新型分離技術(shù)-第一章-前言課件

新型分離技術(shù)

NovelSeparationTechniques蘇延磊Tel:27890882E-mail:suyanlei@大量的銷毀問題奶粉，有無回收的可能性？分離技術(shù)：物理、化學(xué)、物理化學(xué)的手段。分離過程：分離裝置和分離劑。分離工程：工業(yè)規(guī)模。為什么研究分離過程？化工過程中，分離方面的投資占50-90％。能耗占絕大部分。過程工業(yè)的重中之重：節(jié)能減排1.分離技術(shù)的地位與作用分離技術(shù)在化工過程工業(yè)中的基礎(chǔ)地位。分離技術(shù)在日常生活中的作用。分離技術(shù)在環(huán)境保護中的作用。分離技術(shù)在人類健康中的作用。分離技術(shù)在能源再生與利用方面的作用。開發(fā)利用煤層氣不僅可從根本上防止煤礦瓦斯事故的發(fā)生、還可變害為寶，把煤炭開采過程中產(chǎn)生的煤層氣有效利用，增加潔凈的氣體能源。開發(fā)利用煤層氣可以有效減排溫室氣體、改善大氣環(huán)境。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，我國每年因采煤向大氣排放的甲烷氣體達190億立方米，約占我國工業(yè)生產(chǎn)甲烷排放量的1/3，已引起國際社會的普遍關(guān)注。變壓吸附法采用變壓吸附法是讓吸附質(zhì)在較高壓力下進行吸附操作，然后降低壓力使吸附質(zhì)脫附，用部分產(chǎn)品氣作為脫附?jīng)_洗氣。吸附過程是在壓力下進行的，再生沖洗一般在常壓下進行。變壓吸附具有能耗低、脫附時間短、操作方便等優(yōu)點，但其產(chǎn)品回收率比較低，只有40%～50%，因為吸附層中存在空隙，吸附時空隙中貯存的產(chǎn)品氣體在脫附階段被排放而損失掉，而且還需要用部分產(chǎn)品氣做沖洗之用。

燃燒脫氧法

燃燒的方法脫氧較為徹底，可以將含氧量降到0.5%以下。可缺點是設(shè)備比較復(fù)雜，在燃燒過程中還會增加原料氣中的CO2、CO、SO2以及H2S的含量。煤層氣通常含CO2很少，僅0.2%～0.5%，有的完全不含硫化物，可以用分子篩在脫水的同時就把CO2脫除。如果采用燃燒法脫氧，脫氧以后，又需要增加一套復(fù)雜的脫CO2、硫化物的醇胺脫酸設(shè)備，不僅增加了設(shè)備投資、增加了能耗，而且使操作更加不便，也不適合在煤礦采用。

低溫分離法低溫分離法的原理是先將氣體混合物冷凝為液體，然后再按各組分蒸發(fā)溫度的不同將它們分離，是最適合含氧煤層氣分離的方案。分離的產(chǎn)品純度最高；其次比較安全，分離過程在低壓和低溫下進行，不容易產(chǎn)生燃燒和爆炸；第三，這種方案最經(jīng)濟，因為要想生產(chǎn)液化天然氣，就必須把原料氣的溫度降到甲烷液化溫度，在降溫的過程中進行低溫分離，可以同時分離和脫除氧、氮，不需為脫除氧、氮增加額外的能耗。

2007年，北京贊成國際投資公司、中科院理化技術(shù)研究所和山西陽煤集團達成協(xié)議，共同開展日處理4300立方米煤層氣工業(yè)裝置實驗。雙塔實驗裝置于2007年7月建成。

“8月4日上午，進行了第一次聯(lián)合調(diào)試。氮氣壓縮機啟動了，透平膨脹機開始預(yù)冷。晚上8時許，煤層氣實驗設(shè)備的冷箱及分離塔的溫度降到了零下170攝氏度以下，開始向塔內(nèi)送入甲烷含量為35%的含氧煤層氣；晚上10時，甲烷塔開始積液。裝置中的液體甲烷濃度分析顯示儀顯示的甲烷濃度逐漸升高，當(dāng)濃度穩(wěn)定地顯示達到100%時，在場的試驗人員歡呼起來……這樣一種全新的試驗裝置，能在第一次聯(lián)調(diào)就調(diào)試出合格的液化天然氣產(chǎn)品….”

