作者：戴猷元、秦炜、张瑾 编著
出版社：化学工业出版社
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耦合技术与萃取过程强化(第二版)试读：
前言
20世纪90年代以来，在传统萃取单元操作的基础上，萃取分离与其他单元操作过程的耦合、萃取分离与反应过程的耦合，已经成为分离科学与技术领域研究开发的重要方向，发展形成了一系列新型的萃取分离过程，展现出广阔的应用前景。
2009年，《耦合技术与萃取过程强化》一书出版以来，得到了许多读者的反馈，增进了读者与作者之间的交流，对耦合技术与萃取过程强化的工业应用起到了推动作用。近年来，随着一些萃取分离新技术的发展，实现过程耦合的途径在不断更新，过程强化的机理分析和研究工作也不断深入。发展耦合技术，实现萃取过程强化，涉及多个领域的应用研究成果在不断更新。
最近，由戴猷元主笔，对《耦合技术与萃取过程强化》全书进行了修订，除了保留对“耦合技术”、“过程强化”等内容及新型分离技术的基础性阐述之外，重点补充了应用研究工作的内容。特别是对第2章中实现过程强化的讨论、第3章络合萃取技术的应用研究以及第8章萃取分离与生物反应耦合过程等做了新的补充，形成《耦合技术与萃取过程强化》（第二版），以期满足读者的需求。编著者2015年3月第一版前言
液液萃取过程具有分离效率高、能耗低、生产能力大、设备投资少、运行安全、便于规模化连续操作等优点，一直受到工业界和研究者的重视。随着现代过程工业的发展，人们对分离技术提出了越来越高的要求，多样化产品的分离、高纯物质的提取、产品的深加工及资源的综合利用、环境治理严格标准的执行，大大促进了分离科学和技术的发展。面对新的分离要求，作为“成熟”的单元操作——萃取分离也面临着新的挑战和机遇。在传统的萃取单元操作的基础上，萃取分离与其他单元操作过程的耦合、萃取分离与反应过程的耦合、利用化学作用或附加外场强化萃取分离过程，发展形成了一系列新型的萃取分离过程。发展耦合技术，实现萃取过程强化，已经成为分离科学与技术领域研究开发的重要方向，展现了广阔的应用前景。
本书分绪论、“场”、“流”分析的基本概念、有机物稀溶液络合萃取过程、外场强化萃取过程、萃取反萃取交替过程、膜萃取过程、同级萃取反萃膜过程、萃取与发酵耦合过程、酶膜反应过程及亲和膜过程、其他萃取强化过程十章。系统阐述了耦合技术及新型萃取过程的基本原理、过程特征、各类体系的分离工艺和应用实例等内容。本书可作为高等院校化工、生物化工、环境、制药等专业师生的参考书，也可供上述专业从事分离过程研究开发、设计及运行的工程技术人员使用。
本书的一般性参考文献为汪家鼎、陈家镛主编的《溶剂萃取手册》（化学工业出版社，2001），本书还引用了大量文献资料。对于作者们的工作成果，编著者在此一并表示感谢。此外，书中的许多内容是编著者和编著者指导的博士研究生及硕士研究生多年从事的研究工作及公开发表的研究成果。这些研究工作一直受到国家自然科学基金重点项目和一般项目的支持。另外，感谢骆广生教授、王玉军副教授在第四章、第六章编写中的工作。
目前，耦合技术与萃取过程强化的研究工作正在不断深入，研究成果也不断出现和完善。本书力求对耦合技术与萃取过程强化进行系统的阐述，希望推进更广泛、更深入的交流和切磋。由于编著者自身的学术水平和研究实践的限制，书中难免有不全面乃至错误之处，希望得到专家、同行和广大读者的赐教和斧正。编著者2009年9月第1章 绪论
分离科学与技术是化学工程学科的重要分支之一。一大批分离技术在化学工业、石油炼制、矿物资源的综合利用、核燃料的加工和后处理、海洋资源利用和医药工业、食品工业、生物化工以及环境工程中得到了广泛的应用。随着现代工业的发展，人们对分离技术提出了越来越高的要求。高纯物质的制备、各类产品的深加工、资源的综合利用、环境治理严格标准的执行，大大地促进了分离科学和技术的发展。面对新的分离要求，作为“成熟”的单元操作——萃取分离也面临着新的挑战。在传统的萃取单元操作的基础上，萃取分离与其他单元操作过程的耦合、萃取分离与反应过程的耦合、利用化学作用或附加外场强化萃取分离过程，发展形成了一系列新型的萃取分离技术。发展耦合技术，实现萃取过程强化，已经成为分离科学与技术领域研究开发的重要方向，展现了广阔的应用前景。
广义地讲，过程耦合是将两个或两个以上的单元操作或单元过程有机结合成一个完整的操作单元，进行联合操作的过程，如反应萃取、加盐萃取精馏、萃取发酵、膜萃取、膜蒸馏、膜吸收、膜生物反应等。过程耦合不是单元操作或单元过程的简单的先后组合，而是有机结合在同一操作中完成的。合理设计耦合过程，对于提高过程的效率和经济性，开发环境友好过程都十分有效，有可能获得单元操作或单元过程简单加和而无法得到的效果。因此，过程耦合技术的研究已经成为化工分离工程和化学反应工程学科领域中的最为活跃的应用基础研究和应用技术研究的热点。
20世纪后期，Giddings教授曾试图从“场”“流”分析的观点出发，对丰富多样的分离技术进行系统分析，以期得到同一性的结论［1］［2］
。此后，袁乃驹教授等拓展了“流”和“场”的概念，并将其应用于描述和分析分离过程和反应过程。
袁乃驹教授等提出的“场”“流”分析的一般性概念的主要内容包括：①“流”和“场”的存在是构成分离过程或反应过程的必要条件；②“流”和“场”按不同方式组合可以构成不同的过程；③利用化学作用或附加外场以增强“场”的作用，或改变“流”和“场”的组合方式可以实现过程强化；④多种“流”和多种“场”的组合可以产生新的过程。
袁乃驹教授等认为，所谓“流”是指在系统中物质的整个体相处于运动（移动）状态。“流”的特征包括物料种类、移动方式、物料流的数量、物料相态、物料流动方向、接触方式及流速。所谓“场”是指物质各组分受“场力”的作用发生“迁移”，实现传递。“场”的特征包括“场”的类型（如电场、磁场、力场、浓度场、温度场、化学位差异等）、“场”的空间分布（一维或多维）、“场”的数量（单个场或复合场）。分离过程或反应过程的有效性与“场”和“流”的结合方式、“场”的相对强度密切相关。
