VA復(fù)合膜的滲透汽化性能Ⅱ

PVA復(fù)合膜的滲透汽化性能研究(Ⅱ)

摘要：本文研究表明，經(jīng)長期貯存或經(jīng)反復(fù)使用，PVA復(fù)合膜的滲透汽化分離性能仍然優(yōu)良，其中PVA／CA復(fù)合膜的滲透量大于900g／m2·h，而滲透物中乙醇組分未檢出。滲透汽化分離醇水溶液體系的總表觀活化能較小，操作溫度對(duì)復(fù)合膜分離性能的影響不大。與滲透汽化實(shí)驗(yàn)值比較，計(jì)算獲得的Arrhenious型和多項(xiàng)式的滲透通量預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)PVA復(fù)合膜的滲透通量，都具有較高的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵字：復(fù)合膜滲透汽化酒精脫水通量預(yù)測(cè)方程近年來，我國已開發(fā)出了中試規(guī)模的滲透汽化裝置[1,2]，并將其成功地應(yīng)用于酒精脫水。為了進(jìn)一步推廣滲透汽化技術(shù)，本文在對(duì)PVA復(fù)合膜滲透汽化分離性能研究[3]的基礎(chǔ)上，著重闡述自制的PVA復(fù)合膜，經(jīng)長期貯存或反復(fù)使用后，分離醇水溶液的滲透汽化性能，并計(jì)算得到復(fù)合膜滲透汽化分離性能預(yù)測(cè)方程。1實(shí)驗(yàn)1.1復(fù)合膜的制備

分別以聚丙烯腈(PAN)膜和醋酸纖維素(CA)膜為支撐層，以聚乙烯醇(PVA)為活性層，制成PVA復(fù)合膜。

1.2復(fù)合膜的貯存

各種復(fù)合膜在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度、濕度條件下貯存，貯存過程不作任何處理。

1.3復(fù)合膜的性能測(cè)試

與前文[3]的同樣條件和方法，測(cè)定各種復(fù)合膜的滲透汽化性能。2結(jié)果與討論2.1貯存時(shí)間對(duì)復(fù)合膜性能的影響

2.1.1貯存后復(fù)合膜的分離性能

實(shí)驗(yàn)測(cè)定了2個(gè)不同批號(hào)的PVA復(fù)合膜長期貯存前后的滲透汽化性能，結(jié)果見表1。表1長期貯存前后后復(fù)合膜的滲滲透汽化性能能膜號(hào)貯存時(shí)間（月）操作溫度（c）膜下游壓力（Paa)乙醇濃度（wt%%)分離因子αw/ee滲透通量（g/mm2·h）料液滲透物50410.5

14.541.5

383.2×103

22.2×100394.24

94..400.04

0.011140886

1533230419

74655030.0

12.532

323×103

1×110494.24

94..110.17

0.06679607

238332313

277表1顯示，與基本上未經(jīng)貯存的膜性能對(duì)比，經(jīng)1年多時(shí)間貯存的復(fù)合膜，其滲透初中乙醇濃度均下降，即分離因子提高；5041號(hào)復(fù)合膜在貯存14.5個(gè)月后，其滲透通量從未經(jīng)長期貯存時(shí)的419g／m2·h增高到746g／m2·h，而5503號(hào)復(fù)合膜在貯存12.5個(gè)月后的滲透通量則從313g／m2·h下降到277g／m2·h。這些變化的原因可以認(rèn)為是由于膜下游的壓力，前者下降，后者提高所致。結(jié)果表明，PVA復(fù)合膜可以在室溫條件下長期貯存?zhèn)溆茫粫?huì)對(duì)復(fù)合膜的使用性能產(chǎn)生不良影響。

2.1.2實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過的膜再經(jīng)長期貯存后的分離性能

為了考察PVA復(fù)合膜反復(fù)使用的性能，將3個(gè)批號(hào)的復(fù)合膜(其中5510CA號(hào)復(fù)合膜的支撐層為CA膜，其余的支撐層為PAN膜)經(jīng)滲透汽化測(cè)試后取下，再經(jīng)長期貯存，然后再次組裝到測(cè)試設(shè)備中，測(cè)定結(jié)果見表2。表2運(yùn)行過的復(fù)合膜長長期貯存后滲滲透汽化性能能膜號(hào)運(yùn)行過否貯存時(shí)間（月）操作溫度（℃）膜下游壓力（Paa)乙醇濃度（wt%%)透通量（g/m22·h）料液滲透物5510CA否

是0.2

1.032

321×104

2.22×10394.36

94..400

0967

9364707否

是3.5

12.524

325×103

2.22×10394.56

94..400

0665

7354706否

是3.0

11.024

326×103

2.22×10394.56

94..400

0297

506表2顯示，每個(gè)膜在實(shí)驗(yàn)使用過后從測(cè)試裝置中取下，再經(jīng)長達(dá)1年時(shí)間的貯存，復(fù)合膜仍具有極其優(yōu)異的分離性能。結(jié)果充分表明，PVA復(fù)合膜如果沒有機(jī)械或人為損壞，可以反復(fù)使用，從而可大大降低工業(yè)膜分離裝置的生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用。

