化工单元操作技术最新进展

贾利侠

(大同煤炭职业技术学院，山西 大同 037003)

1 化工单元操作技术概述

每个化工产品在生产的过程当中都有相同的物理变化，并且会使用比较类似的设备，然后经过一系列的物理操作，这被称之为单元操作。单元操作的方法有很多种，一般将单元操作分为蒸馏、萃取、传热、蒸发、输送、膜分离、沉降、吸收、吸附以及过滤等内容。随着化工工艺生产需求的不断提高，新的单元操作在不断的产生。新的单元操作在原有单元操作的基础上进行了创新，并且融合了传统的单元操作，在这基础之上不断的产生新的单元操作方法。

2 干燥分析

通过热能将湿物料中的湿分以及水分进行去除，这一过程就是干燥。在生产化工产品时，干燥的效果与本身的物料以及干燥器有一定的关系。工作人员在选择设备、干燥方法时，需要根据产品的质量以及物料性质的要求。现阶段干燥已经成为一个比较成熟的行业，在我国化工行业中发挥的作用越来越突出，不仅提供了众多的干燥设备，而且使能耗、劳动强度得以降低。现阶段发展起来的新型技术有超临界流体干燥、冷冻干燥[1]。

2.1 超临界流体干燥

湿凝胶干燥的问题经常会出现在气凝胶制作的过程中，如果使用以往的方法对湿凝胶进行干燥，就会出现凝胶收缩、凝胶破裂的情况。超强渗透能力、超强的溶解能力是超临界流体的特征，并且其具备较高的传质速度，这些特质可以使有机溶质在短时间内被快速的溶解，它可以使凝胶结构不被破坏。

常用的超临界流体就是CO2。在超临界流体干燥的过程当中，从高压储罐中释放出CO2，通过低温使其变为液态二氧化碳，将其与固体物料结合在一起，等到一段时间之后，超临界二氧化碳会与物料中的部分有机溶剂融合在一起，进而实现固体物料得到。除此之外，需要将剩余的物料通过节流膨胀的方式进行处理，这时干燥室的压力就会被降低，有机溶剂就难以与CO2进行溶解，进而使有机溶剂逐渐从CO2中分离出来，并汇于干燥室的底部。

2.2 冷冻干燥分析

取出需要进行干燥的物料，先将其冷冻成固体，在这期间水的升华性能得到了充分的利用。在低温的环境当中，物料会逐渐脱水，慢慢的实现了物料的干燥。一般情况下，冰在加热的过程中，先会变成水，然后变成气态。如果冰在加热的过程中压力处于610.5 Pa之下，固态的冰在加热过程中会直接转化为气态，这就是真空冷冻干燥的原理，这一原理主要是根据水相转的过程，因此，这种干燥技术只可以使用在含水物料的干燥过程[2]。

一般情况下，在冷冻干燥机中实施物料的干燥过程。干物料在-10 ℃～-50 ℃之间会冻结成固体，然后将其放置在真空下加热，使物料中的水分直接升华成气态，进而实现物料干燥的目的。冷冻干燥技术集合了干燥、真空以及冷冻等技术，其中涉及了多个领域的最新技术，但是该技术具有：能耗大、成本高、设备复杂的特征。

3 蒸馏分析

一般混合液的分离需要使用的蒸馏技术，该技术由冷凝与蒸发两个单元组成。其将物体的挥发度不同的特点进行了充分利用，实现了液体混合物的分离。组分之间存在一定范围内的沸点差才可以实施蒸馏操作，并且液体混合物在整个蒸馏的过程中受热的时间较长。因此，这方法不能使用在组分之间沸点较小的液体混合物当中，也不能使用在热敏感的物料中，而最近几年出现的蒸馏方法可以将这些问题进行解决。

3.1 分子蒸馏

于分子蒸馏设备当中，在蒸发面中分散混合物料，将冷凝面设置在特定的位置上，蒸馏设备中的重分子一直处于冷凝面的下方，而轻分子则会在冷凝面的上方不断的进行冷凝，并且这些轻分子会不断聚集，从而使轻重分子得以分离，使混合液完全分离的目的得以实现。可见，物料中的分子平均自由程具有较大的差异，进而实现更好的蒸馏效果。同时，蒸馏系统使冷凝面、蒸发面的温度差得以保持，进而实现更好的蒸馏效果[3]。

3.2 膜蒸馏

膜蒸馏中一般会使用疏水微孔膜，膜的两侧分别同热混合液、冷混合液进行接触，热侧混合液中的部分组织会汽化，并进入冷侧然后形成液相，其它组分会被热侧的水膜所阻挡，从而使混合物分离得以实现。

一般在膜蒸馏器中开展膜蒸馏过程。膜蒸馏器一般因其蒸汽扩散形式的不同分为真空式、直接冷凝式、气扫式以及气隙式。不同的膜蒸馏器具有不同的特点，直接冷凝式是其中结构比较简单，并且渗透量比较大的一种方法，主要用到主原料为水的物料当中。

一般膜蒸馏只需要在正常的压力下进行实施，所以这种操作方式是比较简单的。膜蒸馏与传统的蒸馏方法相比具有无可比拟的优势，其使用的设备相对简单，并且经过蒸馏之后获得的液体更加的纯净。膜蒸馏的操作水平比较高，在操作的过程中只需要耗费较少的能量。因膜蒸馏的这些特征被广泛的应用，现阶段其被应用在超纯水制备、废水处理等方面。

4 萃取分析

萃取有两种方式分别为固液萃取和液液萃取。固液萃取是通过溶剂把固体中的一种化合物分离出来的方法，也可以叫做浸取。物质在不同的溶液中会有不同的溶解度、分配系数，物质会从其中的一种溶剂中转移到另一种溶剂中，这就是液液萃取。在化学实验中萃取是对化合物进行提纯的主要方法之一。

4.1 双水相萃取

双水相萃取是在液液萃取的基础之上产生的。当分离蛋白质类的生物活性物质时，由于原液的浓度比较低，所以在分离时对环境要求非常严格，以往的液液萃取，不能完全符合要求，双水相萃取成功的解决了这一难题。

相对于人们普遍使用的液液萃取而言，双水相萃取使用到的设备更加简单，分离的过程更加温和，因此，其具有较高的传质效率。另外，双水相体系中水的含量非常高，所以生物活性能够保持一定的水平。当前，双水相萃取的技术使用非常广泛，其中最常见的有药物分析、生物制品的分离等等[4]。

4.2 超临界流体萃取

超临界流体萃取其实是在固液萃取发展到一定程度产生的。流体在超临界状态时，它的溶解能力、密度和液体相似，然而它的传质性、迁移性和可压缩气体相似，流体的密度受温度和压力的影响非常严重，微小的变化都可能造成流体产生极大的影响，这就使流体的物理参数被改变，从而实现了分离的效果，这就是所谓的超临界流体萃取原理。

和以往的固液萃取相比较，超临界流体萃取具备很多优点，其中包括溶解性好、速度快、选择性好，同时在一定程度上降低了对有效成分的破坏。当前，此技术主要应用在烟草行业、食品行业、化工行业等。

5 结语

通过对单元操作领域的蒸馏、干燥、萃取等方面的新技术进行详细介绍，反映出当前化工工艺的水平，通过本文的介绍对化工及相关产业的发展有一定推动作用，进而提高化工产品的品质与效率。