渗透汽化膜及膜组件在酒精提纯中的实验研究.pdf

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1、y7 8 2 8 5 7授予单位代码!鳢窆研究生学号壁2 鳋5 1密级郑州大学硕士学位论文论文趱目：渗透汽化膜及膜组件在洒糙提纯中的实验磷巍作者姓名：牛青川学辩门类：王学专业联称：蕾匕工过程机械导蜚器姓名、职称：攀洪亮戮教攫方书起副教援二零零五零五月二十醚捅登摘要渗透汽化是用于液体混合物分离的一种新烈的膜分离技术，它是在液体混合物中组分蒸汽分压麓的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分褒熬过程，萁铙患是籍蘩适予蒸谗法难戳分蕊或不麓分离鹣迓沸点、溪沸点有机混合物溶液的分离，是一种符合可持续发凰战略的清洁、节能的技术。酒精可以广泛的应用在国民缀济的各个部门。不仅是市场巨大的一辩商品t

2、遣愚萋要麓王逝溅料，掰艇楚是一秘爨装瀚霉垒髓澈。传统魏溅髓鼹筑主要怒蒸薅浚，滚热熊戈磁力，存在韪源溪糕多、浚裔菠搽大、经济效蕊诋等缺意；腭渗璇汽他法掇纯溅糟，在技术芾H 经济上都融液现出明显盼优越性。嗣鳆，蠼器蕊掇瑰藏寄1 0 0 多爨渗遴汽稼装爨褒黧予工数垒产，毽疲霜审黪乎援式膜缎彳牛移套饕不察您赂黪浓麓裰传，麓时箨隧饕溢夔裰他，弱诧本文鼹爨了带撬浚装置的平投式麟组件，并对渗透汽化膜的性能和蜷扰溅裴鼹的平檄式膜缎件的悭熊避嚣了实骚耢究。褒蜜验中，营瓷考察了渗透焱纯膜程不麓派菠熟滔鼗滚滚中的溶簇靛憝，笈现艇选用的髅对水钱毙擞凇溶解，可以疲用于较离浓度的灏糖糖缝，但楚对水溶骚羹较枣，藏靛逸簿穗较

3、蘸。在对渗邋汽馋搂鹣渗逡汽诧稳嚣酪蹬究孛，主器考察了糖滚浓爱、搽终滠浚、膜下游妥力鞫麟瑟波躐溅速铃搽 乍条传对膜的分藤缎能的影响，辩总缩了渗瀵汽晓蔟鹣薅矮姆程；褥暴淡鹱，褒掰测蕊麓蠹，蘸瓣泼浓嶷、翥搽髂溢凄、燕黢下游艇力帮离骥瑟袭瓣流速下可骧餐渗透汽晓膜戆舔台效蓉爨爵；檄据骥熬溶解扩散传壤檄璎，程舞浓壤溅糖溶液下，膜溶解道稷鼹艇个渗透汽化过穰的控制阪索；黧羟麴膜渗透邋豢缀骏装联筑爵戳谨5 黼熬糖瓣谟蓑亵骞教颈溅蔟蔚渗逡邂鬣。对予零文提出魍攀揽溅裟蹩鹣膝嫩髂，农溉上从膜的渗透汽化蛙髓寒裘瑰蕊毯越浚，势与秃魏滚兹羧嫩謦避孬了魄袋，蘩鬟袭翳，鬻揍滚装爨稳嫫缀释魏揍流律爝对熬个膜缀髂静健辘窍一定静激辍

4、俸耀，京较小兹膜蕊浚速下就磷良褥戮与觅撬流膜缀 牛糨类徽鳇经糍，势爨擞定黢度土域小了浓莲搬他现象，著髓露效蕊疆缓了澈遂方l 逮爨鎏焱予滚蘧方濑貔瀑蓑稷辱艺瓒象。郑州大学硕：I。学位论义对渗透汽化过程的设计计算，在带扰流装置的膜组件中，进料温度7 04 C、避籽流量4 5 L h、膜下游压J-11 3 0 0 P a 条件下，由9 4 9 4 w t 的原料液要得到l k g n a9 9 7 w t 的无承溪精则辩要0 4 5 3 8 平方米黪膜霆羧。关键词：膜分离，渗逡汽纯，滔精分离，貘缝襻 lA b s t r a c tP e r v a p o r a t i o ni san e w

5、t e c h n o l o g yo f m e m b r a n es e p a r a t i o nf o r t h es e p a r a t i o no fl i q u i dm i x t u r e s，i ti sap r o c e s st h a tu s e sl i q u i dm i x t u r e s c o m p o n e n t st h r o u g hc o m p a c tm e m b r a n ei nd i f f e r e n to fs o l u t i o na n dd i f f u s i o nv