按照“场”“流”分析的观点，现有的分离过程或反应过程均可以表示为若干类“流”“场”的组合，可以用形式类似的数学模型描述。例如，对于一般的液液萃取过程应包括料液相及萃取相两个液相“流”，其移动方式可以是连续的，也可以是分批的；其流动方向可以是逆流、并流或错流；其接触方式可以是有机相为分散相的直接接触式或水相为分散相的直接接触式。对分离过程或反应过程进行“场”“流”分析，利用化学因素或附加外场适当调控“场”的相对强度，优化设计多种“场”和多种“流”的叠加或耦合，可以实现过程强化。“耦合技术”及“过程强化”是提高分离过程或反应过程效率的重要方式。
多样化产品分离、高纯物质提取的任务中有许多属于极性有机物（包括稀溶液体系、难分离体系和热敏性物质体系）分离的范畴。通常使用的物理萃取方法，其平衡过程服从“相似相溶”原理，溶质与溶剂间的相互作用基本上属于范德华力的范畴。如果利用化学作用适当调控“场”的相对强度，形成“化学萃取”机制，可以强化萃取分离过程。络合萃取分离技术就是这样一种化学反应萃取技术，它对极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。络合萃取过程中，萃取相中的络合剂与待分离溶质发生反应形成络合物，并使其转移到萃取相内，达到分离的目的。然后，再利用络合萃取的摆动效应使反应逆向进行，使萃取溶剂再生、循环使用，溶质则得以回收。近年来，络合萃取分离技术日益受到国内外研究者的关注，它已成为化工分离工程研究领域的一个重要的研究方向。
按照“场”“流”分析的观点，利用附加外场调控“场”的相对强度或增加新的“场”作用，可以实现过程的强化。将传统的分离技术与外场结合，可以形成一些适应现代分离要求的新型分离技术。例如，在传统分离过程中使用机械能或热能来强化传质。随着科学技术的发展，人们对电场、光、超声场、磁场、微波等外场性质的认识不断深入，将这些外场应用到化工分离过程中已经成为可能。萃取过程的传质强化有两种途径：一种是通过某种外力的作用，产生较大的传质比表面积，提高传质速率；另一种则是利用外力在液滴内部或液滴周围产生高强度的湍动，从而增大滴内或滴外的传质系数。研究结果表明，外场的加入对于这两种途径的实现都有相当的推动作用。外场强化萃取技术，其附加外场有许多种，如离心力场、电场、超声场、磁场、微波等，其中研究最多的是离心力场、电场和超声场。离心萃取设备是借助于离心机产生的离心力场实现液液两相的接触传质和相分离的，这一强化技术已经广泛应用。强化萃取过程的电场主要有静电场、交变电场和直流电场三种，将电能加到液液萃取体系中，能提高扩散速率，强化两相分散及澄清过程，从而达到提高分离效率的目的。超声场强化萃取过程则是利用超声场的“超声空化”等特殊性质来促进传质，提高传质速率，也受到众多研究者的关注，开始展现出其应用前景。
改变“流”和“场”的组合方式可以实现过程强化。萃取反萃交替过程与萃取过程或反萃过程相比较，操作中均包括料液相及萃取相或萃取相及反萃相两个液相“流”，其流动方式也都是有机相分散的直接接触或水相分散的直接接触。然而，萃取反萃交替过程中，萃取和反萃的组合方式发生变化，萃取操作和反萃操作交替进行，提高了过程传质推动力，加快了传质速率，实现了过程的强化。
在设计多“流”的耦合过程时，不同体相的流在过程中必须是可以分隔开的。例如，一个萃取过程的萃取相（油相）与料液相（水相）是可以分隔开的。然而，设计萃取与反萃耦合的多“流”过程，萃取和反萃同时进行而不是先后完成时，就必须考虑料液相（水相）与反萃相（水相）之间的分隔。这在一般的操作条件下是难以做到的。膜技术的出现，使萃取-反萃耦合过程的设计成为可能。从这一简单事例可以看出，膜及膜技术的研究促进了过程耦合技术的发展。近年来，将膜过程与传统的分离方法或反应过程结合起来，形成新的耦合膜过程，如膜萃取过程、同级萃取反萃膜过程、膜萃取发酵过程、酶膜反应过程及亲和膜过程等，已经成为过程耦合技术的发展方向。
膜萃取技术是膜过程和液液萃取过程相结合的新的分离技术。从“场”“流”分析的观点出发，膜萃取耦合过程只是增加了“膜”这一分隔介质。与通常的液液萃取过程相比较，同样是两个“流”（萃取相流动及料液相流动），一个“场”（待分离溶质在两相间的分配差异，即化学位差异）。然而，即便没有改变“流”和“场”的数量，膜萃取过程却改变了两个“流”的流动方式，即在膜两侧分别流动，不存在液滴的分散和聚并。膜萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的。膜萃取过程不存在通常萃取过程中的分散相，可以减少萃取剂在料液相中的夹带损失，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制。中空纤维膜器的使用又为膜萃取过程的传质提供了巨大的传质表面积，提高了过程的传质效率。膜萃取技术提供了从过程耦合出发强化分离的新途径。
以液膜分离技术为代表的同级萃取反萃膜过程，其重要特点在于萃取过程与反萃取过程同时进行、一步完成。与通常的萃取过程不同，由两个“场”、三个“流”组合完成同级萃取反萃过程，并利用化学作用实现“促进迁移”。液膜分离过程的传质速率明显提高，分离产物所需级数明显减少，而且大大节省萃取试剂的消耗量，甚至可以实现溶质从低浓度向高浓度的传递。液膜分离技术是快速、高效和节能的新型分离方法，液膜中物质传递的机理与生物膜的分离机理有相似之处。液膜分离技术在湿法冶金、石油化工、环境保护、气体分离、生物医学等领域中，显示出了广阔的应用前景。
反应与分离的耦合过程可以解决反应过程中因产物抑制而引起的产率和转化率低的问题。萃取发酵耦合是典型的反应与分离耦合过程，是用于减少产物抑制的有效技术。将萃取分离过程与反应过程连接，利用萃取分离过程将反应所得的产物不断地移出反应的环境，使反应过程向生成产物的方向进行，从而提高转化率和产率。
