渗透汽化技术
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渗透汽化
概述
渗透汽化是一种将液体转化为气体的过程。在物理学中，渗透汽化是液体通过
半透膜向气相传导的现象。在化学工程中，渗透汽化是一项用于分离混合物成分的操作。本文将介绍渗透汽化的原理、应用领域和常见工艺。
原理
渗透汽化的原理基于膜的渗透性能。膜通常由聚合物或陶瓷材料制成，具有特
定的孔隙结构和选择性。当液体通过膜时，分子会依靠其大小和亲疏水性被膜孔隙所选择性地渗透。相对较小的分子能够通过膜孔隙，而较大的分子则被阻拦。
渗透汽化的过程可以分为两个阶段：吸附和解吸。首先，液体通过膜孔隙吸附
到膜表面上。然后，在施加适当的温度和压力条件下，液体分子会解吸并转化为气体。
应用领域
渗透汽化已在许多领域得到广泛应用。
脱盐
脱盐是渗透汽化的一个主要应用领域。海水淡化是解决淡水短缺问题的关键技
术之一。通过将海水通过渗透汽化膜进行处理，可以去除其中的盐分和杂质，得到可用于农业灌溉、工业生产和居民生活的淡水。
废水处理
渗透汽化也可以用于废水处理。通过将废水通过渗透汽化膜进行处理，可以分
离出其中的有机物、溶解性固体和重金属离子等污染物。这种方法不仅能够减少水污染物的排放，还能够回收其中的可再利用资源，如有机物和水。
药物和酒精浓缩
渗透汽化还可以用于药物和酒精的浓缩。通过选择性渗透汽化，可以将溶液中
的溶剂分离出来，使药物或酒精的浓度升高。这种方法比传统的浓缩方法更加节能、环保。
气体分离
除了液体分离外，渗透汽化还可以应用于气体的分离。通过选择性渗透汽化膜，可以将混合气体中的特定成分分离出来。这种方法在石油化工、天然气处理和空气分离等领域具有广泛的应用。
渗透汽化技术用于有机溶剂脱水的工艺流程
渗透汽化技术用于有机溶剂脱水的工艺流程渗透汽化技术用于有机溶剂脱水的工艺流程包括：①料液预处理，确保无杂质；②料液加压，送入渗透汽化膜组件；③水分子优先透过膜，实现分离；④渗透侧收集水，溶剂侧富集；⑤溶剂循环或进一步处理；⑥膜两侧温压调控，优化传质效率；⑦膜定期清洗与维护，保持性能。此技术能耗低、操作温和，适用于醇、醚、酯等多种溶剂的高效脱水。
渗透气化分离技术
渗透气化分离技术
渗透气化分离技术是一种利用膜分离原理进行气体分离的技术。它通
过将气体分子通过膜的渗透和气体分子的化学反应来实现气体分离。
渗透气化分离技术具有高效、节能、环保等优点，因此在工业生产和
环境保护等领域得到了广泛应用。
渗透气化分离技术的原理是利用膜的渗透性和选择性来实现气体分离。膜的渗透性是指气体分子在膜上的渗透速率，而选择性是指膜对不同
气体分子的选择性。渗透气化分离技术的膜材料通常是聚合物、无机
材料和复合材料等。这些材料具有不同的渗透性和选择性，可以根据
不同的气体分子进行选择。
渗透气化分离技术的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：
1. 工业生产领域。渗透气化分离技术可以用于气体分离、纯化和回收
等方面。例如，可以将二氧化碳从天然气中分离出来，用于石油化工
和食品工业等领域。
2. 环境保护领域。渗透气化分离技术可以用于废气处理和污水处理等
方面。例如，可以将废气中的有害气体分离出来，减少对环境的污染。
3. 医疗领域。渗透气化分离技术可以用于呼吸机和人工肺等医疗设备中。例如，可以将氧气和二氧化碳分离出来，提高呼吸机的效率和安
全性。
渗透气化分离技术具有高效、节能、环保等优点，但也存在一些问题。例如，膜的选择性和稳定性需要进一步提高，膜的制备成本较高，膜
的寿命较短等。因此，需要进一步研究和发展渗透气化分离技术，提
高其应用效果和经济效益。
总之，渗透气化分离技术是一种非常重要的气体分离技术，具有广泛
的应用前景。随着科技的不断进步和发展，相信渗透气化分离技术将
会得到更广泛的应用和推广。
渗透汽化技术
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操作过程