6、e l o c i t yu n d e rt h ei m p u l s eo fc o m p o n e n t Ss t r e a mp a n i Mp r e s s u r e,i t sm e r i ti sa na l t e r n a t i v e 岛rt h es e p a r a t i o no fl i q u i dm i x t u r e s，s u c ha sa z e o t r o p i ca n dd o s i n g-b o i l i n gm i x t u r e s，w h i c ha r ed i f f i c u l

7、 to ri m p o s s i b l et os e p a r a t eb yc o n v e n t i o n a lm e t h o d s，i t sac l e a n i n ga n ds a v i n ge n e r g yt e c h n o l o g yt h a ta c c o r d sw i t hs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t A l c o h o lc a nb eu s e di nm a n yd e p m t m e n t so f t h en a t i o n a l

8、e c o n o m y I ti sn o to n l y嬲e n o r m o u sc o m m o d i t yi nm a r k e ta n di m p o r t a n ti n d u s t r i a lm a t e r i a l，b u ta l s oa ni m p o r t a n tr e g e n e r a t e de n e r g y D i s t i l l a t i o ni so n e 醴c o n v e n t i o n a la l c o h o lp u r i f i c a t i o nm e t h

9、 o d s，i t sp o w e ri sh e a te n e r g y,i t sd i s a d v a n t a g e sa r em o r ee n e r g yc o n s u m p t i o n，g r e a ti n s t a l l a t i o nc o s ta n dp o o re c o n o m i cp e r f o r m a n c e，P e r v a p o r a t i o np u r i f ya l c o h o l，p u tu pv i s i b l ea d v a n t a g eo nt e

10、 c h n o l o g ya n de c o n o m y,A tp r e s e n t，t h e r ew e r eo v e r1 0 0s e t so fp e r v a p o r a t i o ne q u i p m e n t si nc o m m e r c i a l 猢ni nt h ew o r l d,b u tf l a t-p l a t em e m b r a n em o d u l eh a sc o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r ep o l a r i z a t i

11、 o n,S Ot h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r dv o r t e xg e n e r a t o ri nf i a v p l a t em e m b r a n em o d u l e,a n ds t u d i e sp e r v a p o r a t i o nm e m b r a n e Sp e r f o r m a n c ea n dv o 以e xg e n e r a t o ri nf l a t-p l a t em e m b r a n em o d u l e Sp e r f o r m a n

12、c e I nt h ee x p e r i m e n t s p e r v a p o r a f i o nm e m b r a n e Ss w e l l i n gp e r f o r m a n c ei nd i f f e r e n ta l c o h o lc o n c e n t r a t i o nh a sb e e nr e s e a r c h e d，t h em e m b r a n ea b s o r bw a t e rp r i o r i t y,I tc a r lb eu s e di na l c o h o lp u r

13、i f i c a t i o ni nh i 曲c o n c e n t r a t i o n,b u ti t sd e g r e eo fm e m b r a n e Ss w e l l i n gi ss m a l l，m e m b r a n e$s e l e c t i v i t yi Sl O W I nt h es t u d yo f p e r v a p o r a t i o nm e m b r a n e Sp e r f o r m a n c e,t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so ff e e d

14、c o n c e n t r a t i o n,o p e r a t i n gt e m p e r a t u r e,d o w n s t r e a mp r e s s u r ea n df e e ds p e e dr a t eh a v eb e e nr e s e a r c h e d,a n dt h i sp a p e rg e n e r a l i z e sp e r v a p o r a t i o nm e m b r a n e Sc h a r a c t e ro fm a g$t r a n s f e r,m e m b r a n

15、 e Sg e n e r a le f f e c ti sb e t t e ri nt o wf e e dc o n c e n t r a t i o n，h i g ho p e r a t i n gt e m p e r a i u r e,l o wd o w n s t r e a mp r e s s u r ea n dh i 曲f e e ds p e e dr a t e、t t I郑州人学7 i i L 学位论文A c c o r d i n gt om e m b r a n e sd i s s o l u t i o n d i f f u s i o np

16、 r i n c i p l e，i nw h o l ep e r v a p o r a t i o np r o c e s sd i s s o l u t i o ni sac o n t r o l l i n gf a c t o ri nh i g ha l c o h o lc o n c e n t r a t i o n T h ee x p e r i e n t i a lr e l a t i o n s h i pf o r m u l ao fm e m b r a n e sp e r m e a t i o nf l u xc a nf o r e c a

17、s to s m o t i cc a p a c i t ye f f e c t i v e l ya tr e l m i v ee l T o rl e s st h a n5 F o rv o r t e xg e n e r a t o ri nf l a t 1 a t em e m b r a n em o d u l ei nt h ep a p e r,t h ep a p e rr e s e a r c h e dm e m b r a n em o d u l e Sa d v a n t a g ef r o mp e r f o r m a n c eo fm e

18、 m b r a n em a c r o g r a p h i c l y,a n da sc o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a lf i a t p l a t em e m b r a n em o d u l e v o r t e xg e n e r a t o ri n c r e a s em e m b r a n em o d u l e Se f f e c t i v e n e s s，a n do b t a i nt h es a m ee f f e c t i v e n e s sw i t hc o n

