題。環(huán)境治理中脫碳、固碳的問題的解決還有待于更經(jīng)濟有效的分離過程的開發(fā)。于更經(jīng)濟有效的分離過程的開發(fā)。 根除污染物在生產(chǎn)過程中的產(chǎn)生是一種理想的環(huán)境保護方根除污染物在生產(chǎn)過程中的產(chǎn)生是一種理想的環(huán)境保護方法，即所謂的法