萃取发酵耦合中膜萃取过程与发酵反应过程的耦合更具有代表性。膜萃取发酵耦合过程包含着两方面的强化作用。一方面在萃取分离中引入络合萃取剂，利用化学因素强化萃取过程的推动力；另一方面，利用膜作为分隔介质，改变萃取溶剂与菌株溶液的接触方式，削弱萃取剂毒性对发酵过程的影响。近年来，膜萃取发酵过程已用于有机酸类、醇类的发酵过程中，并先后进行了萃取剂的选择、萃取剂的毒性对细胞生长的影响和操作条件的优化等方面的研究工作，指导着膜萃取发酵过程的应用。
随着生物工程及生物化工的迅速发展，一些具有生物活性又极具价值的生物物质的分离提纯显得十分关键。利用常规的萃取技术来分离生物活性物质，往往会存在流程长、易失活、收率低和成本高等缺陷。酶膜反应过程是将酶的高效、专一的催化特性与膜分离（或膜萃取）技术有效结合的反应-分离耦合过程。这一过程借助膜的介质特性和传递特性，根据不同的方法来实现反应和分离的同步强化和优化。酶膜反应器综合了固定化酶膜反应器和膜分离装置的优点，将酶促反应的高效性与膜分离的选择性有机结合，集反应、分离、纯化和回收等过程于一体，显示出明显的优势。另外，随着生命科学和生物工程的迅速发展，带有特异性征并能与生物体相容的膜的开发备受关注。亲和膜过程就是将膜分离技术与亲和色谱技术有机结合而产生的。选择和制备合适的膜，并对膜表面进行化学改性，将亲和配基偶联到膜的表面及孔壁上，可以制造出亲和膜分离装置。在亲和膜过程中，生物大分子待分离物与膜上固载的亲和配基产生特异性相互作用，被保留在膜上，其他底物、细胞等杂物透过膜被分离。然后，通过洗脱将保留在膜上的目标产物解离下来，达到分离纯化的目的。亲和膜经再生后重复使用。亲和膜过程不仅利用了生物分子的识别功能，可以分离低浓度的生物制品，而且充分发挥了膜渗透通量大、纯化的同时实现浓缩、便于实现大规模连续操作等特点，在生物制品的分离纯化领域有很大的应用前景。
此外，以解离萃取过程和控制pH值萃取过程为代表的其他萃取新技术的研究工作也十分活跃，充分显示了新型萃取分离技术的针对性、高效性和良好的应用前景。
国民经济的持续发展，高新技术的推动及影响，都为萃取过程的耦合技术及过程强化提供了良好的发展机遇。萃取分离过程与其他单元操作过程的耦合，可以实现萃取分离过程的强化，并开发出新型的萃取分离技术。可以相信，随着相关研究工作的不断深入，耦合技术的发展，萃取过程的强化，将有力地促进各类有价物质的分离、提纯及浓缩，并广泛应用于实践。参考文献［1］ Giddings J C.Unified separation science.New York：John Wiley & Sons Inc，1991.［2］ 袁乃驹，丁富新.分离和反应工程的“场”“流”分析.北京：中国石化出版社，1996.第2章 “场”“流”分析的基本概念［1］2.1 单元操作和单元过程
化工生产从原料开始到制成目的产物，要经过一系列物理的和化学的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤，总称为化工过程（Chemical Process）。化工过程虽然各不相同，但大体上都是由一些容器、储罐、泵、压缩机、鼓风机、加热炉、换热器、反应器、吸收塔、蒸馏塔等若干种化工机械和设备所组成，通过管道连接，形成整个生产装置，以实现某个生产目的。每一个设备，都是化工过程的一部分，除储罐等外，一般当物料经过其中的时候，都完成某种物理变化或化学变化，或同时完成这两类变化。这些机械或设备称为过程单元（Process Units）。
在过程单元中进行的物理加工“操作”，可分别归纳为流体流动与输送、搅拌、粉碎、沉降、过滤、传热、蒸发、冷凝、吸收、蒸馏、萃取、结晶、干燥、吸附等多种，统称为单元操作（Unit Operation）。单元操作就是按照特定要求使物料发生物理变化的基本操作的总称。
生产不同产品的具体化学反应过程虽然千差万别，但就反应的类型或特性而言，往往可以归纳为若干基本的反应过程，如氧化、还原、加氢、脱氢、磺化、卤化、水解等。这些基本的化学反应过程称为单元过程（Unit Process）。
某个过程单元可能是一个典型的单元操作或单元过程，在更多的情况下，过程单元中同时完成几种单元操作或单元过程。例如，一个标准式蒸发器，由加热器、分离器两部分构成。蒸发器下部的加热室是由直立加热管束构成的列管式换热器，管束中央有一直径较大的循环管，加热管管间（壳程）使用饱和水蒸气加热；管内的溶液受热蒸发，形成的蒸气夹带部分液体上升，冲向上部的分离室，蒸气由上部蒸出，并经过蒸发器外的冷凝器冷凝成液相，未汽化的液体回落入循环管。十分明显，在蒸发器中同时进行流体流动、传热、蒸发和冷凝等操作。
单元操作或单元过程是组成各种化工生产过程，完成一定加工目的的基本单元。只有将各种不同的化工过程分解为单元操作或单元过程来进行研究，掌握单元操作或单元过程的共性本质、原理和相互影响的规律，才可能优化化工过程的设计、合理调控单元操作或单元过程，实现化工过程的强化。2.2 “场”“流”分析
单元操作或单元过程的共性本质、原理和相互影响规律的研究工作一直在深入开展。
透过单元操作的表象，可以发现所有这些操作都归于流体流动、传热与传质三种现象。换句话说，单元操作中所涉及的内容可以分解为“动量传递”、“热量传递”和“质量传递”三种传递过程，或者是其中二者或三者的结合。单元操作的特性服从于这三种传递的基本规律。“传递过程原理”的发展使化学工程由单元操作研究阶段跨入了“三传”的研究阶段，使化工过程的研究更加深入、更加严谨、更加趋于机理性。随着化学工业及其相关领域的科学研究的深入开展，对反应过程的研究也已经不能停留在对单元过程的阐述上。工业生产中的化学反应过程不可避免地伴随着“三传”一起进行，多种物理过程和化学过程交织在一起，情况错综复杂，必须综合运用化学热力学、化学动力学、传递过程原理的理论和成果，共同进行研究分析。同时，反应过程的开发及反应器的放大设计孕育了“化学反应工程”的诞生。20世纪50年代以后，化学工程的“三传一反”的内涵开始建立和完善起来。
