1.5　選擇分離技術的一般規則

分離方法的選擇首先需從產品純度和回收率入手；其次是了解混合物中目標產物與共存雜質之間在物理、化學與生物性質上的差異；然后比較這些差異及其可利用性；最后確定其工藝可行且最為經濟的具體分離方法。

產品純度依據其使用目的來確定，主要起質量導向作用，是確定分離技術的前提條件。因為質量不合格，就沒有市場，就實現不了價值。而回收率則取決于當時能實現的技術水平，與經濟性和環境保護要求相關，是成本導向和環境導向的主要考慮因素。

1.5.1　選擇的基本依據

混合物的宏觀和微觀性質的差異是選擇分離方法的主要依據，這些宏觀或微觀的性質差別反映了分子本身性質的不同。物質的分子性質對分離因子的大小有重要的決定作用。利用目標產物與其他雜質之間的性質差異所進行的分離過程，可以是單一因素單獨作用的結果，也可以是兩種以上因素共同作用的結果。

（1）待處理混合物的物性

分離過程得以進行的關鍵因素是混合物中目標產物與共存雜質的性質差異，如在物理、化學、電磁、光學、生物學等幾類性質方面存在著至少一個或多個差異。利用混合物中目標產物與共存雜質的性質差異為依據來選擇分離方法是最為常用的。若溶液中各組分的相對揮發度較大，則可考慮用精餾法；若相對揮發度不大，而溶解度差別較大，則應考慮用極性溶劑萃取或吸收法來分離；若極性大的組分濃度很小，則用極性吸附劑分離是合適的。

（2）目標產物的價值與處理規模

處理規模通常指的是處理物或目標產物量的大小，由此可將工程項目的規模分為大、中、小、微型四類，其間沒有明確的界限。但目前常用投資額度大小來言其工程的規模。一般說來，較大項目的工程投資與其規模的0.6次方成正比，當規模小到某一程度后，由于工藝過程所必需的管道、儀表、泵類、貯罐等部分的投資與其關聯不太大，基本上為定值，但卻常占工程投資的較大部分，由此導致較小規模的投資比例增大。另外，與大規模操作相比較，小規模需投入的操作費用卻不會相應減少很多。

目標產物的價值與規模大小密切相關，常成為選擇分離方法的主要因素。對廉價產物，常采用低能耗、無需分離劑，或廉價分離劑，以及大規模生產過程，如海水淡化、合成氨生產、聚乙烯生產、聚丙烯生產等；而高附加值產物則可采用中小規模生產，如藥物中間體。另外，規模大小也與所采用的過程有關，如大規模的空氣分離用深冷蒸餾法最經濟，而對小規?；蛑械纫幠５目諝夥蛛x，則采用中空纖維式膜分離法較為合適。

（3）目標產物的特性

目標產物的特性是指熱敏性、吸濕性、放射性、氧化性、光敏性、分解性、易碎性等一系列物理化學特征。這些物理化學特性常是導致目標產物變質、變色、損壞等的根本原因，因此成為分離方法選擇中的一個重要因素。

對熱敏性目標產物，當采用精餾技術會使其因熱而損壞時，采用縮短物料在高溫下的停留時間的方法，或采用減壓（膜）蒸餾等。

在對某些目標產物的提取、濃縮與純化過程中，不能將有關分離劑夾帶到目標產物中，否則將會嚴重損害產品質量。對易氧化的產物需要考慮解吸過程所用氣體中是否有氧存在；對生物制品則需要注意由于深度冷凍可能導致生物制品的不可逆破壞等因素。

（4）產物的純度與回收率

產物的純度與回收率二者之間存在一定的關系。一般狀況下，純度越高，提取成本越大，而回收率則會隨之降低。因此在選用分離方法時常需綜合考慮。

（5）工藝可行性與設備可靠性

通常應盡可能避免在過程中使用很高或很低的壓力或溫度，特別是高溫和高真空狀態。如一些膜分離工藝過程，其對進料體系的預處理有一定的要求，否則，隨著過程的進行，透過膜的通量將會不斷下降，最后達到無法運行的地步，導致膜的清洗或更換頻繁。另外，膜種類與膜組件結構形式選擇不當，不僅關系到過程的操作成本，而且影響產出效率。

在分離方法選定以后，分離設備的能力與可靠性也是一個重要因素，某些方法由于設備的限制而難以實現工業應用。如膜組件的形式有毛細管式、卷式、板式以及陶瓷管式等多種，它們單位體積內的比表面積差異很大，導致組件傳質特性參數的差異。為此，需要考慮所選膜組件的適用范圍和長期穩定性問題。

1.5.2　過程的經濟性

過程的經濟性是基于技術可行性之上，過程能否商業化，取決于其過程的經濟性。如膜技術雖具有特色，但尚不能取代某些常規過程，將膜與某些常規過程相結合，則可得到最優方案，使得過程具有更好的經濟效益。

過程經濟性在很大程度上取決于待處理物的回收率和目標產物的質量。待處理物的回收率的高低是過程經濟性的主要指標；而提高目標產物的質量，意味著其使用價值的提高，也體現了產品的經濟價值。

采用級聯分離是化工過程常用的技術之一。膜分離過程較難實現多級過程，而精餾則可在一個塔內實現多級過程，對于色譜分離，則實際上是多級過程的極限。因此，膜分離適用于分離因子較大、目標產物純度不太高的體系，精餾次之，而色譜適用于分離因子小、產品純度要求高的體系。

以燃料酒精的生產為例，其發酵液中酒精的濃度僅為3％～7％，采用蒸餾方法制取95％的酒精，需將大量的水脫除，能耗極大；無水酒精若選用萃取或恒沸精餾法制取，則過程需用物質分離劑。選用新型的滲透汽化膜技術，對稀酒精段采用透醇膜將酒精增濃，而在濃酒精段采用透水膜將少量的水脫除，既降低能耗，又提高產物質量。

1.5.3　組合工藝排列次序的經驗規則

將一個多組分混合物分離成幾個產品時，常常有多種不同的分離方法可以采用。同一混合物按不同的分離方法分離時，所獲得的產物順序也不相同。在這種條件下，選擇哪一條組合工藝路線比較合理和具有最優化是需要重點考慮的問題。

為此，我們通常采用的步驟為：先確定項目的分離目的，其次分析所需的能量及其來源，接著評估生產規模及產物純度等。在此基礎上再來選擇分離方法。一般條件下首選反應分離技術，其次為多級分離技術；先處理量大的，盡可能選擇自動化操作程度高且簡單的分離方法。

新型分離技術的發展與科學技術的研究水平、人類對自然界的探索及生活需求密切相關。如生物技術的迅速發展，大大地促進了新型分離技術的開發和應用研究。因為生物產品分離具有對象復雜、產物濃度低、產品易變性等特點。迫切需要更合適的分離技術，以提高產品質量，降低成本。這就使膜技術、超臨界萃取、色譜分離等技術在生物大分子物質的提取與純化方面備受關注。又如航天載人空間飛行器及空間實驗室中的生命保障系統是宇航員生活與工作的前提，該系統中的CO2收集與濃縮、水電解產氧、衛生保健用水的再生處理、微重力下氣液兩相分離以及空間高等植物栽培過程中營養物的供給、溫度與濕度的調節等方面均需攻克來自分離方面的技術難關。已有探索研究結果表明，一方面，膜基吸收與氣提，促進傳遞等新型分離技術有可能在以上某些應用中獲得成功；另一方面，環保和節能日益成為全世界關注的焦點，更促進某些具有低能耗、無污染特點的新型分離技術的發展和應用。