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水蒸氣蒸餾的基本原理范文第1篇

關鍵詞：垃圾滲濾液 膜濾 濃縮液

1、引言

控制城市垃圾滲濾液引起的污染是當前垃圾填埋技術要解決的一大難題。國家曾在2008年頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標準》 ，對處理垃圾滲濾液提出了更高的要求。隨著要求的提高，垃圾滲濾液的處理逐漸采用了生化組合膜濾的工藝。實際滲濾液處理中越來越多的采用NF、RO 膜，這種薄膜具有很多優點，例如占地面積小、透水效果好。然而在達到排放上清液指標的同時也不可避免的產生了一批膜濃縮液。

產生的膜濾濃縮液，其體積占全部垃圾滲濾液原液的8%-20%，且濃縮液的運輸費用高，。因此，研究如何減少濃縮液的量及濃縮液的達標排放有極大的現實意義。文中筆者對國內現有的一些膜濾濃縮液處理技術進行簡要分析。

2、滲濾液膜濃縮液的特點分析

垃圾滲濾液膜濾濃縮液指的是垃圾滲濾液在生物降解后經NF膜或RO膜截留下的余液。膜納濾與反滲透分離的基本原理是：滲透膜具有選擇透過性，水可以順利通過膜，其他的化合物有部分或者全部被截留。如此進水經過膜后可分成兩部分：處理后的滲透液和截留液。截留液通常不具有可生化性，液體的主要成份是腐殖質類物質，呈棕黑色狀，含有大量的金屬離子，其中TDS含量 在21000m g /L -65000m g /L之間。反滲透工藝得到的濃縮液，其中COD含量 通常在5000m g /L 以上，氨氮濃度在100 m g /L～ 1000m g /L，液體電導率為45000us /cm～ 55000us /cm[1]。

3、濃縮液處理方法

3.1回灌

回灌其實是將填埋場視為一個以垃圾為填料的生物濾床。自上而下將回灌的濃縮液引入垃圾填埋層，垃圾中的微生物會降解液體中的有機污染物。對于回灌過程來說，回灌頻率、回灌量以及回灌污染物濃度是回灌處理最重要的3個控制參數[ 2]。

西方國家從上世紀九十年代就開始將反滲透濃縮液利回灌填埋場。實踐證實：在全名考慮填埋場相關特征設計的基礎上，可實現回灌處理濃縮液系統的長期使用，且填埋場排出的滲濾液中含有的污染物濃度變化幅度較小[ 3]。 蔣寶軍、李俊生等做回灌實驗，用重慶長生橋垃圾填埋場滲濾液經DTRO 過濾后的濃縮液。實驗結果證實，回灌處理濃縮液在實施中可行，回灌處理能有效過濾其中的COD和NH3 - N，濃縮液回灌去除COD收水力負荷的影響較大[ 4]。然而，回灌處理可能對地下水產生污染，水流短路形成后，填埋層含水率增加[ 5]。同時濃縮液直接回灌也將導致垃圾場含鹽量升高。

3.2高級氧化技術

蹇興超、吳天寶研究中用臭氧氧化納濾處理濃縮液[ 6] 。德國柏林Ruh leben污水廠在三級出水經納濾后，用臭氧氧得到的納濾濃縮液，結果證實臭氧氧化能夠有效地破壞濃縮液中的有色集團的大分子有機物，不足是降低總有機物含量的速度較慢。初步研究發現臭氧投配量在55mg /L時，將取得最好效果的濃縮液可生化降解性。

張龍、李愛明等研究了混凝沉淀- 樹脂吸附- Fen ton氧化工藝對垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理效果[ 7]。MBR 在經納濾后，納濾膜濃縮液經混凝沉淀- 樹脂吸附- Fenton氧化后可將膜濾濃縮液的COD 降至120m g /L，COD去除率達到98.0%。如果不加Fen ton，COD氧化深度就會降至402m g /L，COD的去除率在94.0%。實踐得知，處理能力為50t /d的膜濾濃縮液處理，需要有110.5萬元的投資成本，其后運行成本在15.4元/ t。混凝沉淀得到的污泥要運至附近的填埋場進行處理。

3.3蒸發

蒸發技術在垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理、垃圾滲濾的處理中有越來越多的運用。目前使用較多的有負壓蒸發、浸沒燃燒、機械壓縮蒸發等。

岳東北、劉建國等用蒸發法來驗證垃圾濃縮液滲濾經RO 處理的效果[ 8] 。結果證實，在酸性條件下隨著原液PH 的升高，冷凝液中的COD就越小，同時NH3 - N的濃度逐漸變大。有機物揮發主要出現在蒸發過程初期，而蒸發后期主要是NH3-N的揮發。

浸沒燃燒蒸發技術是一種不固定傳熱面的蒸發方式。過程中把燃料和空氣送入燃燒室進行充分燃燒，其后將高溫煙氣直接引入液體中以使液體升溫。高溫煙氣在進入液體后以大量小氣泡形式上升，由于煙氣與液體混合的活動十分強烈，從而大大提高了傳熱效率。若將尾氣在排放之前控制到液體一致的溫度，則傳熱效率會達95%[ 9]。岳東北、許玉東等采用浸沒燃燒蒸發工藝處理經RO系統濃縮的滲濾液[ 10]。該項目自正式運行以來，性能穩定，處理效果好。處理能夠實現RO濃縮液的10倍濃縮。該項目最初設計處理能力在30m3 /d，投入資金為120萬元，處理開支在3.00元/m3。該系統最大的不足是濾除NH3 - N的效果差。

浸沒燃燒蒸發屬于常壓條件下的高溫蒸發，膜濾濃縮液中將會存在很高濃度的氯離子。氯離子在70℃ 以上的溫度就會腐蝕金屬材料。同時其水分以蒸氣形式排出，有較高能量散失率[ 11]。

