第八章气体分离膜.ppt

第八章　气体分离膜 第一节　概述 1831年，天然橡胶膜具有透气性，发现H2和CO2透过膜的速率不同 1950年，乙基CA膜可进行空气分离，得到富氧空气 1965年，含氟高分子膜可分离出氦气，同年美国Du Pont公司首创中空纤维膜及其装置分离氢气、氦气，并申请专利 1979年，美国Monsanto公司，研制出“Prism”气体膜（聚砜-硅橡胶复合膜）分离装置，商业化后广泛回收合成氨以及石油炼厂中氢气的回收 耗能低、操作简单、装置紧凑等优点，O2、N2等富集膜相继开发使用 第二节 气体膜分离机理 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜 一、非多孔均质膜的溶解-扩散机理 该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分 四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解 的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另 一侧逸出。 二、多孔膜的透过扩散机理 用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流过膜中细孔时产生的速度差来进行的。其传递机理有分子扩散、表面扩散、毛细管冷凝、分子筛分等。 气体分离膜过程是以压力差为驱动力的分离过程，在膜两侧混合气体各组分分压差驱动下，不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的在渗透侧富集，慢的在原料侧富集——渗透速率差使气体在膜两侧富集 气体分离膜 第二节　气体分离膜材料 一、高分子膜 橡胶高分子 具有高渗透系数，分离系数低； 玻璃态高分子 具有低渗透系数，分离系数高。 橡胶、CA、PC；聚酰亚胺、含硅化合物、聚苯胺 二、无机膜 金属及其合金膜、陶瓷膜、分子筛膜等 三、有机-无机复合材料 分子筛填充聚合物膜、聚合物裂解膜 第三节　气体分离膜的制备 （1）影响气体分离膜性能的因素 1）化学结构的影响 2）形态结构的影响 根据不同的分离对象，采用适合的材料、合适的方法制备 （2）制备气体分离膜的主要方法 烧结法、溶胶-凝胶法、拉伸法、熔融法、蚀刻法、包覆法、相转移法和水上展开法 第四节　气体分离膜组件 一、膜组件 平板式 中空纤维式 卷式 二、气体膜分离系统及工艺流程 分离效率由膜渗透系数、分离系数及操作条件确定 高压气源时，气体分离效率高 低压气源时，采用图a可获得较大的渗透流量，图b能耗低。 工艺流程：循环气流 多级串联渗透流程 第五节　气体分离膜的应用 一、H2的分离 美国Monsanto公司1979年首创Prism中空纤维复合气体分离膜，主要用于氢气的分离。其材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。其中聚酰亚胺是近年来新开发的高效氢气分离膜材料。它是由二联苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。 合成氨厂施放气和其他石油化工含氢混合气中分离和回收氢 从炼油厂烃类加工过程弛放气体中分离和回收氢 二、膜法富氧 制备富氧膜的材料主要两类：聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改性产品和含三甲基硅烷基的高分子材料。 PDMS是目前工业化应用的气体分离膜中最高的膜材料，美中不足的是它有两大缺点：一是分离的选择性低，二是难以制备超薄膜。 三、膜法富氮 四、天然气脱CO2、H2S和H2O 五、易挥发有机化合物（VOC）的回收 六、水果保鲜系统 一般说来，水果在收获后，仍会继续呼吸作用，果品将逐渐劣化以至腐烂，为抑制果品的呼吸，可适当降低其保藏容器中的氧气浓度，增加二氧化碳浓度。目前广泛采用由硅氧烷膜使氧气与二氧化碳等进行交换分离的方法。 本章习题 非多孔和多孔气体分离膜的分离机理 气体分离膜分离混合气过程 橡胶和玻璃态高分子分离气体的特点 气体分离膜的实际应用 * * 均质乙酸纤维，合成高分子（硅氧烷橡胶，聚碳酸酯等） 离子导电性固体（ZrO2），（?-氧化铝）钯合金 非多孔质（均质） 微孔聚乙烯，多孔乙酸纤维 多孔质玻璃、烧结体（陶瓷、金属） 多孔质 有机高分子材料 无机材料 表9-1 选择性气体分离膜材料 外界气氛% O2 21 CO2 0 N2 79 仓库气氛% O2 CO2 92 N2 硅氧烷膜 * *