19、v e n t i o n Nf i a t p l a t em e m b r a n em o d u l ei nl o wf e e ds p e e dr a t e。v o r t e xg e n e r a t o rr e d u c ec o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r ep o l a r i z a t i o n，D e s i g n e dt h ep e r v a p o r a t i o np r o c e s sh a sb e e nc a l c u l a t e df o rv

20、o r t e xg e n e r a t o ri nf l a t p l a t em e m b r a n em o d u l e，t h er e s u l ts h o w s0 4 5 3 8s q。m，m e m b r a n ea r e af r o m9 4；9 4 w t f e e dc o n c e n t r a t i o nt ol k g h9 9。7 w t a b s o l u t ea l c o h o li n7 0。C，4 5 L ha n d1 3 0 0 P a K e y w o r d s：m e m b r a n es

21、e p a r a t i o n，p e r v a p o r a t i o n，a l c o h o ls e p a r a t i o n，m e m b r a n em o d u l eI V主萤符 浼l 戮主要符号说明A：渗遴汽化膜组件的流道口面积，删2：a：渗透汽化膜组件的流道宽度，m i l l：艿：褶澎予掰群瑟稳惫潜峰瑟积：B，：组分i 相应的色谱峰面积；曾。：标凇物s 的色谱峰蕊积；b：渗透汽化膜组件翁流道高度，m m：c：渗透汽化膜的有效顾积，m 2；廖：渗透液幻慧量，琢h；D e：酒精在渗透汽化膜中的分设研 疑，g I g；D h：渗透汽化膜组件流道横断面的水

22、力直径，脚；蕊：渗遴汽讫骥兹潘瓢度，g g；D w：水在渗透汽化膜中的分吸附量，g g：E：表戏潺化能，K J，t o o l；F：进料液的总量，豫h；G：渗余液的总量，堙h；f：握对遂量校正爨予；厂：样晶中某一组分的定量校正因子；Z：组分f 的绝对重量校正因子；f：标凇物S 酶绝对黧最校正因子；，：渗透汽化过程的渗谶通量，g-m t h：五：渗透常数；髓；进入气相色谱检测器的样品的爨，可用重量、摩尔威体积袭示m。：维分i 的重豢：m。：檬罐物s 蘸鬟鲎；P：渗透汽化的膜下游腿力，P a：V郭蛾太擘囊 j 学垃论文P S I：渗邂汽化过程的膜分离指数，g h Q：渗逶汽 毫过程运瓣流爨，L f

23、 h；R：气体常数；霆矗：渗透汽纯膜组串滚道横断西的承力半径，磁；S：诗冀袋疆积，磁2：?：渗透汽化过程的搽作桥准温度，搭；f：渗透汽佬过程静搽传溢度(遗糕激发)，；v：渗透汽化过程的膜丽寝观流速，州s：W d：渗透汽化膜的干膜黧，g；醅叠：渗透汽诧骥熬瀑蔟蘩，g；x：渗透汽化过程进料浓度，w t：算。：料波中滔糖鲍厦爨浓度，w t；善。：辩液接触膜褒酒上溪耩秘纛薰浓液(蒺嗷鬻液溪精浓痰)，w t：渗容滚承浓凄，帮：籽滚中隶豹霞爨浓蹙，w t；x，：料液按触膜表面上水的质量浓艘(膜吸黼液水浓度)，w t；，：渗透液的质量浓度，w t；魏：渗透滚孛灌蕤灏蒺鏊浓囊；w t 扎：渗遴波孛水豁骥餐浓度

24、，w t 搿：分离爨乎；饼。：渗逶汽能过程鹪选择溶解激子；搿。：渗透汽彳毫过程豹选箨扩鼗霞子；0：渗透分攀；L a G：渗余液的透过液擞，g；越：取样时糯，h；V l郑重声明本人懿学经论文是在学爨攒鼯下独立撰麓舞完残熬，攀缝论文没袁剽窃、掺袭等造反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切法律羹任褰法律焉巢，将踅郑耋声臻。学谴论文作者(签名)；岸音，j 2 0 0 5 举5 月如日引言灞精是产量最大的发酵产品，传统的酒精摄纯主要是蒸馏法，以热能为动力，存在能源消耗多、设备投资大、经济效益低等缺点；而用渗透汽化法制餐无水酒精，积鬻褒方法箱魄，在技术秘经滚主裁栽袭瑷基秘显熬俊越

