唐艷輝

摘要：為了滿足現(xiàn)代化工行業(yè)發(fā)展需求，各種新技術(shù)、新設(shè)備在化工工藝中得到了廣泛應(yīng)用。超過(guò)濾作為一種膜分離技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離和凈化，并且由于操作簡(jiǎn)便、分離效果好、工藝成本低等特點(diǎn)，成為現(xiàn)階段膜分離技術(shù)中最為常用的一種技術(shù)手段。文章首先對(duì)超過(guò)濾技術(shù)的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單概述，隨后分析了該技術(shù)在化工工藝過(guò)程中的具體應(yīng)用，最后就超過(guò)濾技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：超過(guò)濾技術(shù)；化工工藝；工作原理；應(yīng)用分析

1超過(guò)濾技術(shù)的概述

超過(guò)濾技術(shù)在廢水處理、生物制藥、化工生產(chǎn)等各個(gè)行業(yè)均有應(yīng)用，雖然具體的應(yīng)用流程存在一定差異，但是基本原理大致相同：作為膜分離技術(shù)中的一種，超過(guò)濾也是利用薄膜對(duì)不同直徑分子進(jìn)行分離，以達(dá)到混合物提純的目的。首先，在混合物一側(cè)施加較大的壓力，在壓力作用下，液體混合物中的小分子（分子直徑小于薄膜微孔直徑）可以在壓力推動(dòng)下移動(dòng)到薄膜的另一側(cè)，而大分子則不會(huì)通過(guò)薄膜，最終獲得目標(biāo)產(chǎn)物。利用超過(guò)濾技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“液液分離”和“液氣分離”，并且可以根據(jù)提純物質(zhì)的直徑大小，選擇合適的薄膜，因此適用性較廣。近年來(lái)，隨著超過(guò)濾技術(shù)的不斷發(fā)展，過(guò)濾薄膜的種類也變得豐富，常用的有聚砜膜、聚砜酰胺膜、聚丙烯膜等。過(guò)濾薄膜的孔徑分類如表1所示。

在化工工藝過(guò)程中，為了提高超過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用效果，通常采取兩種主要的措施：第一種措施是增加過(guò)濾膜的面積，提高單位時(shí)間內(nèi)對(duì)過(guò)濾材料的處理量。例如，傳統(tǒng)過(guò)濾膜采用垂直式膜面，如果采用折疊式膜面，則能夠顯著增加過(guò)濾面積，化工生產(chǎn)效率也就得到了提高。第二種措施是適當(dāng)加壓、加溫。根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)定理可知，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高、分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度越快。在使用超過(guò)濾技術(shù)時(shí)，一方面通過(guò)適當(dāng)增溫，使得混合液體中分子無(wú)規(guī)則速度加快；另一方面給予一定的壓力，使得分子做定向運(yùn)動(dòng)，從而加快了小分子通過(guò)薄膜的速度，也能夠達(dá)到提高超過(guò)濾速率的效果。

2超過(guò)濾技術(shù)在化工工藝過(guò)程中的應(yīng)用分析

超過(guò)濾與其他膜分離技術(shù)相比，不僅分離效果好，而且能耗相對(duì)較低、操作流程也比較簡(jiǎn)便，因此在現(xiàn)階段的化工生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用。本研究從實(shí)際出發(fā)，介紹以下幾種常用的超過(guò)濾技術(shù)。

2.1氨的合成與分離

在以往工業(yè)合成氨中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)合成氨帶油的現(xiàn)象，影響了合成氨的純度。利用超過(guò)濾技術(shù)，將新鮮汽油作為分離液，加入到超過(guò)濾裝置中，通過(guò)在薄膜一側(cè)施加高壓，可以將新鮮汽油中的灰塵等雜質(zhì)分離出來(lái)，從而得到純凈的汽油。在合成氨的化工工藝中，由于汽油本身較為純凈，因此很少出現(xiàn)油污積碳等之后冷交換器管道堵塞的問(wèn)題，既可以加快合成進(jìn)度，又可以解決合成氨帶油的問(wèn)題。除了用于氨的合成外，超過(guò)濾技術(shù)在氨的分離中也有應(yīng)用。通過(guò)薄膜的過(guò)濾作用，保證了進(jìn)入分離塔的氨濃度維持在較高狀態(tài)，提高了氨的分離效率。

2.2水處理

超過(guò)濾技術(shù)在水處理方面也有重要應(yīng)用，包括污水處理、海水淡化、飲用水凈化等，為實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用和高效使用提供了技術(shù)支持。

（1）污水處理。在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的污水，這些污水如果不經(jīng)處理直接排放，不僅會(huì)產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境的污染，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，而且也是一種極大的浪費(fèi)。利用超過(guò)濾技術(shù)，將工業(yè)廢水和生活污水進(jìn)行集中處理，所得的中水經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)后，可以用于灌溉，從而實(shí)現(xiàn)了水資源的保護(hù)和循環(huán)利用?，F(xiàn)階段常用的污水處理裝置如圖1所示。

