第七章-膜蒸馏

1、第七章其他膜过程膜蒸馏的发展膜蒸馏是一种将膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离技术，是由膜两侧不同温度下溶液的蒸汽压力差驱动的分离过程。它以疏水性微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中的挥发性成分以蒸气形式透过膜孔，从而达到分离的目的。与其他常见的分离工艺相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液的相互作用和膜的力学性能要求低等优点。7.1、膜蒸馏，膜蒸馏的原理，1。该膜为疏水性微孔膜，未被待处理溶液润湿，孔径为0.20.4微米。2.膜的一侧与待处理的热溶液直接接触，另一侧与冷的水溶液直接或间接接触。3.热侧溶液中的挥发性组分在膜表面蒸发，通过膜进入冷侧，冷凝成液相，而其它组

2、分在热侧被疏水膜阻挡，从而实现混合物分离。4.两个必要条件：疏水膜和温差。膜蒸馏的操作模式，直接接触气隙减压空气吹扫，直接接触膜蒸馏，气隙减压空气吹扫，操作模式，膜蒸馏的特点和优点，低操作温度(与传统蒸发相比)，低操作压力(与反渗透相比)，高理论分离效率，膜的低机械要求，减少膜和处理液之间的化学反应，以及处理极高浓度水溶液的能力， 唯一能直接从溶液中分离结晶产物的膜工艺，减少了蒸汽空间，膜蒸馏的缺点，以及蒸发潜热降低了热能的利用率。 工业化程度低、膜材料选择性有限、膜蒸馏的应用、渗透汽化=等温膜蒸馏、渗透汽化技术和渗透汽化膜的特性渗透汽化是近几十年来备受关注的膜分离技术。渗透蒸发是指一种膜分离

3、方法，其中液体混合物透过膜，并在膜两侧组分的蒸汽分压差的推动下部分蒸发，从而达到分离的目的。可用于分离传统分离手段难以处理的恒沸点物质和近沸点物质。具有初分离度高、操作简单、无污染、能耗低等特点。渗透汽化的本质是利用聚合物膜的选择性渗透来分离液体混合物。该装置由聚合物膜分成两个腔室，上侧是用于储存待分离混合物的液体腔室，下侧是与真空系统连接或用惰性气体吹扫的气体腔室。混合物选择性地透过聚合物膜，其中某一组分渗透到膜的另一侧。因为该组分的蒸汽分压低于其在气相室中的饱和蒸汽压，所以它在膜表面上蒸发。蒸汽然后进入冷凝系统，蒸汽被液氮冷凝以获得渗透产物。渗透汽化过程的驱动力是膜中渗透组分的浓度梯度。渗

4、透汽化示意图、渗透汽化分离示意图(真空气化)、渗透汽化示意图、渗透汽化分离示意图(惰性气体吹扫)、渗透汽化膜的分离系数，并且渗透汽化操作中使用的膜是致密的聚合物膜。描述渗透汽化过程的两个基本参数是渗透通量j(g/m2h)和分离系数。的定义是：(4-1)在公式中，Y和X分别是渗透物和原料的质量分数；以下标准a是优先渗透组分，b是后渗透组分。根据以上定义，代表聚合物膜的渗透性选择性。p的性能(1)渗透汽化膜材料的选择对于渗透汽化膜，首先要考虑它是否具有良好的选择性。根据溶解和扩散理论，只有对某些待分离组分具有良好亲和力的聚合物材料才能用作膜材料。例如，渗透汽化膜的透水性应具有良好的亲水性，因此聚乙

5、烯醇(PVA)和醋酸纤维素(CA)都是良好的膜材料。然而，疏水性聚二甲基硅氧烷(PDMS)是渗透酒精物质的理想膜材料。一般认为，对于含水体系，在膜的化学结构中保持适当比例的亲水基团和疏水基团是重要的。(2)制备渗透汽化膜的主要材料用于制备渗透汽化膜的材料包括天然高分子物质和合成高分子物质。天然高分子膜主要包括醋酸纤维素、羧甲基纤维素、胶原蛋白、壳聚糖等。这种膜具有亲水性好、水分离系数高、渗透通量大的特点，对醇水溶液的分离非常有效。然而，这种膜具有低的机械强度，并且在被水溶液溶胀后经常失去其机械性能。例如，羧甲基纤维素是水溶性的，只能分离低浓度的水溶性溶液。交联剂的加入可以提高膜的力学性能，但同

6、时也会降低膜的性能。用于制备渗透汽化膜的合成聚合物材料包括非极性材料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PSt)和聚四氟乙烯(PTFE)，以及极性材料如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。大多数非极性膜用于分离烃类有机化合物，如苯和环己烷、二甲苯异构体、甲苯和庚烷、甲苯和醇类等。但是选择性通常较低。极性膜通常用于分离酒精和水的混合物。其中，聚乙烯醇是分离醇水混合物最有吸引力的膜材料。聚乙烯醇对水有很强的亲和力，但对乙醇的溶解度很小，因此有利于水的选择性吸附。该膜对分离低浓度水-乙醇溶液具有高选择性。然而，当水的浓度超过40%时，膜的膨胀加剧，导致选择性显

7、著降低。聚丙烯腈对水也有很高的选择性，但其渗透通量很小，因此通常用作复合膜的多孔支撑层。在工业发酵罐中可获得约5%的乙醇水溶液，采用优先的酒精渗透膜显然更经济实用。最常用的酒精渗透膜材料是聚二甲基硅氧烷。然而，它的渗透率和对醇的选择性相对较低，选择性通常低于10。渗透汽化作为一种无污染、节能的膜分离技术，已经引起了广泛的关注。该技术最显著的特点是单级分离度高、节能、适应性强、易于调整。目前，渗透汽化膜分离技术已经工业化生产无水乙醇。与传统的共沸蒸馏法制备无水乙醇相比，它可以大大降低操作成本，并且不受汽液平衡的限制。在渗透汽化技术的应用领域，除了上述应用之外，渗透汽化膜在其他领域的应用还处于实验室阶段。预计具有良好应用前景的领域是：(1)利用渗透汽化