近年來，機械壓縮蒸發技術逐步應用到垃圾滲濾液的處理。MVC蒸發處理垃圾滲濾液的基本原理是機械壓縮產生的蒸汽，使高溫蒸汽成為熱源，同時將原滲濾液蒸發為新蒸汽，之后又經壓縮提升溫度，如此循環。系統中的原高溫蒸汽冷卻成蒸餾水，在排出前將余熱交換給進水來液，故有較高能量利用率。該蒸發處理技術能把滲濾液濃縮至原液體積的3% ～ 10%，清水排放率達96%以上。

針對MVC高效蒸發的優勢可考慮將其引入到膜濾濃縮液的處理中來。廣州某地垃圾滲濾過RO濃液通過MVC技術蒸發處理后，TDS 達到25%，配合沼氣進行干燥，干燥粉末在5%以下[ 12]。

3.4膜蒸餾

膜蒸餾是一種采用疏水微孔膜，用膜兩邊蒸氣壓力的差值來力的膜分離，當輸水微孔膜分隔開不同溫度水溶液時，則會因為膜的疏水性導致兩側的水溶液均不可透過膜孔穿入到另一側。暖側水溶液同膜之間的水蒸氣壓會高于冷側的氣壓，水蒸氣能穿過膜孔由暖側過渡至冷側發生冷凝[ 13]。減壓膜蒸餾主要是將傳統蒸餾技術和膜技術結合發明的一種新型膜分離技術。該方法具有設備簡單，過程溫度低，對大分子等揮發物的截留率能夠達到100%，能夠完成高濃度溶液的處理等優點[ 14 ]。劉東等采用疏水性聚偏氟乙烯中空纖維膜來處理部分石化企業廢水經RO過程處理后得到的污水，開展VMD處理實驗[15]。結果證實，在75℃、壓強0.096MPa 條件下VMD過程初始通量達到33L /（ m2# h），則VMD過程與化學絮凝發生良好的結合。在將RO 濃縮至原來的1/10倍時，VMD過程通量可以保持在15L /（ m2# h）以上，產水電導率保持在5- 8us /cm，脫鹽率可以穩定在99. 9%以上。

相比較于常規蒸餾法，膜蒸餾可以實現較高的蒸餾效率，該法系統占地面積更小，得到的蒸餾液較為純凈。同時膜蒸餾過程也不要求把溶液加熱至沸點，膜兩側維持適當的壓差即可完成蒸餾處理。然而膜成本高，蒸餾通量受到系統限制。溫度變化以及濃度極化也將影響膜蒸餾效果，難以保持運行狀態的穩定。膜蒸餾是一個存在相變的過程，熱量主要是通過熱傳導的方法傳遞到液體中，所以能量轉化效率較低（通常在20%左右）[16]。

水蒸氣蒸餾的基本原理范文第2篇

以創新和創業型人才培養為導向，創新實驗教學理念，融合無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等四大化學的實驗教學，發展實驗手段現代化、教學方法多樣化、實驗內容綜合化的醫學和藥學的基礎化學實驗教學新體系。十余年的運行實踐表明，特色鮮明的基礎化學實驗教學新體系已經成功地培養了醫學和藥學的創新和創業型人才。

關鍵詞

基礎化學;實驗教學;創新和創業型人才培養

化學是一門實踐性強的學科，也是醫學和藥學專業的基礎學科。因此，基礎化學實驗教學在創新型和創業型人才培養中具有重要地位［1-2］。首都醫科大學化學生物學與藥學院實驗教學中心自2004年成立至今，一直追求以學生為導向，培養具有動手能力強、綜合素質好、微調自己就可適應社會需求的具有創新和創業雙創人才的實驗教學理念。特別是2006年成為北京市實驗教學示范中心以來，基于“實驗中心”的教學理念，不斷探索和研究面向醫學門類學生和藥學生的基礎化學實驗教學。在不違背實驗教學基本規律和時代要求的前提下，不斷實施實驗教學理念的創新，特別是在教學模式上，打破了傳統的實驗課程的設置和學科的界限，將無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等四大化學的實驗教學融合，成為現行的基礎化學實驗一、基礎化學實驗二、基礎化學實驗三和基礎化學實驗四。經過十余年的實踐，基礎化學實驗不僅形成了獨特的實驗教學體系，更為藥學生的專業實驗課程打下了堅實的基礎，形成了具有首都醫科大學化學生物學與藥學院特色的基礎化學實驗教學體系，受到同行專家的關注和肯定，并于2014年獲批國家級實驗教學示范中心，確定了融合的基礎化學實驗是培養創新型和創業型的雙創型醫學人才和藥學人才的重要基石。

1實驗手段現代化

2004年以來，實驗中心針對國家中長期發展對學生創新和創業能力培養的需要，不斷推進以實驗技術組合化、實驗技術現代化和實驗內容信息化為代表的實驗手段現代化基礎進程。