25、。睦。这耪潺法、节能的技术在国际上始于2 0 世纪5 0 年代，7 0 年代能源危机之后，引起了世界各国的羹视，发达国家投巨资立专项，将该技术作为第三代膜技术进行研究和开发；远足卡年来，我国豹渗透汽化技术双基磷磅究发震至l 工业纯攫广应爰，褥戮了快速的发展。目前，谶界范围内大约有1 0 0 多套穗投入运行的渗透汽化装髯采用了平扳式膜组件，而传统的平板式膜组件存在不容忽视的浓藏极化和温麓极化现象，阁鼗零文提出鸯鬟装撬滚装嚣农平援式貘缝佟瘫，著对黢缀l 譬懿瞧能邀行溅试。戈酸鲸述1 1 淄精的用途：l 文献综述淄耩，一是是带洒匡夫蕊龄鬻箍，毪是鹫要戆工韭艨料，港鞲豁深蕊工产品有数酉种，而且酒精还是

26、一种鬟臻的再生能源。所以，瀵精的市场潜力建巨大的。溅髓可以广泛鹣艘露在蘑鼠缎漆戆番争熬门。在禽晒王竣孛，灌黪蜀淡是采生产各种酒类产品和作为生产食潞和食用酒精的主要原辩；化学工业中的橡胶、菜氯乙烯等重鬓工熊艨瓣的生产斑赔馥灞精凳蒺确酶：滔雅滏蹩 交漆、彳毫液晶生产藜主要溶蓑；医疗工遂褰鞭疗誊妲孛漂赣嶷其套嚣嚣褥取麟楚裁戥爱嚣为溪毒剂韵徽要用途；染料产业和国黼工业中也需繇大量的酒耪；农业中杀虫剂和农嘲激繁镧裁等盼生产爱离不开淄耩滋。套1 9 7 4 零发玺熬滚霆瓿驭采，辫霉黛资漂越裁露辜l 黧7 犬羹魏关注。鞭滔糟取代煤、石油作为一种新型韵“绿色燃料”，无水淄精出予可与汽油澎戒一种商品名称海汽油醇

27、鲍汽车臻籽蔼骚剿广泛重税器l。一方运燕漆予买燃料经潦淫良掰，瑟懑要戆楚汽濑黪是一耱霉誊干净戆燃辩，运污絷。获蒸耱蠢义主滋，溪羲就是一种战略物资孙。努外，由于近年艇现无铅汽浦添力R 魏M T B E(甲蒸异丁蒸醚)会导致褥驶久瑟藏肇，匿疆，瀑瓣漤壤或了最馥最鼹燕。串嚣避在鼹年漠强汽蕊爨5 0 0 0 嚣逵，按1 0 添加，就要5 0 0 万吨，辞：，如果用酒精沫代替M T B E。需求嚣巨大。再生自源毡捂水电、太黼能、风能、擞物能等，兵肖燃料灞精蹙激荔大餐获褥，往袄又与汽漆最接辍菸爵褥生憝滚，鬟i 寒羡露漶潼煞装置露嚣度丈馥变；鬓熬，矮器酒精终将成为能源中照要的一员，成为我国的濑要的能源来源【4

28、 j。1 2 淄糖熬撵纯技术攒糖豹用蹩大，在溪撼驹生产中，提熊髓糕又是黩大的。目前，主黉的酒糖提缝按漆蠢：糖馏法、分子筛分懿法、豁物吸附法和臌分离法。B l a c k 采麓六塔系瓣蔷邋藉穗法楚毽6,4 w t 滔穗繇瓣，每获攥t K g 滗零溪2郑娜天学颤1 学 芷论文精的能糕是2 6 6 M J s j。恒沸精馏工艺是在常压无法制取无水酒精的情况下，向酒糖溶液添热挟带剂(蠹羹苯、环己凌、戎魏等)避纷精馏，挟带潮与湮糖溶滚中敢滔精、水形成三元共沸物，获得纯度很高的酒精1 6 1。刘宗宽等针对恒沸精馏法能耗大的不足，将恒沸精馏与热泵技术两种成熟的技术有机地结合起来，开发出热泵懂沸耧键生产毅工慧

29、【7 1。逐有飘等遥过渡少臻叛上竣固滤魄霸蒸汽蒸发爨，送行酒糟溶液的精馏冽。摹淑精馏避加入桨种添翱箭珏增加原溶液中潘稽和水的稻对挥发麓，觚丽使裰剿翳分离变褥蜜荔嘲。在萃驳过程热天逶壁熬麓燕甲苯学酸镳，拳赣羧麓等，可以使酒精和水的沸点相差加大，易于分离，嗣时也降低了熊耗翻。使用乙二醇作萃敬剂舱多效萃取精馏法，l 鬟汽态迸辩敬代液态避辩，避免进秭中主簧成分的羁次蒸发，减少了筑糕。逐囊予攀鼗遘程憋孛瓤产蠡不搜远共济组成，辫i 嚣避受了“夹点”，而殿精馏塔的塔板数较少。用于酒精撮纯的典型分子筛的间隙通道平均直径为0 3 r i m。由于结梅内的通邋囊臻翳这蓊分子痰模，承分子能骧辩奁分子黪缝搀邋道翡海表

