高等分离工程课程总结

成绩

中国矿业大学士研究生课程考试试卷考试科目

考试时间

学生姓名

学号2016-01-04TS15040124P2丁玉所在院系任课教师

中国矿业大学研究生院培养管理处印制

高等分离工程总结

分离是指在化工、医药等生产过程，利用物理、化学等手段将混合物分开得到其中的纯物质或组成不同的新的混合物的操作。被分离物可以是均相，也可以是多相；被分离物可以是原料，可以是排放物，也可以是中间产品或最终产品。分离目的可以是对原料净化，也可以是对产物提纯，也可以是对排放物进行回收。可以说，分离过程在化工生产中华无处不在，分离工段对化工生产的产品质量、生产经济效益、过程的安全和可靠性具有决定的意义。《高等分离工程》课程的主要内容分为特殊精馏，特殊萃取，吸附、离子交换及层析分离技术，膜分离技术以及其他分离技术这五部分的内容，侧重阐述了这些方法特点、原理、研究现状与应用等。

一、特殊精馏

精馏是关键共性技术，已经被广泛应用了200多年，从技术和应用的成熟程度考虑，目前是工厂首选分离方法。精馏利用的原理是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分(轻组分)不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断的分离。挥发度差别越大，分离越容易。但是若待分离组分挥发度很接近（如小于1.05）；或完成分离在经济上不合理或操作上难以实现；或形成恒沸物；或必须采用特殊方法改变物质的相对挥发度等，否则利用普通精馏方法难以实现。这种向体系中加入一种适当的新组分，通过与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系统变得易于分离的精馏方法称为特殊精馏。特殊精馏可以分为恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏、加盐精馏、吸附精馏、膜精馏、分子蒸馏、水蒸汽精馏、其他等。

1. 恒沸精馏

某一种溶液，在一定的压力下进行汽化时，与液相成平衡的气相的组成和液相组成相等的现象称为恒沸现象。恒沸精馏就是利用恒沸现象改变组分的相对挥发度使系统变得易于分离。如果料液本来不会形成恒沸物，添加恒沸剂则形成沸点比各组分均低的恒沸物。就可以用蒸馏的方法使之与其余组分分离。如果料液的某些组分能够形成恒沸物，则与添加剂形成的新恒沸物的沸点低于原恒沸物。这样，添加剂的加入使料液中的一个组分全部进入恒沸物，从塔顶馏出，而塔底则可得到基本不含该组分的产物。若馏出的恒沸物的冷凝液是非均相的，则先用倾析，再用普通精馏进一步分离。

对于恒沸剂的选择一般要满足：（1）至少应与原溶液的组分之一形成一个恒

沸物，其恒沸温度应显著地低于原溶液组分的沸点或原溶液恒沸物的恒沸点，以增大恒沸物与原溶液之间的相对挥发度。（2）所形成的恒沸物中恒沸剂的含量越低越好，可以节省操作费用。（3）应具有较小的汽化潜热，以降低蒸发所需要的热量和冷凝所需要的冷剂用量，降低能耗。（4）恒沸剂要容易回收以循环使用。（5）恒沸剂本身的热稳定性要好，不发生化学反应。（6）恒沸剂要无腐蚀性，无毒性；价格便宜，容易得到。

恒沸精馏与其它过程复合：热泵-恒沸精馏，恒沸-萃取精馏等。

2. 分子蒸馏

分子蒸馏又称短程蒸馏，于高真空（一般为10-4Pa 的数量级）下进行的一种蒸馏过程。分子蒸馏出现的背景是由于常规蒸馏不适合热敏性物系，所以对于热敏物系的蒸馏，我们必须降低蒸发过程的分离温度、缩短物料的受热时间，由此出现了分子蒸馏。

分子蒸馏的原理是：根据分子运动理论，液体混

合物受热后分子运动会加剧，当接受到足够能量时，

就会从液面逸出成为气相分子。随着液面上方气相分

子的增加，有一部分气相分子返回液相。在外界条件

保持恒定的情况下。最终会达到分子运动的动态平衡，

从宏观上看即达到了平衡。分子蒸馏的分离作用就是

依据液体分子受热从液面逸出，不同种类分子逸出后，

在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的。

分子蒸馏必须满足以下两个条件：（1）重分子的

平均自由程必须要有差异，且差异越大越好（2）蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。

分子蒸馏具有操作温度低、受热时间短、分离效率高等优点，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离。分子蒸馏也有设备成本过高、结构复杂、设计技术要求高等缺点，在大规模生产应用中有不少困难。

目前分子蒸馏主要应用于（1）医药行业：维生素提取分离、精制，不饱和脂肪酸的分离纯化，中药成分提取；（2）食品行业：脂肪酸及其衍生物的分离提取、天然色素的分离提取、抗氧化剂的分离提取、食品添加剂的分离提取；（3）精细化工行业：石油油渣及其类似物的分离、油脂脱酸、脱色，聚合体提纯；（4）香料工业等。

3．萃取精馏

萃取精馏是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改善被分离组分间的汽液平衡关系，使原来体系组分之间的相对挥发度增加，从而达到分离要求过程。常用于分离各组分挥发度差别很小的溶液。

