分離工程 滲透蒸發(fā)

1、Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. QuestionsCopyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.如何開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源如何開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源(可再生的、潔凈能源可再生的、潔凈能源)？Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.第八章 滲透蒸發(fā)(Pervaporation，PV) 又稱(chēng)滲透汽化，通過(guò)滲透蒸發(fā)膜，在膜兩側(cè)組

2、分的蒸氣分壓差作用下，使液體混合物部分蒸發(fā)，達(dá)到分離目的的一種膜分離法。是一種具有獨(dú)特分離性能和節(jié)能性能的分離方法。 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.81 滲透蒸發(fā)的原理和特點(diǎn)滲透蒸發(fā)的原理和特點(diǎn) 8.1.1 分離分離液體混合物液體混合物的新型的新型膜分離膜分離技術(shù)技術(shù)分離過(guò)程分離過(guò)程: : 滲透蒸發(fā)膜滲透蒸發(fā)膜，將，將進(jìn)料液相進(jìn)料液相和和透過(guò)氣相透過(guò)氣相分分隔開(kāi)，并在氣相側(cè)隔開(kāi)，并在氣相側(cè)抽真空抽真空或通以或通以惰性氣流惰

3、性氣流，滲透組分的蒸氣壓滲透組分的蒸氣壓 零，傳質(zhì)零，傳質(zhì)推動(dòng)力推動(dòng)力液液相中產(chǎn)生的化學(xué)位梯度相中產(chǎn)生的化學(xué)位梯度 膜的選擇性膜的選擇性是不同組分透過(guò)膜速率大小是不同組分透過(guò)膜速率大小的決定因素。的決定因素。 溶質(zhì)溶質(zhì)(極少量極少量)透過(guò)膜透過(guò)膜，與，與溶劑溶劑(大量大量)分離分離，節(jié)省大量能耗節(jié)省大量能耗 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.81 滲透蒸發(fā)的原理和特點(diǎn)滲透蒸發(fā)的原理和特點(diǎn)8.1.1 8.1.1 定義和基礎(chǔ)知識(shí)定義和基礎(chǔ)知識(shí) Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Re

4、served. 。 反滲透 滲透蒸發(fā) 透過(guò)側(cè)為氣相透過(guò)側(cè)為氣相 滲透氣化過(guò)程中溶質(zhì)發(fā)生滲透氣化過(guò)程中溶質(zhì)發(fā)生相變相變，消除了，消除了滲透壓的作用，滲透氣化的壓力較低，適滲透壓的作用，滲透氣化的壓力較低，適于于高濃度混合物高濃度混合物的分離的分離 共沸物和揮發(fā)度相差較小雙組分溶液分離Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.8.6滲透蒸發(fā)的特點(diǎn)有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)A、單級(jí)選擇性好是滲透蒸發(fā)的最大特點(diǎn)。從理論上講，滲透蒸發(fā)的

5、分離度是無(wú)限的，適合分離沸點(diǎn)相近的物質(zhì)，尤其是恒沸物的分離，對(duì)于回收含量低的溶劑也是一種好方法。B、過(guò)程操作簡(jiǎn)單，易于掌握，有部分相變，故能耗較低。C、由于操作中進(jìn)料側(cè)原則上不須加壓，所以不會(huì)導(dǎo)致膜的壓密，滲透率不會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降；并且在操作過(guò)程中形成的膜的溶脹活性層將會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為非對(duì)稱(chēng)膜，對(duì)膜的透過(guò)率和使用壽命有益。D、與反滲透等過(guò)程相比，滲透蒸發(fā)的通量要小得多，一般在200g/(m2 h)以下，而且高選擇性的滲透蒸發(fā)膜，通量往往在100g/(m2 h)左右。E、與反滲透相比，滲透氣化過(guò)程中溶質(zhì)發(fā)生相變，透過(guò)側(cè)溶質(zhì)以氣體狀態(tài)存在，因此消除了滲透壓的作用，從而使?jié)B透氣化的操作壓較低，適合于

6、高濃度混合物的分離。 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.8.2 滲透汽化膜、膜組件滲透汽化膜、膜組件 根據(jù)分離體系的組成根據(jù)分離體系的組成 水優(yōu)先透過(guò)膜水優(yōu)先透過(guò)膜 有機(jī)液優(yōu)先透過(guò)膜有機(jī)液優(yōu)先透過(guò)膜 有機(jī)液有機(jī)液/有機(jī)液選擇性分離膜有機(jī)液選擇性分離膜 按膜的形態(tài)可分為按膜的形態(tài)可分為： 平板滲透汽化膜平板滲透汽化膜 中空纖維膜中空纖維膜 管式膜管式膜Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rig

7、hts Reserved.有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜 疏水高聚物制成，用于水純化、污染控制和有機(jī)物回收等。 乙醇-水體系，優(yōu)先透過(guò)乙醇，是透乙醇型滲透蒸發(fā)膜。膜的分離性能，含有疏水性的氟原子和硅原子的改性硅橡膠和改性聚三甲基硅基丙炔膜特點(diǎn)：有較高的脫除乙醇的能力， 乙醇通量 563g/(m2h)和較高的分離系數(shù) 全氟碳膜有最高通量10000g/(m2h)，但分離系數(shù)低Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. 按膜的結(jié)構(gòu)可分為按膜的結(jié)構(gòu)可分為 (1) 對(duì)稱(chēng)均質(zhì)無(wú)孔膜 膜孔徑在1nm以下，膜結(jié)構(gòu)呈致密無(wú)孔狀，成膜方法采用自然蒸發(fā)凝膠法。選擇性好，

8、耐壓，但結(jié)構(gòu)致密，流動(dòng)阻力大，通量偏小。 (2) 非對(duì)稱(chēng)膜 由同種材料的活性皮層(厚約0.11m)及多孔支撐層構(gòu)成?；钚詫颖ＷC膜的分離效果，而支撐層的多孔性又降低了膜傳質(zhì)阻力，生產(chǎn)技術(shù)巳成熟，只是目前尚未制得分離性能特別好的滲透蒸發(fā)用膜，多用作滲透蒸發(fā)復(fù)合膜的支撐膜。Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.(3)復(fù)合膜 由活性皮層活性皮層與支撐層支撐層組成。 超薄活性層形成方法：用已合成的聚合物稀溶液作超薄層，采用浸漬或噴涂的方法使膜液粘附于支撐膜上，再經(jīng)干燥或交聯(lián)等形成復(fù)合膜；將單體直接放在多孔支撐體表面聚合。活性皮層與支撐層可分

9、別制備，按要求改變和控制皮層厚度及致密性，使皮層及支撐體各自功能優(yōu)化。(4) 離子交換膜Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.8.3 滲透蒸發(fā)的應(yīng)用(1) 滲透蒸發(fā)工藝流程實(shí)驗(yàn)裝置Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.(2) 液體有機(jī)物脫水 乙醇的脫水: 生物質(zhì)制取乙醇，采用生物反應(yīng)器，利用微生物發(fā)酵連續(xù)制備乙醇。 醇-水蒸餾分離能耗70 ，滲透蒸發(fā)為此提供了解決辦法

10、Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.(3) 水中去除有機(jī)物如從啤酒和酒中脫除乙醇，最終使乙醇濃度降低到0.7%以下，目前最低可

11、達(dá)0.1%。這種低酒精的啤酒的風(fēng)味及高分子成分。病人司機(jī)用。Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.(4) 有機(jī)物/有機(jī)物的分離Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. 特點(diǎn)： 應(yīng)用例子：Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.液體和蒸氣間的化學(xué)位差是遷移過(guò)程的推動(dòng)力。在