对于单元操作或单元过程的共性本质、原理和相互影响规律的研究中，“场”“流”分析的观点是值得重视的。20世纪60年代后期，Giddings教授从“场流分级”的分离过程的分析出发，试图以“场”“流”分析的观点，对丰富多样的分离过程进行同一性归纳，希望能［2］［3］得到一些普遍性的结论。20世纪90年代，袁乃驹教授等拓展了“流”和“场”的概念，并将其应用于描述和分析分离过程和反应过程，提出设计新的过程的“思路”。2.2.1 “流”和“场”的定义及特征
袁乃驹教授等开拓发展了“流”和“场”的一般性概念，提出了“流”和“场”的定义及其主要特征。
袁乃驹教授等认为，所谓“流”是指在系统中物质的整个体相处于运动（移动）状态。十分明显，对于任何分离过程或反应过程而言，都必须以整体位移的方式，向相应的设备输入物料或从相应的设备中输出物料。这样的物料的“传递”方式主要有两类：一类是分批式的直接机械位移，例如，分批进料时将物料以倾注的方式加入到容器中；另一类则是常见的通过流动产生位移。前一类方式用于间歇式操作，后一类方式则多用于连续操作。总之，系统中物质整个体相的运动均称作“流”。“流”的特征包括：①作为“流”的物料体相的成分、组成及物料流的数量；②物料体相的移动方式，如连续加入、分批加入、脉冲加入、阶梯式加入等；③物料的相态，如气相、液相、固相或它们的混合物；④物料流动方向，如各个“流”的相对运动方向不同，可分为并流、逆流、错流、折流等，也可能其中的一相是不运动的，如固定床；⑤物料接触方式，如液液萃取过程中两相的接触方式可以是有机相为分散相的直接接触式，也可以是水相为分散相的直接接触式，在膜萃取过程中的接触方式则是以微孔滤膜为两相界面的接触方式；⑥物料体相的流速。
袁乃驹教授等认为，所谓“场”是指物质各组分受“场力”的作用发生“迁移”，实现传递，或者发生化学反应。“场”的存在可以产生化学反应或传递现象。“场”的特征主要包括：①“场”的类型，例如电场、磁场、离心力场、浓度场、温度场、化学位差异等；②“场”的空间分布，例如，可以是一维场、二维场或三维场，可以是连续的场作用，也可以是间断的、脉冲的场作用；③“场”的数量，例如，单个场作用或多个场分别作用或协同作用；④“场”的相对强度，即对于涉及的场力的相对比较，例如，氢键力作用大于范德华力作用。2.2.2 “场”“流”分析的基本概念
袁乃驹教授等提出的“场”“流”分析的基本概念的主要内容包括：①“流”和“场”的存在是构成分离过程或反应过程的必要条件；②“流”和“场”按不同方式组合可以构成不同的过程；③调控“流”和“场”的作用，如利用化学作用或附加外场以增强“场”的作用，或改变“流”和“场”的组合方式，可以实现过程强化；④多种“流”和多种“场”的组合可以产生新的过程。（1）“流”和“场”的存在是构成分离过程或反应过程的必要条件
首先，任何分离过程或反应过程都必须传递进出的物料，为了使物料充分混合、接触，物料还需要在体系中运动。对于分离过程而言，进入体系最少有一个“流”，其中最少含有两个组分，可以含有多个组分，移出体系的产品流应包括两个“流”或多个“流”。对于反应过程而言，进入体系可以是一个“流”或多个“流”，其中含有一个组分或多个组分。另外，“流”可以只含有被分离组分或参加反应的组分，也可以包含促进体系传递或反应的分离剂或载体。
根据“流”的定义和特征，可以建立过程的物料衡算、热量衡算和动量衡算的一般性方程，并建立模型、进行计算。应该说，“流”的存在，是构成分离过程或反应过程的必要条件之一。
值得提及的是，“流”只是物料主体的运动（位移）。对于一个均一的主体相，“流”的存在并不能使均一的主体相中的各个组分产生相对运动，不能直接产生组分间的分离作用。构成分离过程或反应过程的另一个必要条件就是“场”的存在。
十分明显，“场”的存在可以产生化学反应或传递现象。例如，均相混合物中的各个组分的分离，需要依靠各组分之间的不同的分子扩散速率；以颗粒或液滴等不同体相形式存在于流体中的非均相混合物的分离，依靠多相流中不同体相的运动速度差异；组分之间的化学反应的发生，则依赖于不同组分之间不同的化学亲和力。可以看出，使各个组分产生运动的差异而分离或发生化学反应都需要接受“场”力的作用，即分离体系或反应体系中必须存在“场”。例如，温度场的存在可以产生热传递，浓度场的存在可以产生物质的扩散等。
对于分离过程而言，由于“场”的存在而产生的传递也是一种流，但是，这种流和前面定义的整个体相位移的“流”有本质的差别。这种迁移传递的流可以使体相内各个组分产生不同的位移，是使各个组分实现分离的基础。
对于分离体系而言，在“场”的作用之下，各组分产生不同的运动速度和位移：①在相同的“场”力作用下，不同组分“粒子”通过某一介质或界面受到的阻力不同而形成不同的运动速度和位移；②在同一体系中，相同的“场”力对不同的组分“粒子”的作用不同，如固相吸附对不同组分的吸附力不同，不同组分在液相中的溶解度不同，不同组分与另一物质的络合能力不同等；③相同的“场”力作用下，不同组分“粒子”由于其质量不同而产生不同的运动速度。（2）“流”和“场”按不同方式组合可以构成不同的过程
按照“场”“流”分析的观点，“流”和“场”按不同方式组合可以构成不同的分离过程或反应过程。换句话说，现有的分离过程或反应过程均可以表示为若干类“流”和“场”的组合，它们都可以用形式类似的数学模型来描述。
例如，对于一般的液液萃取过程，它是依据待分离溶质在两个基本上互不相溶的液相（料液相和萃取相）间分配的差异来实现传质分离的。换句话说，实现液液萃取过程，进行接触的两种液体必须是互不相溶的，或者存在足够范围的两相区域。待分离溶质从一个液相（料液相）转入另一个液相（萃取相），实现传质。按照“场”“流”分析的观点，液液萃取过程应包括料液相及萃取相两个液相“流”，其移动方式可以是连续的，也可以是分批的；其流动方向可以是逆流、并流或错流。液液萃取过程存在一个“场”，就是化学位，化学位的差异决定待分离溶质在料液相和萃取相之间分配的差异，实现分离。
对于反萃取过程，同样是由两个“流”、一个“场”构成的。反萃相及萃取相两个液相“流”，其移动方式同样可以是连续的或分批的，其流动方向可以是逆流、并流或错流。反萃取过程同样存在一个化学位“场”，化学位的差异决定待分离溶质从萃取相向反萃相转移，实现分离富集。
