資源描述：
《滲透汽化膜分離技術(shù)及其膜說明材料的選擇.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、第9卷第5期濟南大學學報Vol.9No.51999年JOURNALOFJINANUNIVERSITY1999滲透汽化膜分離技術(shù)及其膜材料的選擇楊勇,楊秀利,王建軍(濟南大學化學系,山東濟南250002)摘要:本文介紹了滲透汽化膜分離技術(shù)的特點與應(yīng)用,影響滲透汽化膜分離過程的因素以及膜材料的選擇。關(guān)鍵詞:滲透汽化;膜分離;膜材料1滲透汽化膜分離技術(shù)1.1引言滲透汽化(Pervaporation,簡稱PV)法是利用液體中二種組分在膜中溶解度與擴散系數(shù)的差別,通過滲透與汽化,將二種組分進行分離的一種方法。早在一百多年前
2、,人們就發(fā)現(xiàn)了滲透汽化現(xiàn)象,但長期以來,由于未找到既有一定分離效果又有較高通量的膜而一直未能得到應(yīng)用。該技術(shù)得到廣泛重視是在發(fā)生能源危機后的70年代末至80年代初,由于新聚合物的合成,膜制備技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)中降低能耗的要求,第一代滲透汽化膜才走向工業(yè)應(yīng)用。今天滲透汽化膜分離技術(shù)的發(fā)展方興未艾,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,膜、膜材料及分離組件的研究不斷深入,是一項日趨成熟和前景廣闊的膜分離技術(shù)。1.2滲透汽化膜分離技術(shù)的基本原理滲透汽化技術(shù)是膜分離技術(shù)的一個新的分支,也是熱驅(qū)動的蒸餾法與膜分離方法相結(jié)合的一種分離方法。不過
3、,滲透汽化不同于常規(guī)膜分離方法,它在滲透過程中將產(chǎn)生由液相到氣圖1滲透汽化原理示意圖相的轉(zhuǎn)變。其分離機制可分為三步:(1)被分離物質(zhì)在膜表面上有選擇性地被吸附并被溶解;50(2)以擴散的形式在膜內(nèi)滲透;(3)在膜的另一側(cè)變成氣相脫附而與膜分離開來。滲透汽化分離物質(zhì)的過程示意參見圖1。圖1中表示采用選擇滲透的膜進行滲透汽化分離液體混合物,經(jīng)滲透汽化分離,在膜的另一側(cè)得到被濃縮的氣態(tài)組分,經(jīng)進一步冷凝后,得到產(chǎn)品。1.3滲透汽化膜分離技術(shù)的特點及其膜的制備方法滲透汽化膜分離技術(shù)的最大特點是單級選擇性好,從理論上講,滲
4、透汽化分離的程度無極限,適合分離沸點相近的物質(zhì),尤其適于恒沸物的分離。對于回收含量少的溶劑也不失為一種好方法;另外滲透汽化過程操作簡單,易于掌握;在操作過程中,進料側(cè)原則上不需加壓,所以不會導(dǎo)致膜的壓縮,透過率也不會隨時間的增長而減小。而且,在操作過程中將形成溶脹活性層及所謂的“干區(qū)”,膜可自動轉(zhuǎn)化為非對稱膜。此特點對膜的透過率及壽命有益;但與其他膜分離技術(shù)相比,由于滲透汽化過程中有相變發(fā)生,能耗較高;與反滲透等過程相比,滲透汽化的通量較小?；谏鲜鰸B透汽化過程的特點,在一般情況下,滲透汽化技術(shù)尚難與常規(guī)分離技術(shù)
5、相匹敵,但由于它所特有的高選擇性,在某些特定的場合,例如在常規(guī)分離手段無法解決或雖能解決但能耗太大的情況下,采用該技術(shù)十分合適。滲透汽化膜分為均質(zhì)膜和復(fù)合膜。均質(zhì)膜的制備是先配制一定濃度的聚合物溶液,經(jīng)脫泡后,在水浴上加熱至一定的溫度,然后在非常潔凈的玻璃板上刮膜,并在室溫或高于室溫的無塵箱中干燥而得到均質(zhì)膜。最后將該膜置于一定溫度下的交聯(lián)浴中處理一定時間,再用蒸餾水浸泡以洗滌掉殘余的交聯(lián)液;復(fù)合膜的制備則是首先制得滲透汽化分離膜的底膜(通常用聚砜為膜材料,DMF為溶劑,PEG為添加劑),再配制用于滲透汽化膜表面
6、層的聚合物溶液,用砂濾器過濾后,采用浸漬法或涂布法在底膜上形成皮層(其厚度主要由表層聚合物溶液的濃度控制)。然后在一定溫度下干燥,二次涂敷,再干燥。1.4影響滲透汽化膜分離過程的因素滲透汽化過程中涉及多種梯度變化(如濃度、壓力、溫度),影響因素較多,主要有以下影響:(1)膜材料及結(jié)構(gòu)以及被分離組分的物化性質(zhì)。這是影響滲透汽化過程最重要的因素,它影響到組分在膜中的溶解性和擴散性,也就直接影響到膜的分離效果。此外,膜材料和膜結(jié)構(gòu)還決定了膜的穩(wěn)定性、壽命、抗化學腐蝕及耐污染的好壞,以及膜的成本。而被分離組分的分子量、化
7、學結(jié)構(gòu)及立體結(jié)構(gòu)將直接影響到它的溶解能力和擴散行為,組分之間存在的伴生效應(yīng)將影響最終的分離效果。(2)溫度的影響。溫度對滲透性的影響可以由Arrhenius關(guān)系來描述。多數(shù)情況下,分離系數(shù)隨溫度的上升有所下降,但也有一些例外。(3)液體濃度的影響。隨著進料液體中優(yōu)先滲透組分濃度的提高,滲透總量也將提高。(4)上、下游壓力的影響。滲透汽化受上游側(cè)壓力的影響不大,所以上游側(cè)通常維持常壓。下游側(cè)壓力的變化對分離過程有明顯的影響。通常,隨著下游側(cè)壓力的增加滲透性下降;但此時分離系數(shù)上升;反之,分離系數(shù)下降。(5)膜厚度的
8、影響。隨著膜厚度的增加,傳質(zhì)阻力增加,滲透性降低。分離系數(shù)與膜厚度無關(guān),這是因為分離作用是膜的極薄活性致密層決定的。1.5滲透汽化膜分離技術(shù)的應(yīng)用自1984年德國GFT公司在巴西建成世界上第一套用于甲醇/水分離的滲透汽化工業(yè)裝置以來,已有近140套裝置在世界各地運轉(zhuǎn),日處理有機溶劑能力均在5000L以上。1988年建5152于法國的日產(chǎn)無水乙醇1.5×10L(合120t)