a）装膜，保证组件密封良好； b）将试验原料液加入装置料液罐中； c）开启料液泵，调整料液循环量到880L/hr； 开加热系统，用调压器控制，使料液温度升 至实验要求温度； d）温度稳定后开启真空泵，开始计时。间隔 一定的时间分别取料液和渗透液样品，分析 其组成； e）待料液中水含量达到要求后结束试验。先 关真空泵，再关料液泵、加热器，测定实验 数据并进行分析讨论。
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应用领域
渗透汽化
石油化工
医药工业
环境保护
应用领域
来自百度文库
食品工业
生化工业
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应用领域
具体应用
脱除有机 溶剂和水 分
有机混合 物的分离
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应用领域
它特别适用于蒸馏法较难分离或不能分离的近沸点、恒沸点混 合物及同分异构体的分离。 对有机溶剂(如苯、己烷、环己烷、C6溶剂油、四氢呋喃、含氯 烃化物等)中微量水的脱除也有明显的经济上和技术上的优势; 在有水生成的化学反应(如酯化、酰化、脱水环合等) 中以及在 进行醇类、酮类、酯类、醚类、胺类等有机水溶液脱水,有较为 广泛的应用。 在环境保护领域可用于进行废水中有机污染物的脱除,使水资源 再生；还可以同生物及化学反应耦合,将反应生成物不断脱除, 提高反应转化率。 在非水溶性有机混合物体系的分离(如芳烃/烷烃、烷烃/烯烃、 醇/醚、醇/烃等)中替代或部分替代能耗高的传统分离过程；也 可以用于食品、生化工业中热敏性产物或芳香物的浓缩、分离。
第十章_渗透汽化(PV)
2. 渗透汽化的分类
I. 减压渗透汽化 II. 加热渗透汽化 III. 吹扫渗透汽化 IV. 冷凝渗透汽化
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源自文库
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3. 渗透汽化（PV）的特点
1. 最大特点是单级选择性好。从理论上说，PV分离 的程度无极限，适合分离沸点相近的物质，尤其 适于恒沸物的分离。对于回收含量少的溶剂也不 失为一种好方法；
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8. 渗透汽化的应用
1. 有机溶剂脱水 这是PV过程研究最多，产业化最早，
应用最普遍，技术最成熟的领域。无水乙醇的生产、异 丙醇的脱水浓缩、苯中微量水的脱除、碳六溶剂中微量 水的脱除。 一般采用亲水性的聚乙烯醇(PVA)为分离层，聚丙烯腈 (PAN)多孔膜为支撑层的PVA/PAN复合膜。 从国际上已投产的PV工业装置的运行结果表明，与传统 的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，采用PV技术生产无水乙醇， 可使能耗大大降低，仅为蒸馏法的1/2 ~ 1/3，整个生产装 置总投资为传统分离方法总投资的40%~80%。
2. 由于PV过程中有相变发生，所以能耗较高； 3. PV过程的操作简单，易于掌握； 4. 在操作过程中，进料侧原则上不需加压，所以不
会导致膜的压密，透过率也不会随时间的延长而 减小；
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5. 与RO等过程相比，PV的通量要小得多，一般在 2000g/m2·h以下，而具有高选择性的则更小。 PV过程与RO、UF及GS等膜分离方法的最 大区别在于，前者的组分透过膜时，将产生相变。
丙酮废液渗透汽化法过程
丙酮废液渗透汽化法过程
丙酮废液渗透汽化法是一种处理有机废水的方法，主要用于去
