超过滤技术在化工工艺过程中的应用

唐艳辉

摘要：为了满足现代化工行业发展需求，各种新技术、新设备在化工工艺中得到了广泛应用。超过滤作为一种膜分离技术，可以实现物质的分离和净化，并且由于操作简便、分离效果好、工艺成本低等特点，成为现阶段膜分离技术中最为常用的一种技术手段。文章首先对超过滤技术的工作原理进行了简单概述，随后分析了该技术在化工工艺过程中的具体应用，最后就超过滤技术的未来应用趋势进行了展望。

关键词：超过滤技术；化工工艺；工作原理；应用分析

1超过滤技术的概述

超过滤技术在废水处理、生物制药、化工生产等各个行业均有应用，虽然具体的应用流程存在一定差异，但是基本原理大致相同：作为膜分离技术中的一种，超过滤也是利用薄膜对不同直径分子进行分离，以达到混合物提纯的目的。首先，在混合物一侧施加较大的压力，在压力作用下，液体混合物中的小分子（分子直径小于薄膜微孔直径）可以在压力推动下移动到薄膜的另一侧，而大分子则不会通过薄膜，最终获得目标产物。利用超过滤技术可以实现“液液分离”和“液气分离”，并且可以根据提纯物质的直径大小，选择合适的薄膜，因此适用性较广。近年来，随着超过滤技术的不断发展，过滤薄膜的种类也变得丰富，常用的有聚砜膜、聚砜酰胺膜、聚丙烯膜等。过滤薄膜的孔径分类如表1所示。

在化工工艺过程中，为了提高超过滤技术的应用效果，通常采取两种主要的措施：第一种措施是增加过滤膜的面积，提高单位时间内对过滤材料的处理量。例如，传统过滤膜采用垂直式膜面，如果采用折叠式膜面，则能够显著增加过滤面积，化工生产效率也就得到了提高。第二种措施是适当加压、加温。根据分子热运动定理可知，在一定范围内，随着温度的升高、分子做无规则运动的速度越快。在使用超过滤技术时，一方面通过适当增温，使得混合液体中分子无规则速度加快；另一方面给予一定的压力，使得分子做定向运动，从而加快了小分子通过薄膜的速度，也能够达到提高超过滤速率的效果。

2超过滤技术在化工工艺过程中的应用分析

超过滤与其他膜分离技术相比，不仅分离效果好，而且能耗相对较低、操作流程也比较简便，因此在现阶段的化工生产中有着广泛应用。本研究从实际出发，介绍以下几种常用的超过滤技术。

2.1氨的合成与分离

在以往工业合成氨中经常发现合成氨带油的现象，影响了合成氨的纯度。利用超过滤技术，将新鲜汽油作为分离液，加入到超过滤装置中，通过在薄膜一侧施加高压，可以将新鲜汽油中的灰尘等杂质分离出来，从而得到纯净的汽油。在合成氨的化工工艺中，由于汽油本身较为纯净，因此很少出现油污积碳等之后冷交换器管道堵塞的问题，既可以加快合成进度，又可以解决合成氨带油的问题。除了用于氨的合成外，超过滤技术在氨的分离中也有应用。通过薄膜的过滤作用，保证了进入分离塔的氨浓度维持在较高状态，提高了氨的分离效率。

2.2水处理

超过滤技术在水处理方面也有重要应用，包括污水处理、海水淡化、饮用水净化等，为实现水资源的循環利用和高效使用提供了技术支持。

（1）污水处理。在工业生产和日常生活中，每天都会产生大量的污水，这些污水如果不经处理直接排放，不仅会产生生态环境的污染，造成水体富营养化，而且也是一种极大的浪费。利用超过滤技术，将工业废水和生活污水进行集中处理，所得的中水经过监测达标后，可以用于灌溉，从而实现了水资源的保护和循环利用。现阶段常用的污水处理装置如图1所示。