在一般的液液萃取或反萃取过程中，两个液相“流”的流动方式均表现为一个液相为连续相流动，一个液相为分散相流动，两相直接接触。这样，萃取分离过程必然存在一相在另一相中的“分散”接触和“聚并”分相。如果同样是两个“流”（萃取相流动及料液相流动），一个“场”（待分离溶质在两相间的分配差异，即化学位差异），但利用微孔膜作两相的分隔介质，就形成了膜萃取过程。膜萃取过程的传质是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的。例如，由于疏水微孔膜本身的亲油性，萃取剂浸满疏水膜的微孔，渗至微孔膜的另一侧，萃取剂和料液在膜表面接触，发生传质。可以看出，与通常的液液萃取过程相比较，膜萃取过程没有改变“场”的数量，只是增加了“膜”这一分隔介质，从而改变了两个液相“流”的流动方式，变两相的直接接触为两相在膜两侧分别流动。这样的“流”和“场”的组合，使膜萃取过程中不存在通常萃取过程中的液滴的分散和聚并现象，可以减少萃取剂在料液相中的损失，由于两相分别在膜两侧做单相流动，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限［4～7］制。膜萃取过程有着自己的特殊优势。
萃取发酵耦合是典型的反应与分离耦合过程，是用于减少产物抑制的有效技术。例如，对于有机酸的萃取发酵过程，采用提取产物——有机酸的方式包括中空纤维膜萃取及反应萃取等。研究结果表明，通过过程耦合的方式用溶剂萃取实现产物的连续移出，缓解产物的抑制作用，维持较高的微生物生长率，对于提高转化率和产率是非常有利的。
按照“场”“流”分析的观点，发酵过程至少涉及一个“流”，即反应物料的液相流，涉及一个化学位“场”，反映着组分的化学亲和力。萃取过程涉及反应物料的液相和萃取相，共两个“流”，同样涉及一个化学位“场”，决定产物在反应物料的液相和萃取相之间的分配。萃取发酵耦合过程则涉及两个“流”、两个“场”。
作为耦合过程，有机酸萃取发酵过程的实施关键在于，在pH>pK条件下、极性有机物稀溶液环境中，寻求萃取剂较强的萃取a能力、萃取剂再生的经济性和合适的生物相容性的结合，从而提高过程的总体效率。十分明显，利用膜萃取过程与发酵反应过程的耦合，包含着两方面的强化作用：一方面，利用膜作为分隔介质，改变萃取溶剂与菌株的接触方式，削弱萃取剂毒性对发酵过程的影响；另一方面则是可以在萃取分离中引入络合萃取剂，利用化学因素强化萃取过程的推动力。（3）调控“流”和“场”的作用可以实现过程强化
按照“场”“流”分析的观点，调控“流”和“场”的作用，例如，调控多“流”之间的相对运动、利用化学作用或施加外场等因素调控“场”的相对强度，都可以强化过程。
前已述及，一般的液液萃取过程包括料液相及萃取相两个液相“流”和一个化学位“场”，化学位的差异决定待分离溶质在料液相和萃取相之间分配的差异，实现分离。按照“场”“流”分析的观点，对于一个均一的主体相，“流”的存在并不能使均一的主体相中的各个组分产生相对运动，不能直接产生组分间的分离作用。然而，在液液萃取过程中，两相间必定存在明显的界面，相界面的特性和作用对萃取过程有特别的意义。改变两个“流”之间的相对运动状况，可以促进或抑制相界面的湍动，影响各主体相内的运动及混合，从而调控过程的传质速率。例如，调控两个“流”之间的相对运动，可以使液滴内分传质系数出现相当大的变化。
液液萃取过程可以按照过程中萃取剂和待分离物质之间是否发生化学反应来分类，即萃取分离可以分为物理萃取和化学萃取两大类。
物理萃取是基本上不涉及化学反应的物质传递过程。它利用溶质在两种互不相溶的液相中不同的分配关系将其分离开来。依据“相似相溶”规则，在不形成化合物的条件下，两种物质的分子大小与组成结构越相似，它们之间的相互溶解度就越大。分析物理萃取的机理，其“场”的作用主要是范德华力的作用范围。
许多液液萃取体系，其过程伴有化学反应，即存在溶质与萃取剂之间的化学作用。这类伴有化学反应的传质过程，一般称作化学萃取。化学萃取的“场”的作用是氢键力、离子缔合、离子交换等，作用能的大小比范德华力大很多，其化学键能的范围在10～50kJ/mol。化学作用的引入，强化了萃取过程。例如，基于可逆络合反应的萃取分离方法（简称络合萃取法）对于极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。在这类工艺过程中，稀溶液中待分离溶质与含有络合剂的萃取溶剂相接触，络合剂与待分离溶质反应形成络合物，并使其转移至萃取相内。第二步则是进行逆向反应使溶质得以回收，萃取溶剂循环使用。络合萃取过程中，溶质与萃取剂之间的化学作用主要包括氢键缔合、离子对缔合和离子交换等。
用施加外场来调控“场”的相对强度，也可以达到强化过程的效果。例如，在液液萃取过程中最早利用的外场是离心力场。离心萃取设备是借助于离心机产生的离心力场实现液液两相的接触传质和相分离的，两相接触传质在很短的时间内完成。这一强化技术已经广泛应用。又如，利用外加静电场、交变电场和直流电场可以提高萃取过程中的扩散速率，强化两相分散及澄清过程，达到提高分离效率的目的。再如，将超声场加入到萃取或浸取体系中，利用超声场的“超声空化”等特殊性质也可以达到传质强化的效果。（4）多种“流”和多种“场”的组合可以产生新的过程
按照“场”“流”分析的观点，优化设计多种“场”和多种“流”的叠加和耦合，可以产生新的强化过程。