除有机废水中的有机物质。该过程通常包括以下几个步骤：
1. 预处理，首先，需要对丙酮废液进行预处理，包括去除悬浮
固体和调节pH值等。这可以通过沉淀、过滤、中和等方法实现，以
确保废水符合处理要求。
2. 渗透，接下来，经过预处理的丙酮废液被引入渗透膜系统。
在渗透过程中，废水中的有机物质会通过半透膜逐渐渗透至另一侧，而水分则被保留在原侧。这样可以实现有机物质的分离和浓缩。
3. 蒸发，渗透后的有机物质浓缩液被送入蒸发器，通过加热蒸
发的方式，进一步浓缩有机物质，同时产生蒸汽。
4. 冷凝，由蒸发器产生的蒸汽被冷凝器冷却凝结成液体，这样
就得到了浓缩的有机物质。
通过丙酮废液渗透汽化法，可以有效地将有机废水中的有机物
质进行分离和浓缩，达到废水处理和资源化利用的目的。这种方法
相对于传统的化学处理方法具有能耗低、操作简便等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。同时，需要注意渗透膜的选择、渗透压的控制、蒸发过程的能耗等方面的技术和设备优化，以提高处理效率和降低成本。
第十章渗透汽化
透过组分在料液中的含量：少量组分
三、渗透汽化的基本原理
• 原料液进入膜组件，因为膜后侧处于低压，易挥发组分通 过膜后即汽化成蒸气，蒸气用真空泵抽走或用惰性气体吹 扫等方法除去，使渗透过程不断进行。原液中各组分通过 膜的速率不同，透过膜快的组分就可以从原液中分离出来。 膜组件流出的渗余物是纯度较高、透过速率较慢的组分。 • 为了增大过程的推动力、提高组分的渗透通量，一方面要 提高料液温度，通常在流程中设预热器；另一方面要降低
用载气吹扫膜的透过侧，以带走透过组分。吹扫气经冷凝 后回收透过组分。载气循环使用。透过组分无回收价值时， 将吹扫气放空。
4.使用可凝性载气的渗透汽化
当透过组分与水不互溶时，可采用低压水蒸气为吹扫载气。 适用于从水溶液中脱除低浓度甲苯、二氯乙烷等非水溶性有 机溶剂。
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5.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 后，含有溶剂的水相可循环回入料液侧。
第十章 渗透汽化
• 一、发展概况
• • • • 1917年KoberKober介绍了水从蛋白质－甲苯溶液通过火棉胶器壁的 选择渗透作用。 60年代Binning Binning在渗透汽化膜、组件和装置制造上申请了专利。 80年代初，德国GFTGFT公司在欧洲首先建立了乙醇脱水制高纯酒精 的渗透蒸发装置。 90年代初，100100多套渗透蒸发装置相继投入应用。除了用于乙 醇、异丙醇脱水外，还用于丙酮、乙二醇等溶剂的脱水。
渗透气化技术
渗透汽化
基本原理
渗透汽化是利用膜对液体 混合物中组分的溶解度与 扩散性能的不同来实现其 分离的膜分离过程。渗透
汽化过程可以用右图所示
的渗透汽化器来说明。
基本原理
组分从料液侧至膜后侧的质量传递过程分五步
进行：
第1步：组分从料液主体通过边界层传递到料液 与膜的界面。
第2步：界面处组分溶入膜表面
第3步：组分从膜的料液侧透过膜扩散至膜后侧 第4步：组分在膜后侧解吸，并气化成气体 第5步：组分的气体离开膜后侧，被收集排放
渗透汽化的操作模式
4.载气吹扫法
载气吹扫法一般采用不易凝结。不与渗透组分反应的惰性气 体（如氮气）循环流动于膜后侧。
渗透汽化的操作模式
5.溶剂吸收法
类似于膜吸收，在膜后侧使用适当的溶剂，使渗透物组分通 过物理溶解或化学反应而除去。吸收了渗透物组分的溶剂需 经过精馏等方法再生后循环使用。
影响渗透汽化过程的因素
应用
4.废水中脱除有机污染物
渗透汽化法已经成功地从废水中脱除挥发性有机污染物，如 酚、苯、乙酸乙酯、各种有机酸和卤代烃等。
应用
5.酒类饮料中除去 乙醇
从酒类饮料中除去乙 醇是渗透汽化技术在 食品工业中最早的应 用。使用优先透有机 物膜使乙醇优先透过， 可以降低啤酒或果酒 中的乙醇含量，同时 得到乙醇浓度较高的 乙醇/水溶液。