30、委，这释橙理篷质决怒了分子筛能分离酒精溶液D o 。B a n a t 等通过顶察气相色谱法(h e a d s p a c eg a sc h r o m a t o g r a p h y,H S G C)，对3 A黎4 矗黧分子籍在汽液摆平衡态下黪潺鞲，承簿辐滤窝物懿磷究发疑，分予鳞懿覆爨和筛礼大小对分离效果有很大的影响，而鼠谯微孑L 中酒精”水两楣混和物共沸点完全消失舶。最近，K u z n i c k i 等发城一种称为钛醚酸然E T S-4 的物质能够谁是邈掰静分予蘩。恣温寝舞蹇辩，E T S，4 套逐渐驻末，激我涎足寸戆之减夸。利用这种方法，可以T o l 3 0 4 n m 的

31、范围内精确地调整微孔尺寸。一热常见分子如水分子、酒精分予蒋尺寸为0 3 0 4 n m 左右，用融T s 一4 制作的分子筛可以肖效地将它翻分开狰j。1 9 7 9 年L a d i s c h 嬲D y e k 提批用吸附荆吸附涟精。水共沸物中的水丽崽接得到酒精产黯【l。采用瞽通精馏的方法得到7 5 9 0 的溉精溶液后，辫采用豁物吸黼帮靖该溶滚避嚣蔽辩，结慕褥剿了意浓虞蕊溺精”5 1。B e e r y 等逶邋磷究发褒谷物吸戳划作用方式是暇附剂表露上通过氨键与羟基，使吸附剡和水分子逑接6 j，麟且解吸再生也较容翁。H o n g 等簌8 0 C 耀玉米瓣墩鬻褥滔耩，骧辫后再将玉漆耪薅生，鼷

32、气耧色诿文献综述剥再生气体中酒精含量进行分析，结果酒精含量无法测出【博】。常华等通过实验发现酒精一水的混合气相在稻谷粉和玉米粉上吸附时酒精吸附量很小，远小于工业上允许的酒精损失量O 5 E 1 9】。渗透汽化(P e r v a p o r a t i o nP V)是一种有相变的膜分离技术，它是利用液体组分与固体无孔膜的一侧表面接触，在膜内浓度梯度作用下，扩散通过膜，以气相的形式从膜的另一侧析出。渗透汽化技术生产适于蒸馏法难于分离或不能分离的近沸点、恒沸点的酒精溶液。具有设备较简单，能耗低j 操作方便，产品纯度高，且无有毒有害物质(有机溶剂)存在，生产比较安全等特点。目前国内外常用来分离酒精

33、溶液的渗透汽化膜材料可分成两大类：类是优先透水膜材料，如聚乙烯醇，壳聚糖，海藻酸及其盐类和以聚丙烯酸类为基础的聚电解质等，适宜分离含水量低的酒精溶液，如共沸物，可制得无水酒精：另一类是优先透醇膜材料，主要有含氟，含硅的聚合物，戊二醛交联的壳聚糖等，适宜于分离含酒精量低的酒精溶液。如将发酵过程与渗透汽化过程耦合，则能及时分离出对发酵具有抑制作用的酒精产物拉“。近年来，又出现了一种与渗透汽化相似的新型膜分离谴程蒸汽渗透(V a p o rP e r m e a t i o nV P)。在V P 过程中料液的蒸汽与膜接触，实际上相似予气体膜分离过程；瑟在P V 过程中是辩滚率骞与骥接触，在其体操傺条

34、件强及餐耱操鼹参数对分离行为的影响方蕊也有明显的差别。般丽言，同样的膜在同样的温度下，V P 过程舆有比P V 过程较高的分离因子。霹予羧主鬻琴孛滔耩援终戆生产方法，各具特色，都骞一建援模鹣工业镬翅。多效萃取精馏法节能效果显著，可以对已蠢的工厂进行敬造；热泵恒沸精馏所需分离设餐较少，比传统的共沸精馏法耗能低；分子筛法自动化程度离，劳动强度小，圈对产鑫溪量持，逶台予大娆模豹工鼗凭生产，经褥生露旋耗较大；擘物啜附法无污染，作物资源丰富，但是宅易碎、再生时能耗大；膜法分离技术肖很好的工业化应用前景，由于还不太成熟，人们F 在对它邂行深入的研究。1 3 渗透汽化分离过程1 3 1 渗透汽化概述膜分离过

35、程是对欲分离混合物原料中的某组分具有选择性的膜为分离介郏卅1 人学f 研_ 一学位论文质，在膜两侧施加某种推动力，使混合物中的组分有选择地从膜一侧传递到另一侧，其他组分则被阻挡而留在混合物料液中，从而达到分离和纯化的目的。通常膜的原料侧称为膜的上游，另-N 称为膜的下游，透过的组分在膜的下游收集。不同的膜分离过程使用的膜不同，传质推动力也不尽相同。渗透汽化(p e r v a p o r a t i o n)又称渗透蒸发，通过渗透汽化膜的选择性来分离液体混合物，并伴随有相变的膜分离过程。主要用于有机物一水、有机物一有机物的分离，被认为是最有希望替代高能耗的传统分离技术(如精馏)的膜过程。1 3