特点：①为了使塔内萃取剂的浓度维持某一较高的恒定值，需要在进料口之上的塔顶部某处加入萃取剂，一般在萃取剂的加入口之上还要再设计几块回收上升蒸气中萃取剂的塔板（该段称为溶剂回收段）。②为了使萃取剂循环使用，除了萃取精馏塔之外，还需要回收溶剂的溶剂回收系统。

萃取精馏与恒沸精馏的比较，共同点：（1）都加入第三组分，形成非理想溶液；（2）都使得相对挥发度增大。不同点：（1）萃取精馏形成恒沸物，从塔顶蒸出；（2）萃取精馏不形成恒沸物，从塔釜离开。

萃取精馏与恒沸精馏相比的优点：（1）萃取剂比恒沸剂易于选择；（2）萃取精馏时萃取剂在精馏过程基本不汽化，其能耗比恒沸精馏少；（3）萃取精馏中萃取剂的加入量可调范围大，比恒沸精馏易于控制，操作灵活。缺点：（1）萃取剂不宜间歇操作，恒沸精馏可以；（2）恒沸精馏操作温度比萃取精馏低，更适合热敏性溶液。

萃取精馏的工业应用：萃取精馏分离环己烯。

4．加盐精馏

加盐精馏的原理和萃取精馏相似，只是添加剂用不挥发的可溶性盐。对盐在其中溶解度较大的组分，它的分子与盐分子之间的作用力较大，挥发度降低的程度也较大；反之溶解度较低的组分，挥发度降低的程度也较低。因此，相对挥发度比未加盐时显著增大，从而有利于采用蒸馏的方法予以分离。对一些能够形成恒沸物的溶液，加盐使相对挥发度发生变化，能够使恒沸物的组成改变或消除恒沸物，从而使分离容易进行。

加盐精馏的优点：（1）盐是完全不挥发的，易在塔顶得到很纯的产品；（2）用少量的盐即可取得显著效果；（3）可缩小设备尺寸和降低热能消耗，过程经济性较高；（4）盐的选择范围广。

加盐精馏的缺点：（1）在连续操作中固体盐的输送、溶解远不如液体方便；（2）有些物系还存在一些具体的技术问题（如易于堵塞设备等）;(3)因此加盐精馏在工业上的应用不多。

目前将加盐精馏和萃取技术结合，形成加盐萃取精馏，即：将盐加入到萃取

精馏的萃取剂中，这样既利用盐效益，又克服加盐精馏中固体盐回收、输送等困难。加盐萃取精馏的流程和普通萃取精馏的流程完全相同。含盐的液体溶剂在输送、回收等方面和普通萃取精馏中的液体溶剂一样，既能够发挥盐的显著增加相对挥发度的作用，又能克服固体盐在回收和输送中的困难，因此，这种方法已经在醇-水和酯-水等体系的分离中得到了应用。

5. 水蒸气蒸馏

水蒸气精馏是指有饱和水蒸气存在条件下的精馏。水蒸气精馏的实现只须在塔釜将水与待分离物系同时加热或者直接通入饱和水蒸气即可。

应用：(1)松脂加工：即对采集的松脂进行水蒸气蒸馏，得到液态的松节油和固态的松香；(2)从植物叶茎中提取香精油；(3)水蒸气蒸馏与溶剂萃取(或固相吸附) 相结合测微量物质；(4)从沉积物中提取油；（5）从中药中提取挥发油；(6)在煤焦油和石油工业中回收苯类化合物(7)脂肪酸，食用油，聚酯类(高沸物) 的除臭、降酸度；(8)用减压水蒸气蒸馏精制二甲基硫代磷酰胺。(9)高压水蒸气蒸馏从含磷残渣中回收和提纯磷。

6．反应精馏

化工生产中，反应和分离两种操作通常分别在两类单独的设备中进行。若能将两者结合起来，在一个设备中同时进行，将反应生成的产物或中间产物及时分离，则可以提高产品的收率，同时又可利用反应热供产品分离，达到节能的目的，反应精馏就是这样的一个过程。

反应精馏的应用：反应精馏技术的工艺研究现状反应精馏技术经历了近70年的发展，已在醚化、加氢、烷基化、醋化、醋交换、皂化、水解、卤化、胺化、乙酞化、硝化及脱水等反应中得到了应用。目前许多工艺已较成熟，且借助于计算机模拟手段，研究范围得到进一步扩大。

7．吸附精馏

吸附与蒸馏操作在同一吸附蒸馏塔中进行，提高了分离因数；又使蒸馏与脱附操作在同一蒸馏脱附塔中进行，强化了脱附作用。

8．膜精馏

膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触(称为热侧) ，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧) ，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。

研究技术应用：（1）高盐度废水的处理，包

括RO 废水的处理、油田高盐废水的处理、循

环水排污水的处理、环氧树脂行业废水的处理

（2）含挥发性有机物废水的处理。包括含氰废

水的处理、含酚废水的处理、含丙烯腈废水的

处理、低碳醇废水的处理、脱除回收废水中的

氨。

二、特殊萃取

传统的有机萃取又称液液萃取，是一种常见的化工单元操作，广泛用于分离和提纯化学工业中的有机物。具有连续操作、分离效果好、能耗低，易于自动控制的特点。随着精细化工、生物化工、高分子化工等进一步发展和对其产品精细分离的纯度要求越来越高，为了适应各种工艺要求，相继出现了一些新型的萃取分离技术，如化学萃取、膜萃取、凝胶萃取等。这些方法在生产上得到一定规模的应用，发展前景广，各具特色。