1.1實驗技術組合化

實驗教學中心獨立設置的每門基礎化學實驗課，均有較高比例的基礎性實驗，如稱量技術、滴定技術、溶液配制技術、過濾技術、蒸餾技術、熔點測定技術、沸點測定技術、重結晶技術、色譜技術、燃燒熱測定技術等，為本科生的基本概念、基本原理和基本操作打好基礎。在后續綜合性實驗中，融合了相關學科或同一學科多項技術，如基礎化學實驗二和基礎化學實驗三課程“小茴香中茴香油的提取和分析測定”實驗［3］。在基礎化學實驗二中，學生學習水蒸氣蒸餾法提取小茴香揮發油，掌握水蒸氣蒸餾技術的基本原理和操作技巧，保存好提取物。接著在基礎化學實驗三中，以基礎化學實驗二的提取物作為樣品，以正己烷萃取小茴香油，然后采用常壓蒸餾技術回收正己烷溶劑，樣品采用氣相色譜內標法，定性和定量測定小茴香揮發油中的反式茴香腦。該綜合性實驗設計既有水蒸氣蒸餾、簡單蒸餾和溶劑萃取技術的訓練環節，又有色譜技術的訓練環節，實驗內容通過層次遞進的方式展現給學生:在掌握了簡單蒸餾原理的基礎上，很容易掌握分餾的概念，即分餾就是反復多次的簡單蒸餾;而在掌握了分餾概念的基礎上，學生又很容易理解色譜學中抽象的塔板理論概念，即將色譜柱看作一個分餾塔，待分離組分在分餾塔的塔板間移動，在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間形成平衡，隨著流動相的流動，組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板，并不斷形成新的平衡。換句話說，色譜柱的塔板數越多時，其分離效果就越好。小茴香揮發油綜合實驗就是水蒸氣蒸餾、簡單蒸餾、萃取、稱量、溶液配制以及氣相色譜等多種操作技術的綜合組會，實驗的實施全面訓練了學生的實驗技能，提升了學生的創新能力和實踐能力，培養了醫學藥學實用型人才，取得了良好的教學效果［4］。

1.2實驗技術信息化

傳統模式下的大學基礎化學實驗教學存在諸多方面的問題，比如學生被動實驗現象突出、實驗現象不夠直觀，使得學生對教學內容的掌握不完全。當前，科學可視化和電子通信技術的大發展給化學研究和化學課堂教學帶來了令人興奮的應用機會。通過多媒體輔助實驗教學，應用分子模擬程序，可以將一個復雜的分子結構形象化、立體化、動態化地展示給學生，增強學生的學習興趣，提升教學效果［5］。2006年以來，學院用信息化教學手段落實先進的教學理念和實施先進的教學方法。隨著北京市對實驗教學中心經費投入不斷加大，實驗教學中心配備了一流的實驗教學儀器和設備，提供了信息化實驗教學手段。為了用信息化的教學手段落實先進的教學理念和實施先進的教學方法，中心17間實驗室都安裝了多媒體系統，全部實現了多媒體輔助教學，自行設計制作了9套多媒體教學課件，拍攝了20部實驗教學錄像片。將大量教學圖片、視頻資料、多媒體軟件、教學參考光盤等應用于實驗教學，用生動形象的文字、圖像以及視頻等媒體信息直觀地表達實驗的重點、難點及操作方法和要點，增加了教學的信息量，強化了學生的視覺和聽覺感觀，改進了教學效果，優化了教學質量，使學生的創新能力和創業能力得到有效培養。

1.3實驗技術現代化

學院每年用北京市教委提供的300萬元專項基金，購置新的實驗教學儀器和設備，推進中心的實驗設施現代化建設，提升實驗技術現代化。例如，基礎化學實驗二中“熔點的測定”除了教給學生傳統的提勒管測定法外，還用購置的WRS-1B數字熔點儀、SMP3數字熔點儀以及顯微數字熔點儀，使學生能夠學習和掌握現代化熔點測定技術。又例如，在基礎化學實驗二“旋光度的測定”中，除了教會學生樣品用量較大的國產的WXG-4圓盤旋光儀，還教會學生使用樣品用量只有50μL的美國Rudolph微量旋光儀。同時，中心還購置了7臺Agilent氣相色譜儀、7臺Waters高效液相色譜儀和3臺Thermo-Fish-erUltimate3000高效液相色譜儀、6臺Shimadzu2550紫外可見分光光度儀、5臺ShimadzuRF-5301熒光分光光度計、2臺紅外分光光度計、1臺馬爾文納米粒度測定儀。教師充分利用這些新儀器設計開發新的綜合性和設計性實驗項目，豐富實驗教材內容。所購置的現代化的儀器設備向本校本科學生開放，學生在實驗課中零距離接觸這些大型和精密儀器設備。這些一流的實驗設備成為學生牢固掌握基礎化學現代實驗技術的保障，培養了學生的創新思維和創業能力，特別為藥學專業的學生接下來的專業實驗課程的學習打下良好的動手能力基礎。

2實驗教學方法多樣化

學院逐步實現以學生為中心、以教師為主導的教學目標，不斷完善以啟發式教學、互動式教學和研究式教學為代表的實驗教學多樣化，培養創新和創業型人才。

2.1啟發式實驗教學

傳統的基礎化學實驗教學一般采取的是“配方抓藥”的方式，學生按照教科書寫好的步驟去做實驗，在整個實驗過程中很少設置有讓學生去思考的環節，學生處于一種被動學習的狀態中，學生的實驗技能僅僅處于“會操作”這樣一個低水平階段，對化學科學的本質的理解力和創新能力沒有得到有效訓練［6］。因此，用互動式教學方法貫穿實驗教學是中心的基本原則，教學中以教師的啟發指導為主，通過學生認真思考和研究來完成實驗，以提高學生對基礎化學知識的靈活運用能力。在每次開始上實驗課時，授課教師會圍繞實驗原理、實驗方法、實驗難點、實驗預期結果和可能出現的問題等啟發學生主動思維，讓學生談看法。比如在基礎化學實驗二“柱色譜分離甲基橙和亞甲基藍”的實驗中，都會讓學生觀察實驗現象，啟發學生提問題［7］。比如提問學生實驗中是藍色條帶還是黃色條帶先流出色譜柱?為什么?然后讓學生觀察實驗結果與自己最初的判斷是否一致，假若判斷有錯誤，首先讓學生獨立思考原因，然后在實驗課結束時，會組織學生即時小結。通過小結，啟發學生注意聯系理論知識，引導學生從被分離化合物的結構和極性以及固定相硅膠的結構、極性和化合物與硅膠的相互作用等方面去思考，對實驗結果給出正確的理論解釋，對實驗出現的問題給出合理的分析。啟發式實驗教學不僅調動了學生自主學習的積極性，管理理論課與實驗課知識，尤其是提升了學生分析問題和解決問題的能力，是創新和創業型人才培養的重要教學方法。

