第八章-渗透汽化膜技术.pptVIP

第八章_渗透汽化膜技术;(1)基本原理

渗透蒸发分离的原理如图所示。即在膜的上游连续输入经过加热的液体,而在膜的下游以真空泵抽吸造成负压,从而使特定的液体组分不断变作蒸气透过分离膜,然后,再将此蒸气冷凝成液体而得以从原液体中分离出去。;渗透气化传递过程可用溶解－扩散机理解释，传递过程可分为三步：

①首先液体混合物中被分离的物质在膜上游表面有选择性地被吸附溶解；

②被分离的物质在膜内扩散渗透通过膜；

③在膜下游侧，膜中的渗透组分蒸发气化而脱离膜。;渗透蒸发分离物质的过程示意参见下图。由图可见,经由上述①~③的分离机制而到达膜的另一侧,变为蒸气组分,被进一步冷凝后,将浓缩成90%的产品。;(2)渗透蒸发过程分类

根据膜两侧蒸气压差形成方法的不同,渗透蒸发可以分为以下几类:

①真空渗透蒸发膜透过侧用真空泵抽真空,以造成膜两侧组分的蒸气压差,如图(a)。

;②热渗透蒸发或温度梯度渗透蒸发通过料液加热和透过侧冷凝的方法,形成膜两侧组分的蒸气压差。一般冷凝和加热费用远小于真空泵的费用,且操作也比较简单,但传质推动力小,如图(b)。;③载气吹扫渗透蒸发用载气吹扫膜的透过侧,以带走透过组分,如图(c)所示。吹扫气经冷却冷凝以回收透过组分,载气循环使用。若透过组分无回收价值(如有机溶剂脱水)可不用冷凝,直接将吹扫气放空。;(3)渗透蒸发膜及膜材料

渗透蒸发过程用膜与气体分离膜类似,主要使用非对称膜和复合膜。在筛选渗透蒸发膜材料时,应考虑以下问题：

①、优先透过组分的性质

在渗透蒸发中应以含量少的组分为优先透过组分,根据透过组分的性质选用膜材料。

一般可分三种情况：

I、有机溶液中少量水的脱除,可用亲水性聚合物;

II、水溶液中少量有机质的脱除,可用弹性体聚合物;;III、有机液体混合物的分离

这种体系又可分三类:极性/非极性、极性/极性和非极性/非极性混合物。

对极性/非极性体系的分离材料的选择比较容易,透过组分为极性可选用有极性基团的聚合物,透过组分为非极性应选用非极性聚合物。

而极性/极性和非极性/非极性混合物的分离就比较困难,特别当组分的分子大小、形状相似时更难分离。;②、膜与组分的相互作用

组分在高分子膜中的溶解情况可以用它们之间溶解度参数的差值表示,溶解度参数差值小,表示组分与膜分子类似,互溶度大。两组分与膜的溶解度参数差值大,表示膜对两组分的溶解度的差别大。不少材料符合此规律,因此,它可以作为一种选择膜材料的依据。;有人提出用定性的亲憎水平衡理论来选择膜材料。根据这个理论,膜材料应与优先渗透组分之间存在适当的亲和作用力,这种亲和作用力是由膜材料中的官能团与渗透组分分子间作用的结果。高分子物质的官能团可分亲水与疏水两类,采用共混、接校、共聚、交联等方法调节这两类官能团的比例,使优先渗透组分与膜间有适当大的亲和力,可能得到好的效果。;膜的结晶度、塑化程度以及膜和渗透组分间的相互作用对组分的扩散系数有影响。液体组分在高分子膜中使膜的结构松弛,扩散系数增大,特别是渗透组分对膜有溶胀作用时更为显著,因此,扩散系数也随组分浓度的增加而增大。

③、膜材料的化学和热稳定性

渗透蒸发分离的物料大多含有机溶剂,特别是分离有机混合物体系,因此,膜材料应抗各种有机溶剂侵蚀。

渗透蒸发过程大多在加温下进行,以提高组分在膜内的扩散速率,尽量弥补渗透蒸发膜通量小的不足,因此,膜材料要有一定热稳定性。;膜分离性能的强化可通过两个途径,膜结构的改进和膜材料的改性。

①膜结构改进

进行材料筛选时大多将聚合物制成致密均质膜,这种膜通量很小。实际应用的渗透蒸发膜多为复合膜,它的通量比致密均质膜大得多。

②膜材料改性

A、交联交联可以三种方法进行。第一种是通过化学反应在两聚合物链间联接上一化合物,这类交联绝大多数是以过氧化物为引发剂的自由基反应;第二种为光照射交联;第三种为物理交联。;B、接枝通过化学反应或光照射等把某些齐聚物链节作为支链接到聚合物主链上。如果接枝的分子中含功能团,它能与聚合物中的功能团相反应,则可用化学反应进行接枝。聚乙烯、聚四氟乙烯之类通过熔压法制的薄膜可用光照射接校进行改性。

C、引人电荷在聚合物中导入带正、负电荷的离子可使聚合物具有亲水性。通过反离子选择可控制膜的选择性和渗透通量。这种膜的缺点是反离子易流失,因此性能不稳定,需经常再生。常用的荷电基团有-COO-、-SO3-、-NH+、-NR3+。

D、共混将具有不同性质的聚合物共混,以使膜具有需要的特性。但共混的聚合物在同一溶剂中必须相容,即在配成制膜液时必须为均相。;(4)影响渗透蒸发过程的因素

①温度

组分在膜中的扩散系数、溶解度及渗透率随温度的升高而增加。温度对分离系数(选择性)的影响不大