1.化学萃取

溶质和萃取剂之间发生化学反应，称为化学萃取。化学反应类型有：络合反应、阳离子交换反应、离子缔合反应、加和反应、带同萃取反应五种。主要用于处理制药部分化学工业的有机废水。

2.膜萃取

膜萃取是膜技术与萃取过程相结合的新型膜分离技术，又称固定膜界面萃取。中性分子通过扩散溶入吸附在多孔有机液膜上，再进一步扩散进入萃取相中，中性分子受萃取相中化学条件的影响又分解为离子（处于非活化态）而无法再返回液膜中，结果使被萃取相中的物质（离子）通过液膜进入萃取相中。

膜萃取技术具有减少萃取剂在料液中的夹带损失、料液不受溶剂流动的影响、过程免受“反混”的影响和“液泛”条件的限制等特殊优点，已经开展了大量的应用研究。主要集中在防止溶剂污染、有机废水处理、金属萃取和生化产物及药物的萃取以及膜萃取生物降解反应器和酶反应器等。

3.凝胶萃取

利用凝胶对外界环境（PH值、温度、电场）或离子强度、官能团等的变化引起凝胶的溶胀或收缩，实现选择性萃取或化学阀功能。

分离过程简单主要有三步：混合/溶胀与吸收，固液分离，皱缩再生。应用:①对牛血清、葡聚糖、碱性蛋白酶以及某些激素等溶液进行浓缩②对牛血清蛋白和牛血红蛋白的分离。4.超临界萃取

利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的一种化工新技术。超临界流体没有明显的气液分界面,既不是气体,也不是液体,是一种气液不分的状态,性质介于气体和液体之间,具有优异的溶剂性质,粘度低,密度大,有较好的流动、传质、传热和溶解性能。流体处于超临界状态时,其密度接近于液体密度,并且随流体压力和温度的改变发生十分明显的变化,而溶质在超临界流体中的溶解度随超临界流体密度的增大而增大。超临界流体萃取正是利用这种性质,在较高压力下,将溶质溶解于流体中,然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度,使溶解于超临界流体中的溶质因其密度下降溶解度降低而析出,从而实现特定溶质的萃取。

目前为止，已研究过作萃取剂使用的流体主要有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、二氧化碳等。一般说来，氨的萃取温度范围较窄(133～150℃)，但极性较强，适合萃取极性化合物，如碱性氮化物等。但氨的溶解力很强，使用高压泵来压缩氨是较危险的，因为氨几乎能溶解泵的密封设施。乙烷极性较弱，应用不广。笑气(N 2O) 具有和CO 2相似的性能，萃取温度范围在(36～150℃)，极性中等，

但N 2O 有麻醉作用。故目前应用最广泛的SCF 溶剂是CO 2。

超临界流体萃取过程是一类传质分离过程，则一些传统分离技术的强化措施有可能用于超临界流体萃取过程。例如，一些研究者利用超声波、微波和电场等来强化超临界流体萃取过程。当前，有关超临界流体萃取主要集中在得率上，强化研究还有很多工作要做。

由于欲萃取物质的各类繁多，性质迥异，只采用单一的分离单元操作通常不能满足产品纯度要求，因此可考虑将超临界流体萃取技术与其他分离技术（如精馏、膜分离等）耦合起来，以形成更为高效的复合分离技术。

5.双水相萃取

双水相萃取技术(Aqueoustwo-phase extraction, ATPE)是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水溶液混合在一起,由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性形成两相,是近年来引人注目,极有前途的新型分离技术。双水相萃取与一般的水-有机物萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同，物质进入双水相体系后，由于分子间的范德华力、疏水作用、分子间的氢键、分子与分子之间电荷的作用，目标物质在上、下相中的浓度不同，从而达到分离的目的。

已成功应用于蛋白质、生物酶、菌体、细胞、细胞器、亲水性生物大分子、氨基酸、抗生素以及生物小分子等的分离、纯化。

双水相萃取可与磁场增强、超声波增强、微胶囊、生物转化和电泳等技术结合。磁场增强双水相分离技术是指在双水相体系中添加磁性粒子，萃取过程中借助磁场作用加速分离，减少分相时间，磁性的纳米粒子还具有特异性结合部分蛋

白质和DNA 的作用。超声波增强双水相分离技术是指利用超声波加速双水相体系中固体小颗粒小液滴的富集作用，减少分相时间。微胶囊双水相技术是指借助于微胶囊内外表面的亲水性差异萃取分离，该技术可以避免被萃取物被高温氧化聚合，提高分离效率。双水相电泳就是将传统的溶解技术与电泳结合起来，由于双水相具有生物相容性，所以双水相电泳为生物分子的成功分离提供了很好的方法。