同级萃取反萃取耦合过程是多种“场”和多种“流”耦合的一个典型的例子。液液萃取过程包括料液相及萃取相两个“流”，存在一个化学位“场”；反萃取过程则是由反萃相及萃取相两个“流”和一个化学位“场”构成的。如果把萃取过程和反萃取过程“耦合”成为一个过程，这就是同级萃取反萃取过程。同级萃取反萃取过程是由三个“流”、两个“场”构成的。料液相、萃取相及反萃相分别是三个液相“流”，同级萃取反萃取过程的萃取操作部分存在一个化学位“场”；反萃取过程同样存在一个化学位“场”，化学位的差异决定待分离溶质从料液相向萃取相转移，同时由萃取相向反萃相传递，实现分离。待分离溶质不断地从料液水相进入萃取相，又从萃取相进入反萃水相，并不在萃取相中发生积累。因此，萃取相中溶质浓度总是达不到与料液水相平衡的浓度。由于萃取反萃同时进行、一步完成，同级萃取反萃取过程一般被认为是具有非平衡特征的传递过程。实际上，同级萃取反萃取过程也应该存在相平衡状态。它体现为料液水相、萃取相和反萃水相之间的溶质的相平衡。
需要提及的是，在设计多“流”的耦合过程时，不同体相的流在过程中必须是可以分隔开的。例如，一个萃取过程的萃取相（油相）与料液相（水相）是可以分隔开的。然而，设计萃取-反萃耦合的多“流”多“场”过程时，就必须同时考虑料液相（水相）、萃取相（油相）、反萃相（水相）之间的分隔。这在一般的操作条件下基本上是不可能做到的，即在通常萃取设备中难以实现同级萃取反萃取过程。
膜技术的出现，使萃取-反萃耦合过程的设计成为可能。由于“膜”可以作为分隔“流”的介质，因此利用膜萃取技术可以实现同级萃取反萃取过程。在同级萃取反萃取的膜过程中，待分离溶质由料液水相首先经膜萃取进入萃取相（油相），在萃取相中经扩散到达萃取相与反萃水相的膜界面，并经膜反萃过程传递到反萃水相中。
乳状液膜分离过程实际上是特殊的萃取反萃耦合过程，其过程中的萃取和反萃取同时进行、一步完成。在这一耦合过程中，存在外相、膜相和膜内相三个“流”。一般情况下，外相与膜相呈逆流流动，膜相与膜内相呈并流流动。过程中存在两个“场”，分别决定待分离溶质在外相与膜相之间、膜相与膜内相之间的分配。
以乳状液膜脱除溶液中苯酚的间歇操作过程为例，采用同级萃取反萃取过程的单级接触模型讨论膜相无迁移载体的液膜分离体系的平［7］衡关系。例如，外相（料液水相）苯酚初始浓度为0.00745mol/L（700mg/L）；膜相为煤油，苯酚初始浓度为0；膜内相为NaOH水溶液，初始浓度为0.25mol/L，膜内相苯酚初始浓度为0；膜相与膜内相总体积和料液水相的体积比为0.2，膜相和膜内相的体积比为1.5。可-5以计算出单级平衡条件下料液水相的苯酚浓度为5.69×10mol/L（5.35mg/L）。这一结果与实验研究的分离残液的苯酚浓度数据［8］（5mg/L）基本相符。十分明显，苯酚在加氢煤油和水之间的萃［9］取平衡分配系数仅为0.11，但以煤油作为膜溶剂，液膜分离的单级萃取率可以达到99.2％以上，这明显体现出同级萃取反萃取过程的优势。
与水-油-水类型的同级萃取反萃过程有所不同，利用一般萃取过程与双水相萃取过程的耦合，可以构成油-水-水类型的三相体系。利用磷酸三丁酯-EOPO2500-（NH）SO形成的三相体系，对甘草的424氨水提取液中的甘草苷-甘草酸实现分离，在pH6.1～8.8的范围内，甘草苷和甘草酸分别分配到中间相和上相，经回收可以同时获得纯度［10］较高的两种产品。针对钛、铁、镁的金属共萃体系，利用三烷基氧化膦（TRPO）-聚乙二醇（PEG）-（NH）SO形成的三相体4244+3+2+系，并附之以EDTA络合剂，可以实现溶液中Ti、Fe、Mg在三4+3+2+相中的差异性分配，Ti、Fe分别分配到上相和中间相，Mg几乎［11］全部留存于下相，实现了不同金属离子的分离。
亲和膜过程是多种“场”和多种“流”耦合的另一个例子。在亲和膜过程中，生物大分子待分离物与膜上固载的亲和配基产生特异性相互作用，被保留在膜上，其他底物、细胞等杂物透过膜被分离；然后，通过洗脱将保留在膜上的目标产物解离下来，达到分离纯化的目［12，13］的；亲和膜经再生后重复使用。
亲和膜技术是亲和色谱与膜分离技术的有机结合，它不仅利用了生物分子的识别功能，可以分离低浓度的生物制品，而且充分发挥了膜渗透通量大、纯化的同时实现浓缩、设备简单、操作方便等特点。从“场”“流”分析的观点出发，在亲和膜过程中，特异性结合的亲和“场”作用与膜选择性透过的“场”作用有机结合在一起，将生物分子的识别分离、产品富集浓缩集于一体，实现了过程的强化。亲和膜技术是生物工程下游产品回收和纯化的高效方法，它已经用于单抗、多抗、胰蛋白酶抑制剂的分离，以及抗原、抗体、重组蛋白、血［14］清白蛋白、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、干扰素等的纯化。2.3 常用分离过程的“场”“流”分析
在通常的单元操作的分析之中，分离过程主要是按照体系的物相进行分类的，如气液分离过程、气固分离过程、液固分离过程、液液分离过程等。从前面的叙述可以看出，从“场”“流”分析的观点出发，剖析各个分离过程，有利于认识过程的本质。另外，“场”“流”分析的观点强调了各体相流动之间、各体相之间相互作用的重要性，对于设计和优化分离过程是十分重要的。
为了方便比较，表2-1和表2-2列举了一些分离过程中“流”和“场”的特征。需要强调的是，在增加了“膜”分隔介质的操作中，除多了一个固定不动的“流”以外，也可能改变了原来的两个液相“流”的流动方式。如膜萃取中，变两相的直接接触为两相在膜两侧的分别流动。表2-1 一些分离过程中“流”的特征表2-2 一些分离过程中“场”的特征2.4 耦合技术及过程强化
随着现代过程工业的发展，对分离技术提出了越来越高的要求，大大促进了分离科学和技术的发展，作为“成熟”的分离工程单元操作也面临着新的挑战和机遇。在传统的单元操作的基础上，分离过程与分离过程的耦合、分离过程与反应过程的耦合、利用化学作用或附加外场强化分离过程，已经发展形成了一系列新型分离技术及过程。发展耦合技术，实现过程强化，已经成为分离科学与技术领域研究开发的重要方向。新型分离过程已经展现出广阔的应用前景。2.4.1 过程耦合技术
广义地讲，过程耦合技术是将两个或两个以上的单元操作或单元过程有机结合成一个完整的操作单元，进行联合操作的过程，如反应萃取、加盐萃取精馏、萃取发酵等。过程耦合不是单元操作或单元过程的简单的先后组合，而是有机结合在同一操作中完成的。合理设计耦合过程，对于提高过程的效率和经济性，开发环境友好过程都十分有效，而且可能获得单元操作或单元过程简单加和而无法得到的效果。因此，过程耦合技术的研究成为化工分离工程和化学反应工程的最为活跃的应用技术研究热点之一。
