2.4.2　化學(xué)作用對分離過程的強(qiáng)化

過程耦合技術(shù)是實現(xiàn)過程強(qiáng)化的有效途徑，同樣，重視化學(xué)作用的影響，在分離過程中引入化學(xué)作用或利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度，是分離過程強(qiáng)化的另一個有效途徑。引入化學(xué)作用或利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度主要是通過新型分離劑的制備、選擇及優(yōu)化，利用促進(jìn)劑強(qiáng)化相界面?zhèn)髻|(zhì)兩個方面的工作來實現(xiàn)的。

降低分離過程的能耗，提高分離過程的選擇性和設(shè)備的效率，最直接的方法就是設(shè)法增大過程的分離因子。引入化學(xué)作用或利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度，是增大過程分離因子的有效手段。這方面工作的關(guān)鍵在于制備、選擇合適的分離劑，并利用影響分離因子的其他添加組分來優(yōu)化分離劑的組成。當(dāng)然，考慮分離過程效率的同時還必須考慮分離劑的回收及循環(huán)使用的問題。若引入的化學(xué)作用太強(qiáng)，會使待分離組分與分離劑生成較為穩(wěn)定的共價化合物，這樣不僅使分離劑回收的難度加大，而且會使過程的總能耗增加。比較適宜的方法是利用鍵能較小的可逆絡(luò)合反應(yīng)作用。

例如，在石油化工的芳烴抽提工藝中，曾先后選用過二乙二醇醚（二甘醇）、三乙二醇醚（三甘醇）、四乙二醇醚（四甘醇）、二甲亞砜、環(huán)丁砜等作為萃取劑（見表2-3）。從表2-3中相比（萃取劑/料液）的數(shù)據(jù)比較分析，相比從大到小，說明選用的萃取劑的萃取能力增強(qiáng)。很明顯，這一變化是與萃取劑分子與芳烴苯環(huán)的大π鍵的作用能大小密切關(guān)聯(lián)的。相比較而言，環(huán)丁砜對芳烴苯環(huán)的大π鍵的作用能較大，其萃取能力也大，故只需要較小的相比即可完成分離操作。相比的大幅度下降不僅減少了溶劑使用的循環(huán)量，降低了能耗，而且大大縮小了相同處理量的萃取塔的塔徑，減少了設(shè)備的投資。有報道稱，以環(huán)丁砜為基礎(chǔ)萃取劑的混合溶劑的使用，可以使芳烴抽提工藝的操作相比（萃取劑/料液）降低到2以下。這又表明，合理利用其他添加組分，優(yōu)化分離劑的組成，同樣可以達(dá)到過程強(qiáng)化的目的。

表2-3　芳烴抽提工藝中萃取劑的選用

對于有機(jī)物稀溶液的萃取過程，研究和發(fā)展新的絡(luò)合萃取劑，用高效的、高選擇性的“絡(luò)合萃取”取代以“相似相溶”為基礎(chǔ)的“物理萃取”，成為稀溶液分離的重要研究方向。這里，選擇適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑、助溶劑和稀釋劑，優(yōu)化絡(luò)合萃取劑的各組分的配比是絡(luò)合萃取過程高效實施的重要環(huán)節(jié)。

利用促進(jìn)劑強(qiáng)化相界面?zhèn)髻|(zhì)，是利用化學(xué)作用、強(qiáng)化過程傳質(zhì)的另一方面的工作。促進(jìn)劑類似于非均相反應(yīng)中的相轉(zhuǎn)移催化劑，促進(jìn)劑的引入可以實現(xiàn)相界面的促進(jìn)遷移過程。

例如，在乳狀液膜過程中，膜相可以添加流動載體，實現(xiàn)促進(jìn)遷移，利用化學(xué)作用強(qiáng)化過程的傳質(zhì)效率。以乳狀液膜分離苯丙氨酸溶液為例，膜相存在遷移載體二（2-乙基己基）磷酸（P204），雖然，P204萃取分離苯丙氨酸體系的萃取平衡分配系數(shù)僅為0.108，但液膜分離的單級萃取率可以達(dá)到58.08％，富集倍數(shù)為13.3倍，這充分體現(xiàn)出促進(jìn)遷移可以明顯地強(qiáng)化傳質(zhì)效率^［7］。由于促進(jìn)遷移的作用，液膜分離過程的傳質(zhì)速率明顯提高，甚至可以實現(xiàn)溶質(zhì)從低濃度向高濃度的傳遞。液膜分離技術(shù)往往使分離過程所需級數(shù)明顯減少，而且大大節(jié)省萃取劑的消耗量，使之成為分離、純化與濃縮溶質(zhì)的重要手段。

又如，用酮肟為萃取劑回收廢催化劑中的鉑時，若加入醇為促進(jìn)劑，就可以加快過程的傳質(zhì)速率，提高萃取率。

再如用叔胺R₃N為萃取劑萃取有機(jī)羧酸時，若采用CHCl₃為稀釋劑，由于CHCl₃對萃合物的氫鍵作用，促進(jìn)了萃合物在稀釋劑中的溶解，其萃取率可以比采用烷烴為稀釋劑時的萃取率高得多。

需要強(qiáng)調(diào)的是，調(diào)控化學(xué)作用的大小，優(yōu)化分離劑的組成，弄清促進(jìn)劑的加入對相界面?zhèn)髻|(zhì)速率的影響，對于分離過程的強(qiáng)化是具有理論意義和實用價值的研究工作，需要做出進(jìn)一步的努力。