（1）科學(xué)發(fā)展與探索的需求。（2）資源利用與清潔生產(chǎn)的需求。（3）生態(tài)環(huán)境保護的需求。2.分離技術(shù)開拓與發(fā)展的必要性2.1古代分離技術(shù)

曬鹽、釀酒、吸附（活性炭）、中藥的浸取等都是古老的分離技術(shù)。2.3未來的分離技術(shù)節(jié)能（氫能、核能、風(fēng)能、太陽能等）。環(huán)保（水的循環(huán)再利用，三廢的資源再生等）。仿生（每個動物、每珠植物、每個微生物、每個細胞都是完美的分離體系）。和諧、生態(tài)化等。3.分離過程的分類（1）機械分離：場致分離。（2）傳質(zhì)分離：平衡分離和速度控制分離。（3）反應(yīng)分離：借助化學(xué)反應(yīng)、生物分解反應(yīng)、電化學(xué)分解反應(yīng)、光分解反應(yīng)等。世界最輕固體氣凝膠：耐高溫防炸彈將改變世界

2007年08月21日

07:20

新浪科技

氣凝膠俗稱“冷凍煙霧”，將硅膠中的水提取出來，然后用諸如二氧化碳之類的氣體取代水的方法制成的。有很好的隔熱能力，還能吸收象原油一樣的污染物。它由一位美國化學(xué)家于1931年在打賭時發(fā)明出來，但早期的氣凝膠非常易碎和昂貴。直到10年前美國宇航局開始對這種物質(zhì)感興趣，并讓其發(fā)揮更為實際的用途，這種材料終于走出了實驗室。

美國宇航局噴氣推進實驗室公布新聞公告說，氣凝膠主要由二氧化硅組成。在制作過程中，液態(tài)硅化合物首先與能快速蒸發(fā)的液態(tài)溶劑混合，形成凝膠，然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中烘干，并經(jīng)過加熱和降壓，形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，最終獲得空氣比重占99.8%的氣凝膠。1999年美國宇航局給其星塵(Stardust)號探測器裝備了一種塞滿氣凝膠的“棒球手套”，用于捕捉彗星尾部的塵埃。2005年，該探測器滿載塵埃樣本返回地球。2002年，美國宇航局創(chuàng)立的阿斯彭氣凝膠公司用氣凝膠為人類首次登陸火星時所穿的太空服研制保溫隔熱襯里，宇航員登陸火星預(yù)定于2018年進行。

卡納茨迪斯已經(jīng)研制出一種新型氣凝膠，用于除去水中的鉛和水銀。其它形式的氣凝膠可吸附溢出的油?？梢杂盟鼇硖幚硪恍┉h(huán)境災(zāi)禍。“4.1膜分離技術(shù)膜分離是人們所掌握的最節(jié)能的物質(zhì)分離和濃縮技術(shù)之一。凈化水給水20世紀(jì)60年代，誕生非對稱醋酸纖維素反滲透膜，實現(xiàn)大規(guī)模海水淡化。20世紀(jì)70~80年代，超濾、氣體分離進入工業(yè)實用。20世紀(jì)80~90年代，滲透汽化實現(xiàn)工業(yè)化。20世紀(jì)90年代，膜萃取、膜吸收、膜蒸餾進入化工領(lǐng)域。近幾年，膜促進傳遞、膜反應(yīng)器、膜傳感器、膜式燃料電池、控制釋放等迅速發(fā)展。膜過程的應(yīng)用領(lǐng)域（１）分離純化（氣氣分離，氣液分離，氣固分離，液固分離）。（２）控制釋放（醫(yī)藥和農(nóng)藥的緩釋，治療裝置）。（３）膜反應(yīng)器（化學(xué)和生物反應(yīng)器，生物傳感器，免疫隔離）。（４）能量轉(zhuǎn)換（燃料電池隔膜，電解器隔膜，固體電解質(zhì)膜）。4.2基于傳統(tǒng)分離方法的新型分離技術(shù)（1）超臨界萃取技術(shù)具有節(jié)能、無污染、可在溫和條件下完成的分離技術(shù)。近二十年來，被用于石油、醫(yī)藥、食品、香料等工業(yè)過程。（2）雙水相萃取提出酶和蛋白質(zhì)等生物制品，20世紀(jì)60~70年代發(fā)展的。（3）液膜萃取于1968年提出，1987年開展工業(yè)化嘗試。（4）分子蒸餾是在高真空下進行的蒸餾過程，具有溫度低、受熱時間短、分離程度高特點，適合分離高分子量、黏度大及熱穩(wěn)定性差、易氧化的物質(zhì)。（5）泡沫分離。（6）磁分離等。4.3膜與傳統(tǒng)分離方法的結(jié)合（耦合與集成技術(shù)）（1）膜萃取、膜吸收、膜蒸餾。（2）精餾與滲透汽化集成技術(shù)。已經(jīng)用于無水乙醇工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品純度高，節(jié)約投資40~80%。（3）錯流過濾與蒸發(fā)技術(shù)集成。1998年Mobil煉油廠采用膜技術(shù)與蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合，提高了潤滑油產(chǎn)率25%，運行成本為常用技術(shù)的1/3。（4）膜滲透與變壓吸附集成技術(shù)。大規(guī)模生產(chǎn)N2具有競爭力，特別是生產(chǎn)35%O2和95%以上的N2，比較經(jīng)濟。（5）催化反應(yīng)與蒸餾集成技術(shù)。（6）酯化反應(yīng)-滲透汽化集成技術(shù)。（7）膜基化學(xué)吸收集成技術(shù)。5.選擇分離技術(shù)的一般原則（1）選擇的基本依據(jù)（物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、目標(biāo)產(chǎn)物的價值與處理規(guī)模等）。（2）工藝的可行性與設(shè)備的可靠性。（3）過程的經(jīng)濟性（效率與效益）。分離的基本依據(jù)分離過程得以進行的關(guān)鍵因素是混合物中目標(biāo)產(chǎn)物與雜質(zhì)的性質(zhì)差異。物理性質(zhì)：（1）基本物理性質(zhì)：分子質(zhì)量、分子大小與形狀、溶點、沸點、密度、蒸氣壓、滲透壓、溶解度、臨界點。（2）力學(xué)性質(zhì)：表面張力、摩擦因子。（3）電磁性質(zhì)：分子電荷、電導(dǎo)率、電離電位、分子偶極矩、極化度、磁化度。（4）傳遞特性參數(shù)：遷移率、離子淌度、擴散系數(shù)、滲透系數(shù)?；瘜W(xué)性質(zhì)：分配系數(shù)、平衡常數(shù)、解離常數(shù)、反應(yīng)速率、配合常數(shù)等?？股靥娲返闹苽潆S著抗生素使用越來越泛濫，造成大量耐藥菌種的變異和傳播，使得很多價格低廉、曾經(jīng)療效顯著的多種抗生素，已經(jīng)對許多患者起不到治療的效果。由于治不好病，醫(yī)師只能更新品種并加大劑量，客觀上卻進一步加重了抗生素濫用的情況。