2.2互動式實驗教學

自發性和即興表演等多種方式的互動式教學對提高學生化學學習具有重要意義。在互動式教學過程中，教師和學生雙方要充分利用互動式教學資源如視覺、語調、手勢和體態等。教師通過與學生的交流，了解學生的想法，調動學生學習的主動性。教師在授課中要經常提出適宜的問題，征求學生的答案，同時鼓勵學生積極提問，并組織學生討論，培養學生的創造性思維［8］。因此，用互動式教學方法貫穿實驗教學也是中心的基本原則，積極鼓勵授課教師在課堂上采用互動式教學模式進行教學，優化教學方法，提高教學質量，激發學生的學習興趣，充分調動全體學生的學習積極性，提高學生學習效率。例如，在基礎化學實驗二“從茶葉中提取咖啡因”的實驗中，由于升華時對溫度的控制不同，實驗現象和結果會有很大的差異，有的學生在升華過程中很快聞到了糊味兒，升華用的濾紙由白色變成了焦黃色，升華的咖啡因產品晶體細小且很短，夾雜著黃色;而有些學生在升華過程中沒有聞到糊味兒，咖啡因晶體潔白，顆粒很大且很長，附著在濾紙上干凈整潔，產率較高。對于這樣的實驗教學情況，教師就組織全班學生一起探討原因，將產生不同實驗現象的學生分成小組相互觀摩、探討和交流，認真比較實驗現象，仔細分析實驗過程的異同，最后總結出實驗成功的經驗:茶葉的提取物在焙炒過程中要充分去除提取溶劑，形成墨綠色的均勻細小顆粒，升華時溫度上升要緩慢，不能著急，若提取溶劑去除不干凈和升華溫度上升過快會導致咖啡因結晶色澤較差和產率較低。學生通過這樣的討論，發現問題和解決問題的能力有了很大的提高，并且實驗熱情高漲，培養了學生主動參與、勇于爭論、敢于表態的實驗態度，提高了學生的創造性思維能力。在相互討論的過程中教師自身也得到了很大提高，與學生之間也有了近距離的情感交流，達到了教學相長。

2.3研究式實驗教學

研究式實驗教學的特點是課堂上有更多的互動、學生可分組實驗以及會像科研實驗那樣產生真實的問題等。通過研究式實驗教學，學生對基礎化學概念的理解和學習態度上比傳統的教學方式更有效［9］。因此，在實驗課中開設研究式實驗是一項非常有意義的工作，是培養學生獨立思考、大膽探索和勇于創新的科學精神的有效途徑。為此，實驗教學中心積極推行研究式教學，讓設計實驗內容更加靠近正規的科研實驗［10］，成為中心實驗教學的重要環節之一。例如，在“紫外分光光度法測定未知物的含量”設計性實驗中，教師在實驗課開始前2周，向學生布置實驗題目、內容和實驗要求，指導學生查閱文獻，以課題小組為單位自主設計實驗方案并說明實驗原理;實驗實施前1周，收集學生的實驗方案，由教師進行審閱;實驗實施前1天，組織一個討論會，由各課題組提出自己的實驗方案，全班討論、歸納，在教師的指導下，最終形成一個公認合理可行的實驗實施方案;學生從調整儀器、配置試劑開始，完全自己動手完成實驗方案的實施;學生實驗完成后，獨立完成實驗報告。通過研究性實驗教學的培養，學生查閱文獻的能力、歸納總結能力和團隊協作能力有了很大提高，對理論知識的理解也更加深刻和透徹。

3實驗內容綜合化

傳統藥學基礎實驗課程體系強調無機、有機、分析和物化實驗的專業性和獨立性，課程開設基本分屬于各教研室，各建一套，各自為政，不重視各學科之間的相互交叉滲透，結果導致學生的創新能力、綜合分析問題和解決問題能力不足，同時也制約了各教研室的資源共享。將藥學基礎實驗課程體系各學科相互融合，注重相關學科的交叉聯系，開展綜合性實驗訓練，提高學生創新精神和實踐能力，是當前藥學實驗教學改革的主要方向［4］。綜合性實驗對培養學生的創新精神和科學素養意義重大，也是中心實驗教學改革的重要內容之一。2006年以來，中心利用專項資金購置了一大批用于光學、電化學和色譜學分析等技術的教學儀器設備。例如，紫外可見分光光度計、熒光分光光度計、紅外分光光度計、氣相色譜儀和高效液相色譜儀等。如何在現有條件下，最大限度地提高教學質量和效果，提升學生的創新能力和實踐能力，綜合性實驗項目的開設就顯得非常必要。為此，實驗中心積極推行綜合性實驗項目教學。比如在“基礎化學實驗二”中，乙醇浸提茶葉、升華法提純咖啡因，中心管理好學生的樣品;在“基礎化學實驗三”中，讓學生使用自己的樣品采用液相色譜法分析咖啡因的純度及含量測定，學生可以在“基礎化學實驗三”中體會在“基礎化學實驗二”中自己樣品的好壞程度。再如在“基礎化學實驗二”中，學生合成和純化阿司匹林，保留樣品;在“基礎化學實驗三”中，分別采用紫外二階導數光譜法和液相色譜法分析阿司匹林及其雜質水楊酸的含量，在“基礎化學實驗四”中，測定阿司匹林的燃燒熱。這種將相關實驗技術融合在既相對獨立又互相關聯的具體實驗中，使這些選定的實驗項目串聯成一個大實驗，通過實驗原料傳遞的方法，使實驗內容變成一系列前后關聯的有機整體，實驗設計整合了有機化學、分析化學和物理化學的實驗內容，注重上下游課程之間的滲透和銜接，提升了學生對科學知識和實驗課程學習的興趣，培養了學生的科學素養和創新思維能力。