36、 2 渗透汽化的发展：“渗透蒸发”一词最早出现在1 9 1 7 年K o b e r 发表的文章中，该论文介绍了他在纽约州立健康研究实验室中用带有火棉胶的容器里，进行从自蛋白一甲苯溶液中脱水的实验时发现了这现象。T o r o n t o 大学的F a r b e r，1 9 3 5 年掇出了可用渗透蒸发的方法浓缩蛋岛质。1 9 5 6 年H e i s l e r 等人发表了精一组海生纤维迸彳亍从溪糖溶液中渗透蒸发脱水豹谚窥结暴。H e i s l e r 秘她的助手嬲在为美国农业郝东部地区实验室工作时，又对分离的基础化学和食品应用两个方面进行了研究，用渗透蒸发俄土豆漉脱水，由予人们未能找到

37、既有分离效果又有较高通繁的膜，渗透蒸发一壹毁籀缮裂实际应用。壹到2 0 世纪5 0 6 0 年代，美鬣B i n n i n g 建均矮膜对液体混合物如水、酒精、异丙醇三元恒沸物的分离进行了广泛的研究，对于很多种混含物获得了高分离度和高渗透速率，并开发了组俘设计及腻的制作技本，这是骞关渗透蒸发方嚣魏蘩大突破。与戴阕嚣寸，K a m m e r m g e r、M i e h a e l s、l o n g、N e e l、C h o o 等对渗透蒸发开始了深入系统的研究，但未能实现工业化。该技术真正得到广泛重视是在能源危机后的7 0 8 0 年代初，新的聚合物的合成，膜制作技术懿发震，戳及王数

38、孛降低麓耗懿要求，使德渗透蒸发过程受到7 番国熬重视，针对多种体系，特别是酒糟一水体系的分离，进行了大量的研究。从而使第一代渗透蒸发膜及其组件走向工业应用。在化学工业、生物化学工程及其他工业矮壤中雩 越了极大懿兴熬，1 9 8 6 年逡续召开了多次关于渗透蒸发静潮鞴学零会议，从基础理论到实际威用进行了广泛的讨论。欧洲和日本等发达国家的政府和商业界都大量拨款资助，有力地促进了渗透蒸发研究工作的发展。目前，渗透蒸发i 妻程己缀获实验室簿 究发震嚣工堑亿应瑟，有些麓遥铎经膜翔聚乙烯簿复会貘已经囊业优，在欧洲、躁本和美国相继建成了有机溶剂和有孛且溶刹混合物的脱水文皴鲸述工厂，新的酬酸碱的膜及有机液体混

39、合物的分离膜的研制有了进一步发展，新的渗透蒸发分离过稷如扶求中分离有辍物、有机甥混合甥戆分离已处于中试酚段，渗透蒸发与生化反成相结合的过程已开始实验室规模以上的研究，新的臌器已经开发成用【2 223 1。：l 露卡几年来，发达国家投董浚立专项，第二代膜技术褥到磷究帮开发，其中，用于有机水溶液脱水的渗透汽化技术，予8 0 年代初开始建立小型工业装罱，8 0年代中实现了工业化应用。1 9 8 2 年，德国的G F T 公司率先开发成功亲水性的G F T膜，援框式缝传及蔟分褰工艺成功遗应用于炙承浮精熬生产，处理能力为曩产1 5 0 0 升成品酒精，从而奠定了P V 的工韭应稍基础。同年在巴西也建成了

40、日产1 3 0 0 升无水酒精的工厂。随后的几年中，G F T 公司在西欧和荚国建立了2 0 多个更大瓣棱豹装置。1 9 8 8 年法国建残了迄今毽爨最大鲍年产4 万睫无东濮糖浆工厂。翻本也建立了潜干有机溶剂的脱水工厂，用于酒精、髯丙醇、丙酮、台氯碳氢化台物等有机物的脱水。目前擞界上已相继建成了1 0 0 多套渗透汽化的工业装黉f 2 3、2 砒。我潮憨渗遴汽纯联分饔遘鬈熬磷褒野魏予2 0 墩纪8 0 每戴孛颓，瀵黪大学、浙江大潜怒国晦较旱开髅这项磷繇酌荦位，狮鼹黼为止，函内参与研究瀚攀键瓷j 佘家，主要霄溪华丈学、濒淫大攀、申辩麓稼学舞、长誊黢馋掰、鬟蕊大学、天津丈攀、j 塞毽王大举等。效黢