（2）海水淡化。现阶段海水淡化技术有多种，例如太阳能法、蒸馏法、电渗析法等。这些技术虽然都能够将海水转化为淡水，但是存在成本较高、淡化效果不好等问题。超过滤技术通过选择多种过滤薄膜，可以将海水中所含的多种盐分进行依次脱离。通常情况下，使用3-5层复合过滤膜，即可得到符合标准的饮用水。同时，利用超过滤技术进行海水淡化，还能够实现产业化运作，提高淡化效率。海水淡化正向渗透如图2所示。

2.3硝酸、硝铵的制备

硝酸和硝铵是工业生产和农业活动中用量较大的两种物质。在进行批量化生产制备中，如何协调好产品质量和生产成本之间的关系，是化工企业需要重点考虑的问题。超过滤技术在硝酸、硝铵制备中的应用优势主要有两方面：（1）过滤效果好，理论上来说，利用超过滤技术可以使硝酸纯度保持在99.9%以上，避免因为油污杂质的存在影响硝酸的保存寿命；（2）制备成本低，经济价值高，适合进行批量化的硝酸、硝铵制备。需要注意的是，在利用超过滤技术进行硝酸、硝铵制备时，应当对过滤后的成品进行及时收集和妥善保存。硝酸化学性质不稳定，见光容易发生分解，因此，对于制备所得的硝酸、硝铵还应当避免阳光直射。

2.4药品的制备

在制药业中超滤技术也被广泛应用：（1）应用在去除热原方面。在制剂过程中传统方法是利用活性炭吸附的原理去除热源。但是该方法不仅效率低、材料耗损严，重同时也需要大量的人力。超滤技术是使用小于热源分子量的超滤膜拦截住热源，使其停留在超滤膜表面，与利用活性炭的方法相反，其具有损耗少效率高、质量好等优点。（2）运用在精制小分子方面。对于抗生素类的小分子物质，其传统的生产过程耗费时间长、效率低、资源浪费严重，并且精制小分子不彻底，常常会发生有微量能够对人体健康产生副作用的大分子残留现象。在精制小分子过程中利用超滤膜一方面可以彻底清除大分子残留，另一方面也可以使操作工艺更加简便。（3）运用在精制大分子方面。超滤技术可以通过自身具有的低温快速过滤特性，将这类产品因热不稳定性产生的问题合理有效地解决。超滤技术主要通过过滤膜单独分离出高分子多糖类化合物，从而为不同的病症制备不同的药物，进而达到对症下药的目标，对大分子进行精制是超滤技术中膜分离的一项重要功能。

3超过滤技术的未来发展趋势

作为一种实用性的膜分离技术，现阶段超过滤技术不仅在化工工艺过程中发挥着重要应用，并且逐渐在其他领域得到了应用和推广。可以预见，在未来一段时间内，超过滤技术的潜在价值将会被深入挖掘，其主要发展趋势有3个方面。

3.1自动化

目前，超过滤技术仍然需要人为进行参数调控，例如超过滤装置的压力参数、分离时间参数等，而由于每次分离物质量的不同、分离物质种类的不同，都需要专业人员进行相应的参数调整，耗费较多的时间。随着信息技术的发展，未来超过滤技术可以结合传感信息采集和计算机数据分析，自动设定和调整参数，实现自动化过滤分离，减轻人工操作压力。

3.2精细化

随着人们对化工工艺产品精度和质量要求的不断提高，对混合物提纯和过滤的要求也岁之后上升，单一的薄膜过滤很难满足化工生产需要。因此，下一步将会出现增加过滤膜的分离功能，实现一次性、多物质分离。以海水淡化为例，目前海水淡化需要使用多层分离膜，有镁分离膜、钙分离膜等。如果能够生产一种同时可以分离多种盐类离子的薄膜，则海水淡化成本会成倍下降。

4结语

在化工工艺过程中，超过滤技术与传统分离技术相比，具有低能耗、低投入、高产出、高效率等应用优势。特别是近年来生物膜技术的成熟发展，各种类型的生物膜为超过滤技术进行有效分离提供了技术支持，进一步拓展了超过滤技术的应用范围。化工企业可以根据具体生产的需要，合理选用超滤膜，以确保超过滤技术在提高分离效率和优化工艺生产方面发挥应用价值。