当前主要对新萃取体系的开发、工艺优化、萃取剂回收、体系分相技术、萃取设备和基础理论进行研究,更显示出双水相分离技术在生物物质分离的独特优点。总之，双水相萃取技术在食品工业、生物学研究和生物工程方面有着巨大的应用发展前景。

6.胶团与反胶团萃取

胶团萃取—被萃取物以胶团或者胶体形式从水相被萃取到有机相溶剂的萃取方法。它既可用于无机物的萃取，也可用于有机物的萃取。

当向水溶液中加入表面活性剂达到一定浓度时就会形成表面活性剂聚集体，即胶团。胶团分为正（向）胶团和反（向）胶团。正胶团是在极性溶液中形成的，其亲水性的极性端向外指向极性溶液（如水），疏水性的非极性“尾”向内相互聚集在一起。反胶团是指向非极性溶剂中加入表面活性剂时，当表面活性剂的浓度超过临界胶团浓度时，会在非极性溶剂内自发形成亲水头部向内、疏水尾部向外的具有极性内核的表面活性剂聚集体。

目前,普遍认为反胶团萃取的机理四种:（1）静电性相互作用。在反胶团萃取中,水相偏离蛋白质的等电点使蛋白质带上正电荷或负电荷,这样与表面活性剂发生静电的相互作用,而水相的离子浓度会影响这种静电相互作用。（2）立体性相互作用。主要是影响反胶团尺度大小的因素,如表面活性剂浓度、含水率等。显然,当蛋白质的体积大于反胶团的体积时,反胶团是无法萃取的。（3）疏水性相互作用。当不利于蛋白质萃取的条件时,一定量的蛋白质也会被萃取,此时蛋白质的疏水基起着很大的作用。（4）特异性相互作用。主要是亲和配体之间存在特异性作用。

应用于蛋白质分离，如牛血清蛋白、α-胰蛋白酶和细胞色素C，以及溶菌酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶。

7.微波与超声辅助萃取

微波萃取是利用电磁场的作用使固体或半固体物质中的某些有机物成分与基体有效的分离，并能保持分析对象的原本化合物状态的一种分离方法。超声波萃取利用超声波辐射压强产生的强烈空化应效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行。

超声辅助萃取的特点是：(1)提取效率高，超声波独具的物理特性能促使植物细胞组织破壁或变形，使中药有效成分提取更充分，提取率比传统工艺显著提高达50-500%。（2）提取时间短，超声波强化中药提取通常在20—40分钟即可获得最佳提取率，提取时间较传统方法大大缩短2/3以上，药材原料的处理量大。（3）不需要高温，能耗低，超声提取中药材的最佳温度在40—60℃，对遇热不稳定、易水解或氧化的药材中有效成分具有保护作用，同时大大节约能耗。

（4）适应性广，超声提取中药材不受成分极性、分子量大小的限制，适用于绝大多数种类中药材和各类成分的提取。（5）提取药液杂质少，有效成分易于分离、纯化。（6）提取工艺运行成本低，综合经济效益显著。（7）操作简单易行，设备维护方便。

超声提取技术在中药及天然产物提取多糖类、黄酮类和皂苷类等成分。研究进展，一方面实现MAE 技术与其他分离分析仪器的在线实时联用，提取并分析中药有效成分，将能更好地实现中药现代化；另一方面，利用微波辅助萃取的优势，结合其他分离技术，如精馏纯化有效成分，可以实现新的分离分析技术。

8.液膜萃取

液膜萃取也称液膜分离，是将第三种液体展成膜状以隔开两个液相，使料液中的某些组分透过液膜进入接受液，从而实现料液组分的分离。

与传统的溶剂萃取相比，液膜萃取优点有:（1）传质推动力大，所需分离级数少。理论上讲，只需一级即可实现完全萃取。（2）试剂消耗量少，其试剂消耗量比溶剂萃取低一个数量级。（3）逆其浓度梯度传递效应，同步分离与浓缩。通过供能离子与传递载体共同作用，目标产物可由低浓度区向高浓度区运输。（4）萃取与反萃取同时一步进行。（5）传递速率高。目标产物在液膜中传递距离短，很快达到萃取平衡。（6）选择性好。膜只允许某一个或某一类离子通过。

液膜萃取技术成功应用于石油化学（分离庚烷和甲苯、庚烷和乙苯、正辛烷和乙苯等）、冶金工业、海水淡化、废水处理和综合回收、医学、生物学等方面。

三、吸附、离子交换及层析分离技术

1吸附分离技术

吸附分离是利用混合物中各个组分在吸附剂固体表面吸附能力差异来进行分离的操作。吸附是一个表面传递过程，当气体或液体分子与多孔固体表面相接触时，由于固体表面与气体分子或液体分子之间作用力大于分子之间作用力时，气体或液体分子会积聚在固体表面，这种现象称为吸附。吸附的逆过程为脱附过程。按照吸附作用力不同将吸附分成物理吸附和化学吸附。工业用主要吸附剂：活性炭，硅胶，活性氧化铝，沸石分子筛，碳分子筛，活性碳纤维，聚酰胺，大孔吸附树脂。