41、耪瓣、貘瓣戮基、镶逶道程囊冬壤理戮避鬻豹藏大蚜谶行了研究。研究的重点是麟承膜的材料殿稍餐。近年采饩先开展滤有机秘麒、搿枫瓣努离貘及渗逶汽凭与菠藏藕套静繁戏避箨躯鹾究。1 9 9 5 年游汪大学与羞豫蕊鬻释棱娟零熬遴串，羚鸯搏。建立了一褰警产燹瘩灌赣瀚穗煞串试装鬟。同年中科院化学所建赢了E j 处理爨为2 6 0 升工瓣淄糟的渗逐汽化脱水装鬻。1 9 9 8年凄孥大譬瓷客索黧讫公司建烹了零楚瑷量为1 0 0 0 穗瓣渗逡汽位中试驻承装嚣辫t2 蓟。1 3，3 渗遴汽纯戆分磷激理鼢2 3 棚】渗遴浅纯邋疆辩努糍漾遴懿蠢l，l 耩嚣。爨霄馥密疫矮瓣渗遴汽诧麓蒋餐渡秘渗遴橼分离为两股独积的物流，料液能

42、(媵上游侧或膜前侧)般不需繁加臌，渗透秘耩(膜下游瓣域瀵嚣德)鲻遴道接囊空簸藏气袄接懿方式壤耩穰懿黪缀分6辩髑天学鹾一l j 学位论文分压。在膜两侧组分分压差(化学位撵度)鲍摇动下，籽滚中各组分扩散通过膜，并在膜后侧汽化为渗透物蒸汽。又由于辩液中餐缝分戆物联纯学性缓不同，它们在膜中的热力学性圈1-1 渗透汽化过程分离原理质(溶解度)和动力学性质(扩散速度)存在差异，因而料液中各组分渗透通过骥熬逮度不同，容荔渗透缝分袁渗透貔蒸汽孛占戆毙镶较多，不容易渗透缝分在料液中的浓度则得阻提高。可见，渗透汽化膜分离过程主要是利用料液中各组分和膜之间的物理化学作用来实现分离的。渗透汽化过程审竞残蕊震秘分褰蠡冬

43、雄凌力楚缝努在膜嚣铡熬蒸汽分藤菱，缝分的蒸汽分压差越太，推动力越大，传质和分离所需要的膜面积越小，因而在可能的条件下，要尽可能地提高缎分在膜两侧的蒸汽分压麓。畿摇渗透汽毽避疆羲分离嚣理，在渗透汽纯法孛，一次铡为液体，二次裂受蒸汽，所以与蒸馏捆同，需要蒸发潜热；并盥为了使渗透能够稳定地进行，二次侧需黉减压，送还簧消耗一魑能爨。所以与其窀膜分离法院较，其优点较雅理解，过去鸯诲多定浚译价，遣是惫鼹系。餐是冀鼙缀建强往黪、过程搽话篱蕊、不出现臌的压密现象锋优点是不可忽视的。1 3，4 渗透汽化靛分类 2 6】按照溶解，扩散机理，农渗透汽化中，组分搓膜两坝9 蒸汽压差的推渤下，首先选撵性溶解程膜料液侧表

44、面，辫扩散透过膜，最后在膜透过侧表丽汽化、解吸。撩照逮藏骥硒测蒸汽蘧差戆方法，渗透汽促主甏育噩耱，熟鼹i-2。真空渗透汽化：膜透过侧用真空装抽冀窆，以造成膜甄侧缀分奶蒸汽压差。程实验黧中用此法最方便：热渗透汽豫藏溢度梯凄渗透汽耽：遴过耧滚热热鞫逡遂餐冷凝懿方法黟成膜两测缀分豹蒸汽压蒜。一般冷凝驷加热费用邀小于真空泵的费用且操作箍单，懋传质搬动力魄第类小，工业生产上常将、骶类方法缝合健爝。文献综述真空渗透汽化热渗透汽像汽 载气欧扫渗透汽仡固程掰掰凝瞧载气的渗透汽纯渗透波冷凝分相后部分循环渗透渡豁努冷凝渗遴渡强t-2 渗透汽蘧熬分类8凝酃 宄学赣圭学位论文溅气吹扫渗透汽化：用载气吹扫膜的透过侧，以

45、带走透过组分，吹扫气经冷露冷凝滋黧浚透过缝分，载气疆环绞蠲。若透过缀分无回毂馀曩薹(舞肖机溶剂脱水)可不用冷凝，直接将欧捆气放空；根据物料性质迸可以对以上兰种方法作适巍敬变。瘸可冷凝载气鹃渗透汽化：当透过鳃分与承不互溶嚣李，可鞋低压瘩蒸气为吹扫载气，冷凝后水与淹过组分分层厝，水经蒸发器蒸发重新使用。该方法适用于从水溶液中脱除低溶度甲苯、二氯乙烷之类非水溶性有机溶裁：渗透液冷凝分相后部分循环：当透过组分在水中有一定溶解度时，透过物冷凝分相臌，含有溶剂的水相可循环回入料液侧；渗透滚部分冷凝静渗透汽佬：透遥铡攀联嚣个冷凝嚣。在第一个分凝器中，通过部分冷凝提高透过组分的浓艘。如用透醇膜进行稀醇水溶液的

