第1章　概论

1.1　分离的概念与重要性

分离就是把两种或多种不同的物质实现一定程度的彼此分开，或将其中的一种与其他组分实现一定程度的分开，或将其中的一组与其他组分实现一定程度的分开。这里所述的一定程度与实际的要求相关。其最高要求是达到完全的分离，使组分纯度达到100％。但从分子、离子或原子水平来看，要做到这种绝对的分离效果是相当困难的，甚至是不可能的。我们常说的高纯度要求一般是指99.9％以上的纯度，这种纯度能够满足大多数化合物的应用要求。而在99.999％以上的则常称为超高纯度，在半导体材料、光学晶体等对杂质非常敏感的材料中则需要使用这种超高纯度的产品。

分离过程系指将某混合物通过物理、化学或物理化学等手段分离成两个或多个组成彼此不同的产物的过程。这种被分离的混合物可以是原料、反应产物、中间产品或废料。由于混合过程往往是自发过程，所以混合物的分离过程则往往是非自发的，必须采用一定的手段并付出一定的能量才能实现。在工业规模上，通过适当的技术手段与装备，耗费一定的能量来实现混合物分离的过程称为分离工程。通常，分离过程贯穿在整个工艺过程中，是获得最终产品所必需的一个重要手段。图1-1是几种常见的分离过程，它们与许多重要的工业部门相关联。在石油、化工、医药、食品、冶金及原子能等许多工业技术领域中，分离过程的应用非常普遍。在这些工业企业中，分离过程的装备和能量消耗都占有重要地位。在化工生产中，分离过程的基建投资通常占总投资的50％～90％，所消耗的能量也往往占总能耗的绝大部分。例如，在聚乙烯生产过程中，精制所消耗的能量占总能耗的94％；在醋酸生产中，精制所消耗的能量更高，为总能耗的98％。

图1-1　一些主要工业和行业中的分离过程

随着现代生产和科学技术的飞速发展，人民的生活水平逐渐提高，对分离技术提出了越来越高的要求。最为直接和普遍的要求是对产品的质量及物质纯度的要求提高了，有时甚至很苛刻。例如，在原子能和半导体工业中所需的高纯气体氩、氮及半导体材料硅和锗等，其纯度都要求在99.99％，有的甚至超过99.9999％；对电子工业中的超纯水、核反应堆的冷却水，其用量之大、纯度要求之高，无法用二次蒸发等传统工艺制取。另外，随着现代工业趋向大型化生产，产生的大量废气、废水、废渣排放更加集中，对这些“三废”的处理不但涉及物料的综合利用，还关系到环境污染和生态平衡。据有关资料表明，我国大部分城市的年均径流量与污水排放量之比接近于极限水平，实际用水量已达到必须综合利用的程度，京、津、沪三大城市水资源的综合利用已列入议事日程。回收废水中的有用物质，既降低了污水处理负荷，又能取得较大的经济效益，现已受到环保部门及工矿企业的重视。航天技术的发展也带来了许多急待解决的问题，如载人空间飞行器及空间站舱内CO2气体的去除、饮用水的制备及生活废水的再生利用等。

从未来发展的要求来看，各种新技术新行业的出现和发展对物质的要求也将趋向多元化和高纯化，这将进一步促进分离技术的发展。例如，石油危机及由此引起的能源紧张，促使人们开始寻找新的能源，利用核电能、太阳能、水能及风能等自然界取之不尽的能源；其中，利用生物可再生资源生产能源产品仍然是非常可靠的途径，这将有赖于农副产品纤维素分解发酵生产酒精、玉米芯生产木糖醇等物质转化和提纯技术的发展；与此同时，能源的危机也促使人们对工业过程中的耗能技术进行改造，这也是分离过程中十分重要的技术内容。