吸附分离按照设备不同可以分为固定床吸附分离、流化床吸附分离、膨胀床

吸附分离、移动床吸附分离、模拟移动床吸附分离、参数泵吸附分离。固定床吸附分离是常见的吸附分离工艺，吸附器多为圆柱形立式设备，在内部支撑的格板或多孔板上，放置吸附剂成为吸附剂床层，当流体通过时，吸附质被吸附在吸附剂上，其余流体由出口流出。流化床分离主体设备为双体流化床，由吸附单元和脱附单元组成含有吸附质的流体由吸附床底部进入，由下而上流动，使向下流动的吸附剂流态化，净化后的流体由吸附塔顶排出，吸附了吸附质的吸附剂由吸附塔底部排出进入脱附单元顶部，在脱附单元，用加热吸附剂或其他方法使吸附剂再生解吸，再生吸附剂返回流化床顶部继续进行吸附过程。膨胀床是液固相返混程度较低的液固流化床。同时兼顾了固定床和流化床的优点，又克服了两者的一些缺陷。吸附剂床层比固定化床孔隙率高，允许菌体细胞或细胞碎片自由通过。可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液，回收其中的目标产物，从而可节省离心或过滤等预处理过程，提高目标产物收率，降低分离纯化成本。吸附剂粒子基本悬浮于固定位置，液体的流动与固定床相似，接近平推流，吸附效率高。要求吸附剂有一定粒径或密度分布，可形成稳定膨胀床。

吸附分离按照操作条件分为变压吸附和变温吸附。

变压吸附是在较高压力下进行吸附，在较低的压力下（有时甚至在真空压力下）使吸附组分解吸出来的循环操作。分离气体基本原理是利用吸附剂对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异, 以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特性, 在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程, 降压脱附被分离吸附的各种组分, 从而实现气体分离以及吸附剂循环使用的目的。变压吸附的应用：从各种含氢气源中提纯氢气；从各种富含二氧化碳的气源中生产各种等级的气体或液体二氧化碳；从富含一氧化碳的气源中提纯CO ；合成氨变换气脱除二氧化碳；天然气的净化脱除C2及以上组份；空气分离制富氧；空气分离制富氮；从煤矿瓦斯气中浓缩甲烷；浓缩和提纯乙烯。

变温吸附分离是根据待分离组份在不同温度下的吸附容量差异实现分离, 由于采用温度涨落的循环操作, 低温下被吸附的强吸附组份在高温下得以脱附, 吸附剂得以再生, 冷却后可再次于低温下吸附强吸附组份。其过程可从吸附等温线上很好的表示出来。变温吸附循环操作不象变压吸附那样需要较多的吸附床。通常在两个平行的固定床吸附器中进行，一个在环境温度下吸附，另一个在较高温度下解吸，使吸附床层得到再生。吸附操作主要包括三步，压力下吸附，加热再生和冷吹，加热再生主要用热空气或水蒸汽，冷吹采用空气或氮气。变温吸附应用：（1）气体干燥：在石油化工生产过程中，气体干燥是重要的预处理过程，这主要是气体中含有的水分会造成反应的催化剂中毒，和有机物结合形成水合物堵

塞管道，对生产造成危害。气体干燥用的吸附剂主要有硅胶，活性氧化铝，沸石分子筛和吸附树脂等，其中以活性氧化铝，沸石分子筛最为常用。（2）有机溶剂脱水：使用的吸附机主要剂主要是活性氧化铝，沸石分子筛和吸附树脂。（3）溶剂回收：在化工生产中涉及到烃加工过程，在此过程中排放含有低浓度溶剂的废气，污染环境和浪费资源，采用变温吸附可用于回收其中的溶剂，常用吸附机有活性炭和活性炭纤维。回收的溶剂主要有苯、甲苯、二甲苯和氯代烃。（4）废气废液处理。

2. 离子交换技术

借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。

离子交换是可逆的等当量交换反应。

凡是能够进行离子交换的这类物质都称为离子交换剂。离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂(离子交换树脂) 等两大类。离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物，常用的离子交换树脂有：丙烯酸树脂，阳离子交换树脂，阴离子交换树脂。在它的分子结构中，一部分为树脂的基体骨架，另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。离子交换树脂具有交换选择、吸附和催化等功能。近年来，离子交换树脂无论是从种类、结构还是性能上都出现了很大的变化，其生产和应用也都得到了很大的发展。

离子交换分离法主要应用于（1）电解质与非电解质的分离-牛奶中重金属离子的分离富集。（2）水的净化—去离子水的制备（3）微量组分的分离富集（4）干扰组分的分离（5）相同电荷离子的分离。

离子交换树脂作为一种具备选择吸附和交换功能的特殊的高分子化合物，已经在工业农业加工制造业等各个领域发挥了重要的作用。离子交换树脂除了继续在常规应用领域（如工业水处理、饮用水净化和食品工业等）继续发挥重要作用外，也开始向高端科技领域渗透和发展。例如，在“神州五号”、“神舟六号”载人宇宙飞船和“嫦娥一号”探月卫星工程中，哈尔滨晶体管厂负责提供军用电子元器件，而浙江争光实业股份有限公司提供的ZG ER 树脂则为哈尔滨晶体管厂制得了高纯度的电子级生产用水。