渗透汽化膜技术及其应用
渗透汽化膜技术及其应用
渗透汽化膜技术是一种有效的用于分离气体的新技术，它可以将气体分离成不同的组分，使气体的组成更加纯净，有利于节约能源、改善空气质量和环境保护等方面。
渗透汽化膜技术是一种新型的气体分离技术，它可以将气体分离成不同的组分，从而获得更加纯净的组分。它的原理是利用渗透汽化膜的渗透特性，将混合气体的组分分离出来。渗透汽化膜的毛细管是由一种可渗透的材料制成的，它可以将混合气体中的组分分离出来，使气体的组成更加纯净。
渗透汽化膜技术具有节能、改善空气质量、环境保护方面的优势。比如，在燃料气中分离氧气和氮气，可以提高燃料气的燃烧效率，减少燃料消耗，从而节约能源。此外，渗透汽化膜技术还可以将有害气体从空气中洁净，从而改善空气质量，减少污染。此外，渗透汽化膜技术还可以用于回收有用气体，从而实现资源循环利用，保护环境。
渗透汽化膜技术广泛应用于工业气体分离、空气净化、燃料气改良等领域。在石油化工、环保、医药、冶金等行业中，渗透汽化膜技术得到了广泛的应用，为社会的经济发展和环境保护做出了巨大的贡献。
总之，渗透汽化膜技术是一种具有重要意义的分离技术。它既可以节约能源，又可以改善空气质量，保护环境，并在工业生产中得到广泛应用。
第八章渗透汽化膜技术
The dehydration of an IPA/water stream of 1875 kg/h from 80 wt % up to 99.9 wt % product purity with a solvent recovery of 99.98%, 2004
④ 原料液流率
与多数膜分离过程类似,渗透蒸发过程存在浓差极化 问题,有时还相当 严重。
随着料液流率的增加,料液的湍动程度加剧,减小了上 游侧边界层的厚度,减少了传质阻力,因此使得组分的渗透 通量得到提高。在某些条件下,料液边界层的传质阻力甚 至起支配作用。
⑤、膜组件型式 渗透蒸发过程分离效率的高低 , 既取决于膜材料 和制膜工艺 , 同时还取决于膜组件的型式和膜组件内 的流体力学。板框式膜组件结构简单 , 但流体力学状 况往往较差;螺旋卷式膜组件流体力学性能良好,但分 布器的设计和膜内压降成为主要矛盾 ; 中空纤维膜组 件则存在较为严重的径向温度和压力分布。
棉胶的情形。(P.A.Kober, J. Amer. Chem. Soc., 39:944, 1917)
1960年，渗透汽化专利出现，Binning (R.C. Binning, US
Patent, 2923749, 1960)
1965年，渗透汽化膜分离机理， Lonsdals (H.K. Lonsdals, V. Merten et. Al., J. Appl. Polym. Sci., 9:1341, 1965)
第八章渗透汽化膜技术
一、引言
1917年, 渗透汽化概念出现，Kober首次提出，描述水通过火 棉胶的情形。(, J. Amer. Chem. Soc., 39:944, 1917)
1960年，渗透汽化专利出现，Binning (R.C. Binning, US Patent, 2923749, 1960)
1965年，渗透汽化膜分离机理， Lonsdals (H.K. Lonsdals, V. Merten et. Al., J. Appl. Polym. Sci., 9:1341, 1965)
渗透汽化膜分离节能技术及其在石化领域中应用
一、引言 二、渗透汽化膜分离技术应用现状 三、可直接工业应用的渗透汽化膜分离节能技术 四、处在工业中试阶段的渗透汽化膜分离节能技术 五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离节能技术
一、引言
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 MF UF RO ED NF PV GS ? ?? ???