從表2可以看到，以CA膜為支撐層的PVA復(fù)合膜，分離性能特別優(yōu)異。在實(shí)驗(yàn)條件基本相同情況下，PVA／CA復(fù)合膜經(jīng)反復(fù)使用后，在保持滲透物中檢測(cè)不出乙醇組分的同時(shí)，滲透通量遠(yuǎn)比用PAN膜為支撐層的高。該結(jié)果尚未見有文獻(xiàn)報(bào)道。

2.2分離體系的活化能與通量預(yù)測(cè)方程

前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]已經(jīng)表明，料液濃度(X)和操作溫度(t)與PVA復(fù)合膜的滲透通量(J)均呈線性關(guān)系。對(duì)分離因子(α)的影響并不十分顯著(滲透物中乙醇組分的濃度均小于1.0wt％)。根據(jù)這些結(jié)果，可以計(jì)算得到分離醇水溶液體系的表觀活化能及滲透通量隨料液濃度和運(yùn)行溫度變化的滲透汽化分離性能預(yù)測(cè)方程。

2.2.1分離體系總的表現(xiàn)活化能

以1nJ與(1／T×103)作圖，滲透通量與操作溫度成良好線性關(guān)系(見圖1)，符合Arrhe-nious公式：J＝re-Ea/RT用最小二乘法曲線擬合，計(jì)算求得分離體系總的表觀活化能：

Ea＝7.04×103J／mol

2.2.2滲透通量預(yù)測(cè)方程

Arrhenious型預(yù)測(cè)方程：用Arrhenious型直線方程分別關(guān)聯(lián)J～X、J～t關(guān)系，Cramer法則求解方程系數(shù)，最小二乘曲線擬合得到Arrhenious型通量預(yù)測(cè)方程：Jt＝174.38e0.00879t

Jr＝2682.7—22.85x用上述的Jt、Jx式分別計(jì)算出的滲透通量與實(shí)圖11nJ與(1／T)的關(guān)系驗(yàn)值比較，相對(duì)誤差小于1.5％。因此，用上述的公式預(yù)測(cè)復(fù)合膜的滲透通量有較高的準(zhǔn)確性。

多項(xiàng)式預(yù)測(cè)方程：滲透通量(J)與料液濃度(x)或與操作溫度(t)的關(guān)系也可用多項(xiàng)式表達(dá)。計(jì)算得到多項(xiàng)式通量預(yù)測(cè)方程：

Jt＝613.2867-46.70093t+1.96948t2-0.035032t3+0.00023216t4Jx＝37749118.38-1599860.307x+25418.77773x2-179.43043x3+0.47480x4用這兩個(gè)多項(xiàng)式方程計(jì)算的滲透通量與實(shí)驗(yàn)值比較，相對(duì)誤差小于1.0％。由此可見，多項(xiàng)式的通量預(yù)測(cè)方程月來預(yù)測(cè)復(fù)合膜的滲透通量也具有高度的準(zhǔn)確性。3結(jié)論P(yáng)VA復(fù)合膜在室溫條件下長期貯存，分離醇水溶液的滲透汽化性能不變；經(jīng)運(yùn)行使用過的膜從測(cè)試裝置上拆下再經(jīng)長期貯存后使用，其分離性能仍然不變。這對(duì)于PVA復(fù)合膜的制備貯存、裝置中膜的使用壽命、應(yīng)用操作維護(hù)方案的確定都具有指導(dǎo)作用。

不同膜作為支撐層制備的PVA復(fù)合膜，其分離性能有很大的差別。PVA/CA復(fù)合膜與PVA／PAN復(fù)合膜相比，盡管都經(jīng)過反復(fù)使用，在保持高分離因子的情況下，前者的滲透通量遠(yuǎn)高于后者。

PVA復(fù)合膜分離醇水溶液體系的總表觀活化能較小。操作溫度對(duì)其分離性能的影響不大。使用這些膜的分離裝置，可在較低的溫度下運(yùn)行，即可得到較為優(yōu)良的滲透汽化結(jié)果。

計(jì)算分別得到了Arrhenious型和多項(xiàng)式的滲透通量預(yù)測(cè)方程。與滲透汽比實(shí)驗(yàn)值比較，在一定的料液濃度和操作溫度范圍內(nèi)，用這些方程預(yù)測(cè)復(fù)合膜的滲透通量都具有較高準(zhǔn)確性。PVA復(fù)合膜的這些通量預(yù)測(cè)方程，對(duì)于工程設(shè)計(jì)有十分更要