3. 层析

层析技术(又称：色谱技术) 是一组相关分离方法的总称，色谱柱的一般结构含有固定相（多孔介质）和流动相，根据物质在两相间的分配行为不同（由于亲和力差异），经过多次分配（吸附-解吸-吸附-解吸…），达到分离的目的。

层析分离方法很多，种类有四、五十种，但常用于生物大分子分离的层析方

法有吸附层析，分配层析，离子交换层析，凝胶层析，亲和层析，疏水层析。

吸附层析是根据物料中各组分对固定相(吸附剂) 的吸附程度不同，以及其在相应的流动相(溶剂) 中溶解度的差异来实现。经反复的吸附—解吸—再吸附—再解吸的过程，达到分离目的。影响吸附的主要因素是（1）吸附剂的性质：比表面积、粒度大小（2）吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量（3）温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性（4）溶液pH 值：影响吸附质的解离（5）盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定。

分配层析原理是利用溶质在固定相和流动相之间的分配系数不同而分离的方法。其影响因素有溶剂、溶质、温度、压力等。

离子交换层析原理是依据物质所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质，对管柱上的离子交換剂有不同的亲和力，改变沖洗液的离子強度和pH 值，物质就能依次从层析柱中分离出來。离子交换层析应用实例为从人血浆中分离得到血清白蛋白(HSA)和免疫球蛋白G(IgG)、用CM 纤维素分离鸡蛋清中的蛋白质组分。

凝胶层析又称凝胶过滤、分子排阻层析、分子筛层析，原理是凝胶层析柱中装有多孔凝胶，混合各组分的溶液流经凝胶时又两种不同的运动：垂直向下的移动和布朗运动；大分子物质分子直径大，不能进入凝胶的微孔，只能分布在凝胶颗粒的空隙中，以较快的速度流过凝胶柱；小分子物质能进入凝胶内，不断地进出一个个颗粒的微孔内外，向下移动速度因而慢于大分子的速度；各组分按照分子质量又大到小的顺序先后流出层析柱；分子量不是唯一分离依据，分子形状、各物质与凝胶间的非特异性吸附作用也影响分离。

亲和层析是通过将具有亲和力的两个分子中一个固定在不溶性基质上，利用分子间亲和力的特异性和可逆性，对另一个分子进行分离纯化。

疏水层析是根据分子表面疏水性差别来分离蛋白质和多肽等生物大分子的一种较为常用的方法。疏水性弱的物质，在较高离子强度的溶液时被洗脱下来，当离子强度降低时，疏水性强的物质才随后被洗脱下来。

层析目前多用于分离和纯化各类生物分子，如天然蛋白质、重组和融合蛋白质、肽类、寡核苷酸、质粒、病毒、抗生素、生物碱等。

四．膜分离技术

由于分离膜具有选择透过性，所以它可使混合物质有的通过、有的留下。

1. 微滤膜分离

微滤膜的孔径为0.1--10μm,高度均匀，具有筛分过滤作用为特征的多孔固

体连续介质。微滤主要用于从液相或是气相中截留微粒、细菌、污染物等。是目前应用较广的一种膜分离技术。微孔滤膜的截留机理大体可分为机械残留作用、物理作用或是吸附截留作用、架桥截留作用、网络型膜的网络内部截留作用。微滤膜主要应用于处理废水、污水；食品、药品工业应用；海水淡化工程。

2．超滤膜分离

超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程，并按分质量大小来分离水中颗粒。溶解物质和比膜孔径小的物质能作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质将被截留下来浓缩于排放液中。因此透过液将含有水、离子和小分子物质，而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物将被膜除去。超滤在水处理领域应用十分广泛，按应用场合划分，主要可以用于：原水前处理（地表水、地下水、自来水）澄清池、砂滤替代、RO 前处理及离子交换前处理。

3．纳滤膜分离

纳滤膜的孔径介于微滤和超滤之间，同样的传质机理也介于它们两者之间，对无机盐的分离行为不仅受化学势控制，同时也受电势梯度的影响。纳滤技术主要应用于在水处理方面、食品加工方面、在染料工业、在医药方面、在废水处理、在石油工业上、膜生物反应器等方面。

4．反渗透分离

反渗透是相对于渗透而言的，即在压力作用下高浓度中的溶剂透过半渗透膜进入到低浓度中去。通过反渗透的作用可以实现对高浓度的污染水中的杂质的过滤，达到对水净化的目的。反渗透的基本原理中包括渗透、渗透压、反渗透。反渗透主要应用于（1）海水脱盐（2）苦咸水淡化(3)超纯水的生产(4)锅炉用水（5）工业水处理(6)产品浓缩(7)其他用途。

5．渗透气化分离

渗透蒸发是液体混合物在膜的一侧与膜接触，其中易渗透组分较多地溶解在膜上，并扩散通过膜，在膜的另一侧气化而被抽出，即在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离，进而得到分离的膜过程。该过程是以液相中产生的化学位梯度作为传质推动力的膜分离过程。