（2）海水淡化?，F(xiàn)階段海水淡化技術(shù)有多種，例如太陽(yáng)能法、蒸餾法、電滲析法等。這些技術(shù)雖然都能夠?qū)⒑ＫD(zhuǎn)化為淡水，但是存在成本較高、淡化效果不好等問(wèn)題。超過(guò)濾技術(shù)通過(guò)選擇多種過(guò)濾薄膜，可以將海水中所含的多種鹽分進(jìn)行依次脫離。通常情況下，使用3-5層復(fù)合過(guò)濾膜，即可得到符合標(biāo)準(zhǔn)的飲用水。同時(shí)，利用超過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行海水淡化，還能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，提高淡化效率。海水淡化正向滲透如圖2所示。

2.3硝酸、硝銨的制備

硝酸和硝銨是工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)中用量較大的兩種物質(zhì)。在進(jìn)行批量化生產(chǎn)制備中，如何協(xié)調(diào)好產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本之間的關(guān)系，是化工企業(yè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。超過(guò)濾技術(shù)在硝酸、硝銨制備中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要有兩方面：（1）過(guò)濾效果好，理論上來(lái)說(shuō)，利用超過(guò)濾技術(shù)可以使硝酸純度保持在99.9%以上，避免因?yàn)橛臀垭s質(zhì)的存在影響硝酸的保存壽命；（2）制備成本低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，適合進(jìn)行批量化的硝酸、硝銨制備。需要注意的是，在利用超過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行硝酸、硝銨制備時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)過(guò)濾后的成品進(jìn)行及時(shí)收集和妥善保存。硝酸化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，見(jiàn)光容易發(fā)生分解，因此，對(duì)于制備所得的硝酸、硝銨還應(yīng)當(dāng)避免陽(yáng)光直射。

2.4藥品的制備

在制藥業(yè)中超濾技術(shù)也被廣泛應(yīng)用：（1）應(yīng)用在去除熱原方面。在制劑過(guò)程中傳統(tǒng)方法是利用活性炭吸附的原理去除熱源。但是該方法不僅效率低、材料耗損嚴(yán)，重同時(shí)也需要大量的人力。超濾技術(shù)是使用小于熱源分子量的超濾膜攔截住熱源，使其停留在超濾膜表面，與利用活性炭的方法相反，其具有損耗少效率高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。（2）運(yùn)用在精制小分子方面。對(duì)于抗生素類的小分子物質(zhì)，其傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重，并且精制小分子不徹底，常常會(huì)發(fā)生有微量能夠?qū)θ梭w健康產(chǎn)生副作用的大分子殘留現(xiàn)象。在精制小分子過(guò)程中利用超濾膜一方面可以徹底清除大分子殘留，另一方面也可以使操作工藝更加簡(jiǎn)便。（3）運(yùn)用在精制大分子方面。超濾技術(shù)可以通過(guò)自身具有的低溫快速過(guò)濾特性，將這類產(chǎn)品因熱不穩(wěn)定性產(chǎn)生的問(wèn)題合理有效地解決。超濾技術(shù)主要通過(guò)過(guò)濾膜單獨(dú)分離出高分子多糖類化合物，從而為不同的病癥制備不同的藥物，進(jìn)而達(dá)到對(duì)癥下藥的目標(biāo)，對(duì)大分子進(jìn)行精制是超濾技術(shù)中膜分離的一項(xiàng)重要功能。

3超過(guò)濾技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

作為一種實(shí)用性的膜分離技術(shù)，現(xiàn)階段超過(guò)濾技術(shù)不僅在化工工藝過(guò)程中發(fā)揮著重要應(yīng)用，并且逐漸在其他領(lǐng)域得到了應(yīng)用和推廣?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，超過(guò)濾技術(shù)的潛在價(jià)值將會(huì)被深入挖掘，其主要發(fā)展趨勢(shì)有3個(gè)方面。

3.1自動(dòng)化

目前，超過(guò)濾技術(shù)仍然需要人為進(jìn)行參數(shù)調(diào)控，例如超過(guò)濾裝置的壓力參數(shù)、分離時(shí)間參數(shù)等，而由于每次分離物質(zhì)量的不同、分離物質(zhì)種類的不同，都需要專業(yè)人員進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整，耗費(fèi)較多的時(shí)間。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)超過(guò)濾技術(shù)可以結(jié)合傳感信息采集和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)設(shè)定和調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)濾分離，減輕人工操作壓力。

3.2精細(xì)化

隨著人們對(duì)化工工藝產(chǎn)品精度和質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)混合物提純和過(guò)濾的要求也歲之后上升，單一的薄膜過(guò)濾很難滿足化工生產(chǎn)需要。因此，下一步將會(huì)出現(xiàn)增加過(guò)濾膜的分離功能，實(shí)現(xiàn)一次性、多物質(zhì)分離。以海水淡化為例，目前海水淡化需要使用多層分離膜，有鎂分離膜、鈣分離膜等。如果能夠生產(chǎn)一種同時(shí)可以分離多種鹽類離子的薄膜，則海水淡化成本會(huì)成倍下降。

4結(jié)語(yǔ)

在化工工藝過(guò)程中，超過(guò)濾技術(shù)與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，具有低能耗、低投入、高產(chǎn)出、高效率等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。特別是近年來(lái)生物膜技術(shù)的成熟發(fā)展，各種類型的生物膜為超過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行有效分離提供了技術(shù)支持，進(jìn)一步拓展了超過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用范圍。化工企業(yè)可以根據(jù)具體生產(chǎn)的需要，合理選用超濾膜，以確保超過(guò)濾技術(shù)在提高分離效率和優(yōu)化工藝生產(chǎn)方面發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。