4化學實驗教學改革的展望

本校實驗教學中心在未來將繼續以培養創新和創業型人才為指導思想，不斷探索、研究醫學化學和藥學基礎化學實驗教學的基本規律、特點，不斷吸取實驗教學改革和科學研究的新成果，不斷完善基礎化學實驗教學內容和體系，切實提高我國醫學和藥學專業人才的培養質量和水平。

作者：唐靜成 王玉記 吳建輝 趙明 單位：首都醫科大學化學生物學與藥學院

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水蒸氣蒸餾的基本原理范文第3篇

（赤峰工業職業技術學院，內蒙古 赤峰 024000）

【摘要】超臨界二氧化碳萃取技術在實際應用的過程中擁有著能量消耗低、環保性能好、溫度壓強皆可控制等諸多優點，在天然產物提取中應用非常廣泛。

關鍵詞 超臨界二氧化碳萃取；天然產物；提取；應用

作者簡介：鄒書慧（1981.09—），女，漢族，山東人，碩士研究生，講師，研究方向為天然產物提取。

曹曉鋒（1981.02—），男，蒙古族，內蒙古人，碩士研究生，講師，研究方向為化學工藝。

我國土地遼闊，物種繁多，有著豐富的物產資源，各個地區基本都存在著本地特有的生物資源。近幾年，我國的食品行業和藥品行業中天然產物的提取方法得到大力的研究探索，并取得了一定的成果。傳統的天然產物分離純化方法往往是采用有機溶劑，需要花費較高的成本，而且會造成環境污染，處理時間相對較長，操作比較復雜，提取出來的產物純度也很難達到實際要求。所以，食品行業和藥品行業都在積極研發科學有效、簡單快速的高提取率方法，尋求采用無溶劑提取方式的分離方法，超臨界二氧化碳萃取技術就是最為有效的方法之一。

1超臨界二氧化碳萃取技術概述

1.1超臨界流體萃取技術的定義

超臨界二氧化碳萃取技術全稱是超臨界二氧化碳流體萃取技術。這項技術是一項比較新的科學技術，伴隨著我國科技化工業的飛速發展，該項技術成為了全世界應用廣泛的物理萃取技術。該技術是采用高壓高密度的超臨界流體作為萃取技術中的溶劑，溶解固體或是液體進而提取出有效成分，隨后采用升溫降壓等手段將萃取結束以后的組分分離開來。

1.2超臨界二氧化碳萃取技術的基本原理

超臨界流體萃取技術中普遍通用的溶劑就是二氧化碳，二氧化碳的價格相對較低，方便提取，對于環境不會造成污染，達到超臨界時，二氧化碳的流體會具備氣液兩相的優點，滲透能力和低粘度特性非常明顯，特別適合應用在天然產物有效成分的提取中。當超臨界流體和需要分離的物質接觸以后，可以將其按照極性、沸點和分子量大小依次萃取出來。雖然按照一定的壓強分離可能會萃取出非單一的產物，還可以借助減壓升溫等方法將超臨界流體轉變成氣體，進而達成分離提純天然產物的目的。

1.3超臨界二氧化碳萃取技術的基本特點

溫度低。超臨界二氧化碳萃取技術在進行實驗期間的溫度要求并不高，通常可以固定在35-55攝氏度之間，整個反應流程都處于二氧化碳的環境中，熱敏性成分可以實現隔離，保留下需要的成分。天然產物成分往往遇到高溫容易發生分解，超臨界二氧化碳萃取技術可以有效避免該類問題的產生。

無殘留物。超臨界二氧化碳萃取技術使用過程中不會涉及到任何有機溶劑，所以，最后得到的萃取物中也不會留下任何化學溶劑，可以防止殘留下有害物質。

可靠性高、成本低。二氧化碳并不容易發生反應，無毒無味，不可燃，使用過程中可以保證安全性；制得二氧化碳的工藝目前已經非常成熟了，從而二氧化碳的價格相對較低，純度則很高，生產過程中還能實現循環應用，生產成本大大減低。

2超臨界二氧化碳萃取技術在天然產物提取中的應用

2.1超臨界二氧化碳萃取技術在食品工業中的應用

超臨界二氧化碳萃取技術在食品工業中應用已經較為成熟了，應用范圍非常廣泛，在各類型的食品中都有應用，下面具體介紹具有代表性的幾個例子：

2.1.1脫咖啡因

超臨界二氧化碳萃取技術最早的大規模應用就是將天然咖啡豆中的咖啡因脫除出來。傳統的脫除方法是采用有機溶劑，實際生產中的工藝頗為復雜，生產效率很低，還有有害的殘留物。應用了超臨界二氧化碳萃取技術以后，超臨界二氧化碳對于咖啡因的選擇性很高，溶解性好，價格便宜，受到了相關工作人員的歡迎。同時，咖啡因的脫除效果也有所提升，從傳統的2%降低為0.02%。

2.1.2啤酒花

過去萃取啤酒花采用的是乙醇或是二氯甲烷，這類溶劑在使用時會殘留很多易燃易爆的有害物質，采用二氧化碳以后，啤酒花中的有效成分萃取率得到了大幅度上升，可以達到95%，同時由于二氧化碳的選擇性非常好，可以減低萃取產物中的酚類物質，基本完全去除硬質樹脂，進而得到更加穩定、風味更好啤酒。

2.1.3植物油脂

傳統的提取植物油脂的方法是比較機械的壓榨法，雖然該用有機溶劑以后，得油率得到了提升，但是選擇性較差，殘留溶劑較多的問題仍然存在。采用了超臨界二氧化碳萃取技術以后，可以得到純度更高、色澤更淺、工藝更加簡單地油脂提取方法。目前，在工業提取花生油、茶籽油、小麥胚芽油、米糠油等方面都得到了廣泛的應用。