6．气体膜分离

气体膜分离技术是利用原料混合气中不同气体对膜材料具有不同渗透率, 以膜两侧气体的压力差为推动力, 在渗透侧得到渗透率大的气体富集的物料,

在未渗透侧得到不易渗透气体富集的分离气，从而达到气体分离目的。气体膜分离技术主要应用于氢气的回收、氮、氧分离、脱除合成天然气中的CO 2制备城市

煤气、有机废气的回收、天然气的脱水干燥。

7. 渗透蒸发

渗透蒸发是液体混合物在膜的一侧与膜接触，其中易渗透组分较多地溶解在膜上，并扩散通过膜，在膜的另一侧气化而被抽出，即在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离，进而得到分离的膜过程。

渗透汽化主要应用于有机溶剂脱水（无水乙醇的生产、异丙醇的脱水浓缩、苯中微量水的脱除、碳六溶剂中微量水的脱除）、水中脱除有机物（果汁的浓缩、苯中微量水脱除、酒类饮料中除去乙醇）。

8. 膜生物反应器分离

膜生物反应器分离（MembraneBioreactor，MBR）是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，也称膜分离活性污泥法。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，水力停留时间和污泥停留时间可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。MBR工艺主要应用于城市污水与生活污水的处理与回用、高浓度有机废水的处理、含难降解有机物废水的处理、受污染水源水净化。

9. 支撑膜分离

单就液膜而言，是指很薄的一层液体膜，它阻隔在两个可互溶但组成不同的液相之间，并使得一个液相中的待分离组分通过液膜的选择性渗透作用传递到另一个液相中，从而使物质达到分离提纯的目的。支撑膜就是由将某种液体充填在薄的多孔固体膜的孔隙中而形成，选择机理是溶解渗透速率不同。

五、其他分离技术

1. 泡沫分离

泡沫分离又称泡沫分离吸附技术，是利用待分离物质本身具有表面活性（如表面活性剂）或能与表面活性剂通过化学的、物理的力结合在一起（如金属离子，有机化合物、蛋白质和酶等），在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，借气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩分离物质的目的。可见它的作用主取决于组分在气-液界面上吸附的选择性和程度，其本质是各种物质在溶液表面活性的差异。

泡沫分离的应用可以分为两大类：一类是本身为非表面活性剂，可通过络合或其他方法使其具有表面活性剂再进行分离。另一类是本身具有表面活性物质的分离以及天然或合成表面活性剂的分离，如全细胞、蛋白质、合成洗涤剂等的分离。

2. 电泳法

带电颗粒在电场作用下向着与电性相反的电极移动，称为电泳。利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离分析的方法和技术叫电泳法或电泳分离技术。

3. 同位素交换分离法

同位素交换分离法是利用同一种元素中不同的同位素之间，能够发生自发交换的特点进行放射性同位素分离的方法。它是放射化学的一种特有的简便和快速的分离方法之一。它是放射化学的一种特有的简便和快速的分离方法之一。但由于同位素稀释的原因，该法分离所得的放射性核素的比度要相应的减少，这是它的缺点。

4. 沉淀分离法

沉淀分离法是在试料溶液中加入沉淀剂，使某一成分以一定组成的固相析出，经过滤而与液相分离的方法。沉淀生成的条件是溶度积和同离子效应、盐效应、氢离子浓度及络合剂有、有机溶剂及适合的温度。

沉淀类型分为分级沉淀、共沉淀、均相沉淀。分级沉淀是两种阴离子（或阳离子）与相同的阳离子（或阴离子）形成难溶盐，其溶度积相差足够大时，加入沉淀剂可从混合溶液中将其分别沉淀出来加以分离。共沉淀是当沉淀从溶液中析出时，某些本来不应沉淀的组分同时被沉淀下来的现象。共沉淀机理：吸附、生成混晶、形成固溶体、吸留和包藏、后沉淀等。均相沉淀是通过适当化学反应，均匀缓慢地生成沉淀剂。

常量组分的沉淀分离方法有无机沉淀剂分离法和有机沉淀剂分离法无机沉淀剂分离法有氢氧化物沉淀分离法；无机沉淀剂分离法有硫化物沉淀分离法。

共沉淀分离和富集痕量组分有无机共沉淀剂分离法和有机共沉淀剂分离法。共沉淀分离法是富集痕量组分的有效方法之一，是利用溶液中主沉淀物（称为载体）析出时将共存的某些微量组分载带下来而得到分离的方法。优点是富集效率高、选择性好、沉淀剂可借灼烧而挥发除去。无机共沉淀剂分离法有（1）吸附或吸留作用的共沉淀剂—氢氧化物与硫化物（2）生成混晶的共沉淀剂。无机共沉淀剂分离法有（1）生成晶核的共沉淀剂（2）沉淀的转化作用。

5. 电解分离

电解是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质（又称电解液），在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程。电解原理是电解质中的离子常处于无秩序的运动中，通直流电后, 离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。电解用途有:（1）电解广泛应用于冶金工业中，如从矿石或化合物提取金属(电解冶金) 或提纯金属(电解提纯) ，以及从溶液中沉积出金属(电镀) 。（2）电解氯化钠的水溶液则产生氢氧化钠和氯气；（3）电解水产生氢气和氧气。