噬菌體抗菌肽溶菌酶貴過鉆石的抗菌肽

抗菌肽具有良好的抗真菌、抗病毒、抗腫瘤的作用。最直接的開發(fā)利用方法是通過大量養(yǎng)殖，利用昆蟲發(fā)育快、繁殖量大的特點，提取大量抗菌肽。由于技術(shù)方面的原因，目前提取和分離過程較復(fù)雜。如果利用基因工程人工合成，在體外重組和表達抗菌肽基因，則代價更為高昂?，F(xiàn)有技術(shù)提純的“抗菌肽”成本已超過鉆石的價格。如何進一步發(fā)明新的提取和分離技術(shù)，已成為“抗菌肽”研發(fā)的又一主攻方向。

從水母中分離的具有抗氧化活性的蛋白及其應(yīng)用獲國家發(fā)明專利

由中國科學(xué)院海洋研究所李鵬程研究員等完成的“從水母中分離的具有抗氧化活性的蛋白及其應(yīng)用”，2007年7月4日獲國家發(fā)明專利授權(quán)。

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

2007年8月22日分離步驟為：將水母絞碎細胞破碎后，加入磷酸緩沖溶液中，2-6℃浸泡0.5-2h；轉(zhuǎn)速10000-20000rpm，離心10-30min，取上清液；磷酸緩沖溶液二次浸取，轉(zhuǎn)速10000-20000rpm，離心10-30min；合并兩次離心的上清液；用凝膠過濾層析法，將合并的上清液分離，得到兩類水母蛋白；它們屬于天然抗氧化劑，抗氧化活性高，能夠抑制超氧陰離子自由基(O2-)、羥自由基(OH)的產(chǎn)生，防止紅細胞因過氧化氫氧化溶血和肝脂質(zhì)過氧化。

該發(fā)明具有如下優(yōu)點：一是抗氧化活性高。水母蛋白抗氧化活性高，可作為抗衰老藥物的藥源，同時也為天然食品添加劑的研制提供新途徑。二是無毒害。水母蛋白屬于天然抗氧化劑，對人、畜均無毒害。三是生產(chǎn)成本低。水母蛋白利用了水母這種豐富的海洋生物資源，為水母這種低值資源獲得高值化發(fā)展提供了新的途徑。

活性氧自由基對機體具有巨大的損傷作用，如會引起蛋白質(zhì)損傷、酶失活、膜質(zhì)過氧化，導(dǎo)致衰老、腫瘤、動脈粥樣硬化等許多疾病的發(fā)生。水母蛋白結(jié)構(gòu)新穎獨特，具有多種生物活性，如酶活性、影響離子運轉(zhuǎn)，抗氧化活性等。我國水母資源豐富，從海南島、廣東、山東，一直到遼寧沿海均有分布。對水母蛋白進行研究，使水母這種低值生物資源獲得