2.2超臨界二氧化碳萃取技術在香料和化妝品工業中的應用

2.2.1植物揮發油

通過超臨界二氧化碳萃取技術可以從芹菜籽中得到揮發性的油，含有豐富的呋喃酮類物質，采用水蒸氣蒸餾法得到的揮發油中主要物質是單萜烯，從而，這兩種物質會出現本質上的不同。采用超臨界二氧化碳萃取技術獲得的芹菜籽油明顯更具備天然的風味，香氣更好，但是采用水蒸氣法獲得的油由于需要受熱，會表現出非常明顯的香氣差異，無法有效保留油中的姜辣素。

2.2.2鮮花芳香成分

鮮花中的香氣成分并不是很高，若是能夠先將這類成分富集到一起以后再采用超臨界二氧化碳萃取技術進行萃取，可以有效避免花費過多成本的問題。通過超臨界二氧化碳萃取技術提取鮮花中的芳香成分，可以避免采用有機溶劑法遺留的不安全問題，并提升萃取效率，特別是針對含有生命活動的鮮花來說，更能發揮出特有的效果，得到好幾倍的香氣。

2.2.3化妝品原料制備

化妝品配方中的羊毛脂應用非常廣泛，通常可以用作疏水物或是制備油包水類的化妝品。跟傳統的萃取方法比較來看，超臨界二氧化碳萃取技術的生產時間可以有效簡短，并保證羊毛脂的鮮明顏色，減低電導率。

3結語

超臨界二氧化碳萃取技術是一種非常好的化工分離技術，可以看成是綠色化工技術。采用超臨界二氧化碳萃取法獲取天然產物中的有效成分可以保證高純度、高可靠性和生產安全，完全符合當今世界化工生產的發展潮流，還應進一步推廣研究。

參考文獻

［1］朱凱.超臨界二氧化碳萃取技術在天然產物提取中的應用[J].現代化工,2006(S2):375-378.

［2］唐韶坤.超臨界二氧化碳萃取葡萄籽中食用及藥用成分的工藝和模型研究[D].天津大學,2003.

［3］迪力夏提·而斯白克,康淑荷,寇亮,齊俊雅.超臨界CO2萃取技術在天然產物提取中的研究及應用[J].西北民族大學學報:自然科學版,2013(4):1-5+9.

水蒸氣蒸餾的基本原理范文第4篇

【關鍵詞】工業廢水；回用；鍋爐

一、前言

熱電廠的水質質量直接關系到熱力設備能否安全運行。水質不良，會引起鍋爐及汽輪機的結垢、腐蝕。水處理工藝選擇不當，不僅會增加一次性投資和運行費用，嚴重的還會影響熱電廠的正常運轉。因此鍋爐補給水工藝選擇、設備選型、運行管理是決定熱電廠能否長期穩定運行的關鍵因素之一。鍋爐補給水由于對水質要求較高，因此必須進行除鹽處理。之前，大部分以離子交換為主，但離子交換存在用工多，工人勞動強度大，自動化程度低，設備占地面積大，設備維修和更換頻率高等劣勢。如何尋找一種能夠連續穩定運行，并且自動化程度高的工藝已成為熱電水處理專業的主要工作任務之一。隨著膜法工藝的發展，膜法工藝逐漸在鍋爐補給水領域被廣泛的應用。在實際應用中，單一使用某種方法處理給水，不僅成本高，而且處理效果難以保證，尤其是膜的污堵問題，實際應用中一般都采用多種方法配合使用，尋找最佳的搭配方式，既能獲得良好的處理效果，又可盡量降低處理成本，并使流程簡單化。

二、工業廢水回用于鍋爐補給水的應用

1、預處理系統

工業廢水一般不能滿足直接進水要求，需要進行預處理。預處理的主要目的是去除小的顆粒懸浮物、膠體、微生物、有機污染物和活性氯。預處理的一般工藝是對水進行混凝澄清、過濾。根據需要，決定是否需要加氯殺菌；當余氯含量高時，決定是否需用還原劑或吸附脫氯；若進水中碳酸鈣硬度較高時，應投加石灰，在除去濁度時進行預軟化。（1）混凝加藥。主要作用是：在原水中添加絮凝劑使水中的微小懸浮物和膠體凝聚，以利于機械過濾器去除。常用的混凝劑有：硫酸鋁、聚氯化鋁（PAC）、硫酸亞鐵、鋁化鐵、聚合鐵等混凝劑。另外，為了增強混凝效果，有時需要投加輔助藥物助凝劑。常用的助凝劑有：用于調節PH的石灰或純堿，以及用作高分子吸附劑的聚丙烯酞胺等。（2）混凝設備。水的混凝澄清一般在澄清池中進行，分為泥渣懸浮式和泥渣循環式。和沉淀池相比，澄清池中水和藥劑的混合、反應、沉淀在同一設備中完成，停留時間短，澄清效果好。天然水經過混凝處理后，大部分懸浮物被除去，還留有少量細小的懸浮顆粒要進一步除去，進一步除去懸浮物的常用方法是過濾。目前的過濾裝置多為快速過濾，常用的壓力式過濾器有普通快速過濾器、雙流過濾器和多層濾料過濾器。現在常用的普通快速過濾器一般由石英砂和無煙煤組成。主要作用：去除水中的懸浮物和顆粒。利用多層介質（依次布置石英砂和無煙煤）的過濾機理，使水中的懸浮物和顆粒在濾層中被截留而去除。采用彎形板式布水方式，使過濾達到最佳效果。其特殊的反洗裝置：先進行空氣擦洗再進行大流量反沖洗。（3）一體化凈水器。一體化凈水器。包括了混凝、沉淀和過濾三個部分。設備內斜管填料材質為即，濾料采用無煙煤、石英砂、鵝卵石濾料。補充水經加藥混合后進入一體化凈水器處理設備本體第一反應室，經旋流切割反應再進入第二反應室，逆向進入沉降區，使補充水中有機物形成大的礬花，沿斜管接觸面自行落入泥斗，補充水再經順流進入過濾區，使水質進一步凈化。