46、浓缩，富醇的透过蒸汽在第一分凝器部分冷凝分出寓水相，循环阐入料液铡，汽程遴入第二冷凝聚冷凝磊哥褥到凑浓凄夔蘩簿渡；1 3。5 渗懑汽纯 雯程豹蒋递糗瑾：渗逡汽诧骥努藩黥筏理由于涉及露渗透糖帮膜静结梅帮靛矮，渗透耱组分之间、渗透物与膜之蛔复杂的棚亘撵捌，涉及到化学、化工、材料、非晶体物理、统计学镩学科的交叉，研究工作的赡度较大，认识也不够深入。提出了几种描述渗滤汽纯簇传递枕毽辩模型，其孛主要畜滚辩扩激模型翘孔滚摸整。l。3。5。1 溶解扩散摸型f 2 7,2 9 ：溶锵扩散模型认为P v 传质避橇娃为三步：渗透物小分子程进料侧膜颟溶解(暇鼹；在活痰糖凌黪裕嗣下扩散过膜；在遴蕊攫瑛蕊解骧(汽纯。鑫

47、P V 的典婆!撩终矮 牛下，第三步速度很抉，对整个传鼹避翟影瞧不大，丽第步的溶解过程私麓二步的扩散避程不仪取决于离聚物膜的性质和状态，还稻渗透耱分子酶谯溪、渗透物分子之阚波渗透物势予秘离聚物材辩之离酶穗嚣俸鼷密甥攘荚。毽悉溶群扩数模型最终嬲缝到对筹一疹窝第二步，鄹渗透物小分子在骥中的溶解过程和扩激进程的描述。一般磷究嚣帮认为P V 过径瀚溶解过程这剿：r 平衡，蹲予这耱考虑，可氍逶9文献综述过H e n r y 定律、双方吸收模型或F l o r y H u g g i n s 模型汁算得到渗透物小分子在膜表丽的溶解度，但这些模型都没有考虑被分离组分之闻的相互作用。瞧实验发瑗，P V 过程戆

48、溶鼹过程并S 慈悲达裂乎鬻，焉是取决予滚簸速度和扩散速度的相对大小。余立新等通过实验和理论分析发现了非平衡溶解过程的存在，并提出了j#平衡溶解扩散模型。但总体上讲，人们对溶解过程的研究和考虑还不够深入。扩散过程基本上分为两类，即藏常扩散(F i c k 型扩散)和反常扩散(非F i c k 型扩散)。p v 过程中渗透物小分子在膜中的扩散大多数属于反常扩散。研究者通常熬敲法是耀各耱理论稻经验关联式关联扩散系数释渗透镑，l、分子扬瞧、离黎谚大分子物性、操 乍条件等因素的关系。具体思路有：经济关联式关联浓度或活度对扩散系数的影响从自由体积理论出发得到扩散系数从分子模拟(M D)出发，求算扩散系数。

49、1 3 5 2 嚣流藤黧浮7。8 3。1；M a t s u u r a 譬提出豹魏流模型锻定骥中存程大量婺穷膜的长度为6 鹩圆柱小鬻，掰谢豹魏簸在等滚搡稼条臀下，渗透物缰分逡过三个遗糕宠或籀矮；液体缨分通过孔道健输弱液汽狸辫瑟，诧为P o i s e u i l l e 演5 动；缀分在滚汽穗器两蒸袭；汽髂扶赛露处瀑孔遭赌竣出去，戴为表焱滚动。露霓，孔流壤型惑典型特镊在于膜内存在麓液。汽辍群藤，P V 过程怒液体传递释汽俸赞遴懿帛袋藕合过程。孑L 流模型预富，渗透汽德过程崧稳定状态下，骥中可麓存在浓菱极化。宴黥上孔淀模型中熬魏是裹羧物网络缝麴中链趣寒摆互缠绕魍燮翔，簇大小为分予尺寸。斑蕻翻潞

50、解扩散穰黧窝零璇上鹃不溺，孔流挨黧定义麴“逶邋”是鼹定的，丽溶籍扩教模整定义酶“通道”蹙高分予链毅随枫燕运动黪结巢。1 3。s。3 震援麓变溶麟扩教攘整f 2 7 矗剐：尽管溶耨扩教攘整得戮了著遴翡认可，僵它不髓溥激建麟释渗遴汽纯；窭翟中的“溶强藕合”效应秘鞠交的发生。鉴于魄，H u a n g 等挺出了廉掇裰变溶解扩散模爱。滚模登啜定渗透汽他戆程是滚髂渗透彝蒸汽渗透进程携率联裁合过程，渗透物透过下述过程究袋传瑷：渗瀵物在避辩翻膜蕊溶释；淤液体渗遴方式到达汽波器露；在嚣蕊处歉奎虚拟糨变；默蒸汽渗透方式到遮膜透 毫德；在膜透遵铡解薮。与婕绫熬溶瓣扩散模黧耪琵。该模型瓣主要不冠在予貘痰毒在基力携壤