分离过程与分离过程的耦合可以形成新的分离过程。新的分离过程可以减少分离能耗，简化分离过程，提高分离效率，降低生产成本。
例如，萃取与反萃取耦合可以形成同级萃取反萃取过程。过程中萃取和反萃取同时进行、一步完成。待分离溶质从料液相向萃取相转移，同时又由萃取相向反萃相传递，它并不在萃取相中发生积累。因此，萃取相中溶质浓度总是达不到与料液水相平衡的浓度，存在一定的推动力，使传质过程持续进行。同级萃取反萃取过程存在的相平衡状态则体现为料液水相、萃取相和反萃水相之间的溶质的相平衡。
又如，精馏分离过程与结晶分离过程的耦合可以形成精馏-结晶耦合过程，利用这一过程分离二氯苯的同分异构体，过程效率出现明显的提高。有报道称，精馏-结晶耦合过程分离二氯苯比精馏法分离二氯苯节约投资近50％，减少塔顶的冷却负荷及降低塔底的能耗均［15］超过50％。
再如，结晶过程与其他分离过程耦合可以出现盐析结晶过程、萃取结晶过程、乳化结晶过程等。溶剂预浸取-超临界流体萃取结晶组合分离过程，是将传统的溶剂预浸取与超临界CO梯度结晶技术有机2结合，使多组分物质在预置的结晶器上结晶析出并形成梯度分布，在结晶器的不同部位获得相应组成的产物，未能结晶的部分可以在分离［15］釜内利用超临界萃取进行分离。
分离过程与反应过程的耦合可以形成新的过程，这种新过程特别适用于强化各种可逆反应过程及存在产物抑制作用的反应过程等。
分离过程与反应过程的耦合过程的主要特点在于：反应产物不断地移出可以消除化学反应平衡对转化率的限制，最大限度地提高反应转化率；若连串反应的中间反应产物为目标产物时，中间产物的连续移出，避免发生连串反应，可以提高反应的选择性和目标产物的收率；生物反应和产物分离过程的耦合可以实现高底物浓度的发酵或酶转化，消除或减轻产物对生物催化剂的抑制，提高反应速率，延长生产周期；可以部分或全部省去产物分离过程及未反应物循环过程，简化［16，17］工艺流程。
在工程中实现应用的分离-反应耦合过程有催化反应过程与蒸馏过程耦合的催化反应蒸馏过程，生化反应过程与萃取分离过程耦合的萃取发酵过程，反应过程与结晶过程耦合的反应结晶过程，络合反应过程与吸附分离过程耦合的络合吸附过程，在超临界萃取条件下的反应过程等。
过程耦合技术的实施可以使设备简化、流程缩短、能耗降低，同时提高转化率和选择性，它是强化过程的有效途径，是提高生产能力和过程效率的重要措施。
近年来，膜及膜技术的研究进展推动了耦合技术的发展，将膜过程与传统的分离过程或反应过程结合起来，形成新的耦合膜过程，如膜萃取过程、膜蒸馏过程、膜吸收过程、渗透汽化过程、膜生物反应［18］过程，已经成为过程耦合技术的发展方向之一。
膜分离过程与蒸发过程耦合可以形成渗透汽化过程。渗透汽化是利用待分离的液体混合物中的组分在膜内溶解与扩散速率不同来实现分离的过程。过程推动力是膜两侧的组分蒸气压差。在渗透汽化过程中，膜的原料一侧为常压下的液体混合物，在渗透物一侧则需要维持很低的渗透物蒸气压，使渗透物以蒸气形式不断移出。可以采用载气吹扫或抽真空的方法来维持低压。渗透汽化过程中组分透过膜的传质过程主要包括原料侧膜的选择性吸附、透过膜的选择性扩散、渗透物侧脱附到蒸气相三个步骤。渗透汽化主要用于从液体混合物中分离或去除体系中的少量组分。例如，有机液体（如乙醇、异丙醇、乙酸乙酯等有机原料，汽油、苯、己烷等碳氢化合物，氯乙烯等含氯碳氢化合物）中少量水的脱除，水中少量有机物（如醇、酸、酯、酮以及含氯碳氢化合物）的脱除。渗透汽化不受组分间汽液平衡关系的限制且有很高的分离系数。当然，与水优先透过膜的研究相比较，有机物优先透过膜的研究起步较晚。可以预见，随着现代材料科学与技术的发展，有机物优先透过渗透汽化膜在水中少量有机物分离和有机物-有机物分离领域具有很大的发展潜力和应用价值。
膜过程与反应过程的耦合可以形成膜反应过程。膜反应过程可以分为两种形式：一种形式是膜介质只具备分离功能，例如，亲和-膜过滤过程，或者膜装置作为独立的分离单元与反应器联合操作；另一种形式是膜既具备分离功能，同时又作为反应器壁或催化剂载体具备催化功能，如酶膜反应器、亲和膜色谱等。2.4.2 化学作用对分离过程的强化
过程耦合技术是实现过程强化的有效途径，同样，重视化学作用的影响，在分离过程中引入化学作用或利用化学因素调控“场”的相对强度，是分离过程强化的另一个有效途径。引入化学作用或利用化学因素调控“场”的相对强度主要是通过新型分离剂的制备、选择及优化，利用促进剂强化相界面传质两个方面的工作来实现的。
降低分离过程的能耗，提高分离过程的选择性和设备的效率，最直接的方法就是设法增大过程的分离因子。引入化学作用或利用化学因素调控“场”的相对强度，是增大过程分离因子的有效手段。这方面工作的关键在于制备、选择合适的分离剂，并利用影响分离因子的其他添加组分来优化分离剂的组成。当然，考虑分离过程效率的同时还必须考虑分离剂的回收及循环使用的问题。若引入的化学作用太强，会使待分离组分与分离剂生成较为稳定的共价化合物，这样不仅使分离剂回收的难度加大，而且会使过程的总能耗增加。比较适宜的方法是利用键能较小的可逆络合反应作用。
例如，在石油化工的芳烃抽提工艺中，曾先后选用过二乙二醇醚（二甘醇）、三乙二醇醚（三甘醇）、四乙二醇醚（四甘醇）、二甲亚砜、环丁砜等作为萃取剂（见表2-3）。从表2-3中相比（萃取剂/料液）的数据比较分析，相比从大到小，说明选用的萃取剂的萃取能力增强。很明显，这一变化是与萃取剂分子与芳烃苯环的大π键的作用能大小密切关联的。相比较而言，环丁砜对芳烃苯环的大π键的作用能较大，其萃取能力也大，故只需要较小的相比即可完成分离操作。相比的大幅度下降不仅减少了溶剂使用的循环量，降低了能耗，而且大大缩小了相同处理量的萃取塔的塔径，减少了设备的投资。有报道称，以环丁砜为基础萃取剂的混合溶剂的使用，可以使芳烃抽提工艺的操作相比（萃取剂/料液）降低到2以下。这又表明，合理利用其他添加组分，优化分离剂的组成，同样可以达到过程强化的目的。表2-3 芳烃抽提工艺中萃取剂的选用