2、一級除鹽系統

除鹽過程可以用很多化學方法來完成，此方案的選擇要通過經濟技術比較來確定。（1）離子交換技術。離子交換技術是最傳統的脫鹽技術，已被使用了很多年，已被確立為一種重要的脫鹽過程。其原理就是用樹脂含有的、固定的化學基團同溶于水中的離子進行交換。消耗的再生水量也隨之增大，使廢水量能等于或超過產品水量但是因為離子交換是一種不連續的過程，因此需要備用設備。并且操作復雜，自動化程度低、有酸堿廢液排放，不符合環保要求。（2）反滲透技術（RO）。反滲透裝置是最主要的脫鹽裝置。其原理是利用反滲透膜的基本特性來除去水中大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。典型的R0系統由預處理、高壓泵、放置在高壓容器中膜組件及分配進料水和收集產品水的管路和閥門組成。原水經過預處理后達到反滲透膜的進水要求，在高壓泵的強大壓力下進入裝有反滲透膜的壓力容器，通過高壓泵的壓力大于滲透壓的原理，水分子和一小部分小分子有機物通過半透膜進入產水側，通過產水收集管收集后進入反滲透產水箱（中間水箱）。剩余的含有大量鹽分的濃水則由濃水管收集后進入濃水排放管，進入濃鹽水箱。系統的進水、產水和濃水管道上的一系列電動閥門、監控儀表以及程控操作系統，用以保證反滲透設備能夠長期、連續、穩定、系統化的運行。（3）阻垢劑裝置。阻垢劑加藥裝置的主要作用在于經過預處理之后的原水進入反滲透系統之前，加入高效率的阻垢分散劑，防止反滲透濃水側結垢。由于反滲透脫鹽裝置為溶解固形物濃縮排放和淡水的利用，根據原水水質分析報告，為了防止濃水端，因此在進入膜元件之前設置了阻垢劑投加裝置。該裝置由計量箱、計量泵組成。阻垢劑是一種有機化合物，它的主要作用是相對增加水中結垢物質的溶解性，以防止碳酸鈣、硫酸鈣等物質對反滲透膜的阻礙，同時也可以降低鐵離子堵塞膜的微孔。（4）多級閃燕。其基本原理是：當含有鹽類的水被加熱到沸騰時，水便開始大量蒸發成水蒸氣，鹽類則留在溶液中，再將蒸汽冷凝，便得到蒸餾水。這種工藝在實驗室被廣泛應用。但是因為蒸發器像一個低壓鍋爐，有結垢的可能，所以進水需要經過化學處理，比較復雜。現在這種工藝經常納入熱力發電廠的給水回熱系統，可以提高熱力系統的經濟性。

3、精除鹽系統

隨著電子工業、半導體工業、原子能工業的發展，對水質要求越來越高，要制備高純水及超純水。制備超純水通常采用蒸餾法和離子交換法。蒸餾法耗能高，離子交換法需要再生、消耗酸堿、操作管理不便、勞動強度大且污染環境。一級除鹽系統也不能滿足要求，必須進行精除鹽。目前，常用的精除鹽系統有混合離子交換器、二級反滲透、電滲析和連續電再生除鹽技術。（1）混合離子交換器除鹽技術。混合離子交換器是成熟的精除鹽技術，出水水質比較高，但是經實踐證明，存在以下缺點：再生操作復雜，有酸堿廢水排放，樹脂交換容量的利用率低、樹脂損耗大。（2）二級反滲透技術。因為反滲透脫鹽率高，可以達到95%以上，現在一些工藝要求嚴格的工業部門也用二級反滲透作為精除鹽工藝。反滲透原理前面已論述。但是，反滲透對對二氧化硅的脫除率較差。必須結合原水水質經過詳細計算后慎重選擇。（3）電滲析技術。電滲析（ED）是一項新型膜法水處理技術，它處理含鹽量500、3O000Ing/1的水時，比蒸餾和離子交換法經濟。電滲析（ED）就是在電場力的驅動下，離子遷移通過離子透過膜和水分離，一個電滲析單元由平行的幾百個隔室構成，多層構成一列，其中一半隔室的水用來脫鹽，而在其相鄰隔室中水的含鹽量增加。ED技術一般應用于部分除去TDS的場合。

三、結語

總之，如何選擇經濟穩定的水處理工藝是熱電廠重要的工作之一。實踐證明，利用膜法對工業廢水深度處理，產水用于鍋爐補給水在技術和經濟上都是可行的，并且具有很大的環境效益。

參考文獻：

[1]汪恕誠.落實科學發展觀 全面推進節水型社會建設.人民日報，2004-3-22.

水蒸氣蒸餾的基本原理范文第5篇

從去年鬧得沸沸揚揚的“引渤入疆”開始，海水淡化引起了社會上越來越多人的關注，不少人認為海水取之不盡、用之不竭，只要大力發展海水淡化產業，我國水資源短缺的問題就會徹底解決了，有的專家學者甚至將其提到了國家戰略的高度。為此，筆者就有關問題查閱了一些文獻，咨詢了有關方面的資深專家學者，并且對青島百發海水淡化廠和天津北疆電廠進行了實地調研。筆者認為在現有的技術水平下，海水淡化在水量、水質、成本、能耗、環保等方面都有其局限性，我們應當科學理性地看待海水淡化產業的發展。

荒謬之比

許多人在談及海水淡化時，總是要與我國當前正在實施的最大調水工程――南水北調工程作一番比較，比什么呢？主要就是比成本，比誰更合算，往往給人以誤導。例如，為了證明所謂 “引渤入疆” 的經濟合理性，一些人曾宣稱南水北調調水成本高達20多元/噸，是其成本的4倍。先不去深究其數據來源的可靠性，只需要做一個簡單的對比就可看出破綻：同樣是調水工程，試想一邊是輸水距離1000多公里，全程自流的淡水水源；一邊是輸水距離5000多公里，提水高程1200多米的海水水源，要使用還要進行淡化處理，孰貴孰便宜顯而易見。

