分离工程 渗透蒸发

1、Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. QuestionsCopyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.如何开发生物质能源如何开发生物质能源(可再生的、洁净能源可再生的、洁净能源)？Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.第八章 渗透蒸发(Pervaporation，PV) 又称渗透汽化，通过渗透蒸发膜，在膜两侧组

2、分的蒸气分压差作用下，使液体混合物部分蒸发，达到分离目的的一种膜分离法。是一种具有独特分离性能和节能性能的分离方法。 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.81 渗透蒸发的原理和特点渗透蒸发的原理和特点 8.1.1 分离分离液体混合物液体混合物的新型的新型膜分离膜分离技术技术分离过程分离过程: : 渗透蒸发膜渗透蒸发膜，将，将进料液相进料液相和和透过气相透过气相分分隔开，并在气相侧隔开，并在气相侧抽真空抽真空或通以或通以惰性气流惰

3、性气流，渗透组分的蒸气压渗透组分的蒸气压 零，传质零，传质推动力推动力液液相中产生的化学位梯度相中产生的化学位梯度 膜的选择性膜的选择性是不同组分透过膜速率大小是不同组分透过膜速率大小的决定因素。的决定因素。 溶质溶质(极少量极少量)透过膜透过膜，与，与溶剂溶剂(大量大量)分离分离，节省大量能耗节省大量能耗 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.81 渗透蒸发的原理和特点渗透蒸发的原理和特点8.1.1 8.1.1 定义和基础知识定义和基础知识 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Re

4、served. 。 反渗透 渗透蒸发 透过侧为气相透过侧为气相 渗透气化过程中溶质发生渗透气化过程中溶质发生相变相变，消除了，消除了渗透压的作用，渗透气化的压力较低，适渗透压的作用，渗透气化的压力较低，适于于高浓度混合物高浓度混合物的分离的分离 共沸物和挥发度相差较小双组分溶液分离Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.8.6渗透蒸发的特点有优点，也有缺点有优点，也有缺点A、单级选择性好是渗透蒸发的最大特点。从理论上讲，渗透蒸发的

5、分离度是无限的，适合分离沸点相近的物质，尤其是恒沸物的分离，对于回收含量低的溶剂也是一种好方法。B、过程操作简单，易于掌握，有部分相变，故能耗较低。C、由于操作中进料侧原则上不须加压，所以不会导致膜的压密，渗透率不会随时间的延长而下降；并且在操作过程中形成的膜的溶胀活性层将会自动转化为非对称膜，对膜的透过率和使用寿命有益。D、与反渗透等过程相比，渗透蒸发的通量要小得多，一般在200g/(m2 h)以下，而且高选择性的渗透蒸发膜，通量往往在100g/(m2 h)左右。E、与反渗透相比，渗透气化过程中溶质发生相变，透过侧溶质以气体状态存在，因此消除了渗透压的作用，从而使渗透气化的操作压较低，适合于

6、高浓度混合物的分离。 Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.8.2 渗透汽化膜、膜组件渗透汽化膜、膜组件 根据分离体系的组成根据分离体系的组成 水优先透过膜水优先透过膜 有机液优先透过膜有机液优先透过膜 有机液有机液/有机液选择性分离膜有机液选择性分离膜 按膜的形态可分为按膜的形态可分为： 平板渗透汽化膜平板渗透汽化膜 中空纤维膜中空纤维膜 管式膜管式膜Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rig

7、hts Reserved.有机物优先透过膜 疏水高聚物制成，用于水纯化、污染控制和有机物回收等。 乙醇-水体系，优先透过乙醇，是透乙醇型渗透蒸发膜。膜的分离性能，含有疏水性的氟原子和硅原子的改性硅橡胶和改性聚三甲基硅基丙炔膜特点：有较高的脱除乙醇的能力， 乙醇通量 563g/(m2h)和较高的分离系数 全氟碳膜有最高通量10000g/(m2h)，但分离系数低Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. 按膜的结构可分为按膜的结构可分为 (1) 对称均质无孔膜 膜孔径在1nm以下，膜结构呈致密无孔状，成膜方法采用自然蒸发凝胶法。选择性好，

8、耐压，但结构致密，流动阻力大，通量偏小。 (2) 非对称膜 由同种材料的活性皮层(厚约0.11m)及多孔支撑层构成。活性层保证膜的分离效果，而支撑层的多孔性又降低了膜传质阻力，生产技术巳成熟，只是目前尚未制得分离性能特别好的渗透蒸发用膜，多用作渗透蒸发复合膜的支撑膜。Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.(3)复合膜 由活性皮层活性皮层与支撑层支撑层组成。 超薄活性层形成方法：用已合成的聚合物稀溶液作超薄层，采用浸渍或喷涂的方法使膜液粘附于支撑膜上，再经干燥或交联等形成复合膜；将单体直接放在多孔支撑体表面聚合。活性皮层与支撑层可分

9、别制备，按要求改变和控制皮层厚度及致密性，使皮层及支撑体各自功能优化。(4) 离子交换膜Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.8.3 渗透蒸发的应用(1) 渗透蒸发工艺流程实验装置Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.(2) 液体有机物脱水 乙醇的脱水: 生物质制取乙醇，采用生物反应器，利用微生物发酵连续制备乙醇。 醇-水蒸馏分离能耗70 ，渗透蒸发为此提供了解决办法

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) 水中去除有机物如从啤酒和酒中脱除乙醇，最终使乙醇浓度降低到0.7%以下，目前最低可

11、达0.1%。这种低酒精的啤酒的风味及高分子成分。病人司机用。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) 有机物/有机物的分离Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved. 特点： 应用例子：Copyright ZhangTong IMUT 2005. All Rights Reserved.液体和蒸气间的化学位差是迁移过程的推动力。在