对于有机物稀溶液的萃取过程，研究和发展新的络合萃取剂，用高效的、高选择性的“络合萃取”取代以“相似相溶”为基础的“物理萃取”，成为稀溶液分离的重要研究方向。这里，选择适当的络合剂、助溶剂和稀释剂，优化络合萃取剂的各组分的配比是络合萃取过程高效实施的重要环节。
利用促进剂强化相界面传质，是利用化学作用、强化过程传质的另一方面的工作。促进剂类似于非均相反应中的相转移催化剂，促进剂的引入可以实现相界面的促进迁移过程。
例如，在乳状液膜过程中，膜相可以添加流动载体，实现促进迁移，利用化学作用强化过程的传质效率。以乳状液膜分离苯丙氨酸溶液为例，膜相存在迁移载体二（2-乙基己基）磷酸（P204），虽然，P204萃取分离苯丙氨酸体系的萃取平衡分配系数仅为0.108，但液膜分离的单级萃取率可以达到58.08％，富集倍数为13.3倍，这充分体［7］现出促进迁移可以明显地强化传质效率。由于促进迁移的作用，液膜分离过程的传质速率明显提高，甚至可以实现溶质从低浓度向高浓度的传递。液膜分离技术往往使分离过程所需级数明显减少，而且大大节省萃取剂的消耗量，使之成为分离、纯化与浓缩溶质的重要手段。
又如，用酮肟为萃取剂回收废催化剂中的铂时，若加入醇为促进剂，就可以加快过程的传质速率，提高萃取率。
再如用叔胺RN为萃取剂萃取有机羧酸时，若采用CHCl为稀释33剂，由于CHCl对萃合物的氢键作用，促进了萃合物在稀释剂中的溶3解，其萃取率可以比采用烷烃为稀释剂时的萃取率高得多。
需要强调的是，调控化学作用的大小，优化分离剂的组成，弄清促进剂的加入对相界面传质速率的影响，对于分离过程的强化是具有理论意义和实用价值的研究工作，需要做出进一步的努力。2.4.3 附加外场对分离过程的强化
用附加外场也可以调控“场”的相对强度，强化分离过程。例如，［19，20］超重力分离器（HIGEE）采用高速旋转的填料床来强化传质过程。实验表明，两相在离心分离因数K大于1000的离心力场中通c过填料层时可以大大强化相际的传热和传质，传质系数较常规设备提高10～1000倍。近年来，超重力分离器已成功地应用于油田的脱气过程，一个约1m直径的超重力分离器可以代替常用的30m高的真空脱气塔。此外，超重力分离器也成功地用于纳米材料制备等高科技领域，由于微观混合均匀化时间仅为0.4～0.04s或更小，从而使成核过程可控，粒度分布窄化。DOW化学公司利用高速旋转的填料床来生［21］产次氯酸钠，在进气量降低50％的情况下还能增加10％的产量。
常用的物理场手段，如超声波、电磁场、激光、微波、（同步）辐射等，对过程的强化常常有较大的影响。例如，超声波由于其声空化作用，空化泡崩溃时造成瞬时的极端物理条件，影响反应过程或分［22］离过程。Wilhelm等认为，超声波用于结晶过程，可缩短成核诱导时间，增加成核数量，导致更大的表面积，有利于晶体生长；超声波还能提高成核温度，改善晶习，防止团聚，使粒度分布变窄。又如，利用外加静电场可以强化两相的破乳澄清过程，在液膜分离的实施过程中起到重要作用。
了解附加外场的强化作用，认识极端物理条件下的过程特性，相关的研究工作，特别是机理性的研究工作还有待深入。随着对附加外场条件下及极端物理条件下的过程特性认识的不断积累，逐渐获得更加清晰的规律性的认识，附加外场的强化作用将会得到更好的应用。2.4.4 实现过程强化的几点讨论
按照“场”“流”分析的基本观点，调控“流”和“场”的作用，可以实现过程强化；多种“流”和多种“场”的组合可以产生新的过程。应该指出的是，这里提出的仅是实现过程强化的“可能性”。针对体系特性及工艺要求，具体问题具体分析，真正处理好可能性与可行性、可能性与适用性、可能性与经济性的关系，才有可能合理利用耦合技术，真正开发环境友好过程，实现过程强化，提高过程的效率和经济性。（1）可能性与可行性
在实现多种“流”和多种“场”的新的组合时，存在过程“搭建”的可行性问题。例如，在设计多“流”耦合时，不同体相的流在过程中必须是可以分隔的。然而，设计萃取-反萃耦合的多“流”多“场”过程时，有两个水相，即料液相和反萃相，它们之间的分隔在一般的操作条件下是基本上不能做到的，需要选用膜技术，才能使萃取-反萃耦合过程的设计成为可能。当然，这一过程的传质阻力就会由于“膜”的存在而增大。又如，萃取反萃取交替过程中“流”的设计，通常为料液相与萃取相呈逆流流动，萃取相与反萃取相呈并流流动。若将萃取相与反萃相也设计为逆流流动，对于某些体系就可能达［23］不到过程强化的目的。再如，油-水-水类型的三相萃取过程，其特征是可以直接分离出较纯净的单一产品，且分离级数不易过多。如满足此类需求，才考虑采用这一耦合过程。对于油-水-水类型的三相萃取过程，如果需要实现“多级级联”，在萃取设备的设计方面会出现一定的难度。（2）可能性与适用性
通常而言，在分离过程中引入化学作用或利用化学因素调控“场”的相对强度，是分离过程强化的重要途径。需要注意的是，利用化学因素调控“场”的相对强度应注意实施有“度”，需要注意“过程强化”的适用性。
例如，络合萃取法对于极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。相对于物理萃取的范德华力“场”作用，络合萃取过程中溶质与萃取剂之间的化学作用包括氢键缔合、离子对缔合和离子交换等，作用能的大小比范德华力大很多。然而，使用季铵盐类的络合萃取剂，虽然其化学作用机制为离子交换机制，作用能很大，但在进行逆向反应，溶质回收、萃取剂循环使用时的操作条件就会比较苛刻。
又如，同级萃取反萃取过程的优势在体系的萃取分配系数较小时更容易体现出来。如果可能选用可提供较大分配系数的萃取剂（如络合萃取剂），就可以直接选用络合萃取过程，而并不采用“萃取/反萃
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