據調查了解，在目前的技術水平下，海水淡化的成本還相對較高，制水成本一般在5～7元/噸。國內曹妃甸海水淡化廠（日產5萬噸）的出廠成本是5.99元/噸，青島百發海水淡化廠（日產10萬噸）的出廠成本是7元/噸，西班牙海水淡化成本約0.45歐元/噸，約合4.8元人民幣/噸。由于海水淡化技術已發展到一個相當成熟的階段，繼續通過技術進步降低成本的潛力已經十分有限，而同時隨著能源、人工和原材料價格的增加，進一步降低成本的難度較大。

這樣的生產成本，即使在沿海地區，和傳統的水源相比也不具備競爭優勢，如果還要通過輸水工程輸送到內陸地區，其供水成本將進一步增加。例如，有報道曾提出將曹妃甸淡化后的海水輸送到北京，需要建設一條長220公里的輸水管道，采用2座加壓泵站克服45米的落差。初步測算，其輸水成本至少在2元/噸以上，這樣到北京的成本將在8元/噸以上，如果加上環境水價、利潤稅金等，其供水水價將超過10元/噸，遠遠超過了北京現在的水價水平，即使其8元/噸的生產輸送成本也遠遠超過了南水北調總體規劃中測算的中線工程到北京的口門水價。

理性看待

海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。海水淡化技術有很多，但主要分為兩大類，一類是膜法；一類是蒸餾法。所謂膜法，其基本原理就是通過加壓等方式，讓海水通過高分子薄膜，將海水中的鹽分過濾后成為淡水；所謂蒸餾法，就是將水蒸發氣化而鹽分留下，再將水蒸氣冷凝為液態淡水。目前，世界上大型的海水淡化廠主要采用膜技術或者熱膜聯產技術生產，例如我國的青島百發海水淡化廠采用的就是膜技術。

從20世紀50年代以來，海水淡化技術得到了不斷發展，海水淡化產業也不斷壯大，目前全世界海水淡化日生產能力3500萬噸，約130億噸/年，但實際開工生產量不足一半。這些海水淡化廠主要分布于沙特阿拉伯、阿聯酋、科威特等極度缺水的中東國家，其中沙特阿拉伯的生產量就占全世界產量的30％左右。

目前我國已建成海水淡化裝置62套，日生產能力近40萬噸。主要應用領域包括電力行業的鍋爐用水，沿海鋼鐵、石化等企業用水以及少數海島的生活用水。

據了解，我國部分較大規模的海水淡化廠均開工不足，運營困難。如天津北疆電廠海水淡化工程日產淡水能力10萬噸，計劃進入市政管網，但由于存在成本和水質問題，該項目目前每天只生產8000噸。從目前的實際情況來看，海水淡化除了生產成本較高外，還有以下幾個難題需要解決：

一是高耗能。海水淡化屬高耗能產業，這一結論已被世界自然基金會以及國內外相關研究公認。無論是膜技術還是蒸餾技術都需要大量能耗，據了解，目前世界上最先進的技術生產1噸水也要耗電4.5度左右。假設南水北調東、中線一期工程184億噸的年調水量全部用海水淡化的方法生產，年耗電量將高達828億度，約相當于三峽工程一年的發電量，將增加消耗近5000萬噸燃煤，增加二氧化碳排放6000多萬噸。在節能降耗、嚴格控制碳排放的時代背景下，顯然是不合時宜的選擇。

二是水質對人體健康存在影響。淡化海水水質無法與天然淡水相比。據國內外研究文獻，淡化海水作為飲用水存在許多的技術難題，如膜法生產的淡化海水硼含量超標，會對人體造成損害，而自然淡水基本不含硼元素；淡化海水中有益礦物質含量很低，易引起人體營養物質流失，造成多種健康隱患等。目前，生產用于飲用的淡化海水都要和自然淡水混和（混和比例1:3左右），還要進行礦化處理，也就是模擬自然淡水后才能飲用。如果通過提高工藝解決上述問題，需在原有基礎上額外增加較多成本。如中東國家投入大量資金對淡化海水進行礦化調節等深度處理，使其達到飲用水標準。

三是海水淡化污染排放對生態環境有負面影響。海水淡化會產生濃鹽水、添加劑等多種廢棄物，目前多直接排入海洋，如大規模生產將對生態環境造成不容忽視的影響。在目前技術條件下，淡化海水產生的高鹽廢水鹽度比海水增加約1倍，一般有直排入海和用于化工制鹽兩種處理方式。制鹽方式由于受占地、鹽場接納能力、市場需求等因素限制，一般很少采用。大量濃鹽水排放到海中，將嚴重擾亂附近海域的海洋生態，對耐鹽性較差海洋生物產生顯著

影響，造成漁業等海洋經濟損失，一些國家和地區曾因此對受損漁民進行過賠償。

科學定位

綜合國內外用水順序來看，在本地淡水、再生水、外調水、淡化海水等水源選擇上，在盡可能開發利用本地淡水資源還無法滿足需求的條件下，一般還是采用外調水源，而海水淡化只是在沒有淡水資源開發利用條件下的無奈選擇。

目前，調水工程已成為許多國家解決水資源短缺的重要工程技術手段。全世界的年調水規模約5000億方，分布在美國、俄羅斯、澳大利亞等40多個國家；海水淡化主要應用于淡水資源極度缺乏又無水可調的國家和地區，在有的國家甚至上升為當地水資源可持續發展的戰略性選擇，例如沙特阿拉伯，淡化海水已經占了其供水總量的70％以上。但是，在淡水資源相對豐富，或者可以采用調水等工程措施來解決水資源短缺問題的國家和地區，海水淡化只是在沿海地區進行一些小規模的生產和應用，并非水資源供給的主流。