6. 分子印迹

将各种生物大分子从凝胶转移到一种固定基质上的过程称为印迹技术。分子印迹又称烙印技术，是高分子化学、生物化学及材料科学相互渗透与结合所形成的的交叉学科，是合成对某种特定分子具有特异选择性结合的高分子聚合物技术。印迹分子与分子印迹聚合物结合类似于生物学上，底物与酶及抗原与抗体的结合。基本步骤是：(1)在一定溶剂(也称致孔剂) 中，模板分子(印迹分子) 与功能单体依靠官能团之间的共价或非共价作用形成主客体配合物；(2)加入交联剂，通过引发剂引发进行光或热聚合，使主客体配合物与交联剂通过自由基共聚合在模板分子周围形成高联的刚性聚合物；(3)将聚合物中的印迹分子洗脱或解离出来，这样在聚合物中便留下了与模板分子大小和形状相匹配的立体孔穴，同时孔穴中包含了精确排列的与模板分子官能团互补的由功能单体提供的功能基团。这便赋予该聚合物特异的“记忆”功能，即类似生物自然的识别系统，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。

7. 结晶分离技术

结晶是指物质从液态（溶液或熔融体）或蒸汽形成形状一定，分子（或原子、离子）有规则排列的晶体的过程。在生物化工领域，是获得纯净固态物质的重要方法，是传质分离过程中的一种单元操作。晶浆是在结晶器中结晶出来的晶体和剩余的溶液(或熔液) 所构成的悬浮物。母液是去除悬浮物中的晶体后剩下的溶液(或熔液) 。结晶过程有四类, 即溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶和升华结晶。

结晶的方式有：(1)气体结晶，如火山口硫蒸气冷凝形成硫磺晶体；(2)液体结晶，如盐湖中因蒸发使溶液达到过饱和而结晶出石盐、硼砂等，又如岩浆熔融体因冷却而结晶出长石、石英、云母等晶体；(3)固态非晶质结

晶，如非晶质的火山玻璃质经过晶化而形成结晶质的石髓。结晶的特点是：

(1)能从杂质含量很高的溶液或多组份熔融状态混合物中获得非常纯净的晶体产品; 对于许多其它方法难以分离的混合物系，同分异构体物系和热敏性物系等，结晶分离方法更为有效；（2）固体产品有特定的晶体结构和形态, 如晶型和粒度分布等。（3）结晶操作能耗低，对设备材质要求不高。

从不饱和溶液中析出晶体，一般要经过以下几个步骤：不饱和溶液→饱和溶液→过饱和溶液→晶核产生→晶体的生长。在一定温度下，将溶液放入溶剂中，由于分子的热运动，必然发生两个过程（1) 固体的溶解：溶质分子扩散进入液体内部；（2) 物质的沉积：溶质分子从液体中扩散到固体表面进行沉积。

8. 升华分离技术

物质从固态由于温差太大，不经过液态直接变成气态的过程(物理变化) 叫升华。目的是分离易挥发且热稳定的固体物质，是一种纯化固体有机物的方法之一。条件是固体物质必须在其熔点之下具有相当高蒸气压。基本原理是物质从固态不经过液态而直接转变为蒸气，然后物质的蒸气不经过液态又直接转变为固态的过程。即：固体→气体→固体。

分离方法有①常压升华②减压升华③常温分离④低温分离。升华也是提纯化固态有机化合物的重要方法之一，但并不是所有的固态有机化合物都能升华来纯化，它只能适用于纯化那些在不太高的温度有足够大的蒸气压（高于20mmHg ）的固态物质。但是对适宜于升华的物质来说，升华是一个很好的纯化方法，因为升华比蒸馏所需的温度要低。使物质在纯化过程中遭受分解的可能性减小，升华特别适用于纯化易潮解及与溶剂易离解作用的物质。同时用升华纯化的物质。其纯度亦往往比较高。

9. 逆流色谱

逆流色谱是一种基于多级逆流液液萃取的分析及制备色谱。溶质依靠在离心力场下空心螺旋管中逆向流动的两个不相混溶液体间溶质分配系数的不同而实现分离。得到的谱图通常是一些各溶质相互分离的谱峰。这种色谱不需要通常色谱中的固体固定相。用保留于空心管内的一相作固定相，另一相液体作流动相。

该法的特点是(1)没有固体载体，空心管代替了填料柱；相应地，溶剂体系选择代替了分离柱选择。由于不用固体支撑体，避免了样品在分离过程的不可逆吸附、分解等可能的样品变性问题。（2）收率高，理论收率为100％。滞留在柱中的样品可以通过多种洗脱方式予以完全回收。（3）工作条件温和，基本上是常温低压（液体定量泵的压力）的液相操作。（4）高效能，粗样可以直接上样而不会

对柱子造成任何损害；柱子可以用合适的溶剂（如甲醇）很容易地清洗，然后注入新的溶剂后构成新的柱体，重复使用。（5）用途广，适应能力强，原则上凡能进行萃取分离的体系，都能用逆流色谱法分离。

逆流色谱的应用主要有天然植物有效成分分离，海洋生物活性成分的分离，抗生素分离，蛋白质分离等。

总结

本文概略介绍了近三十种分离方法，仅仅是常见的一些分离方法，在实际生产中还需要用到更多的方法。当前发展趋势是多种方法联合使用，个种技术之间的耦合，这需要我们进一步研究。