Cost comparison for the dehydration of ethanol (94 wt.%) by ‘azeotropic distillation’ and pervaporation. Costs estimated in Deutsch Mark per tonne of produced anhydrous ethanol (99.8 wt.%)
渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思考
渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思
考
渗透汽化和汽体渗透膜技术是一种新型的分离技术，它可应用于
各种环保、水处理、化工等领域。其基本原理是通过半透膜，将两种
含有浓差差异的物质分离开来。渗透汽化技术主要应用于海水淡化、
废水处理、纯水生产等方面，而汽体渗透膜技术则主要应用于气体分离，如二氧化碳、氢气等的分离。
通过渗透汽化技术，可以将海水中的盐分和杂质去除，从而得到
纯净的淡水。此外，该技术还可用于集中生产工业废水，减少对环境
的污染。通过汽体渗透膜技术，可以有效地分离出所需的纯净气体，
广泛应用于石油化工、天然气加工和制氢等领域。
然而，渗透汽化和汽体渗透膜技术仍有其局限性。技术成本高，
难以普及应用，同时膜材质的选择也需要更多的研究。此外，技术在
使用中也需要频繁进行维护和更换。
总之，渗透汽化和汽体渗透膜技术是一种非常有前景的分离技术，对环保、能源等领域的发展具有重要的意义。但此技术仍然存在一些
不足之处，需要不断的研究和改进，以提高技术的稳定性和成本效益。
渗透汽化
渗透汽化原理
料液
加热器
渗透汽化池 膜
渗余液 冷凝器
渗透液
真空泵
渗透汽化是一个既有质量又有热量通过膜的
传递过程，离开膜的物料温度和浓度都与原加 入料液不同。渗透汽化一般用均质膜或复合 膜，起分离作用的活性层为表面极薄的均质 膜，分离机理通常用溶解－扩散模型来描述 。
苯-环己烷的渗透汽化与气液平 衡分离比较
料液
液
透余液
加热器
汽 不凝性载源自文库循环
渗透液
冷凝器
渗透汽化分类 -可凝性载气吹 扫渗透汽化
当透过组分与水不互溶时，可用低压水蒸汽为吹扫气，冷凝后水 与透过组分分层，水进行蒸发重新使用。该法适用于从水中脱除 低浓度有机溶剂。此外，当透过组分在水中有一定的溶解度是 时，可将透过物冷凝分相，含溶剂的水循环回入料液槽；也可采 用两个冷凝器对透过液进行部分冷凝以提高透过组分的浓度。
应用领域-有机液 /有机液混合物的分离
• 涉及的有机液混合体系主要有 :芳香烃 /链烷烃 （入苯－正己烷）、侧链烃/正链烃（如异辛烷/ 正己烷）、链烯烃/链烷烃（如戊烯/戊烷）、异 构混合物（二甲苯异构体）、烃类氯化物/烃类 （如氯仿/正己烷）以及芳香烃 /醇、醇 /醚 /烃类 化合物、环己酮 /环己醇 /环己烷等。这些体系 均为石化工业中重要的共沸或近沸体系。目前已 开发的有机混合液分离膜材质如芳香聚酰胺、聚 乙烯、壳聚糖等都具有抑制有机液溶胀的结构特 征 ,如主链刚性、交联、微相分离等结构 ,从而使 膜具有较好的选择分离性和性能稳定性 。
渗透汽化(PV)及蒸汽渗透(VP)技术
➢ 分类
根据造成膜两侧蒸汽压差的方法，渗透汽化主要分为以 下几种： ✓ 真空渗透汽化：膜透过侧用真空泵抽真空，造成两侧组
分的蒸汽压差。
✓ 热渗透蒸发或温度梯度渗透汽化：通过料液侧加热和渗 透侧冷凝的方式，形成两侧蒸汽压差
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✓ 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。
✓ 另外根据物料性质，还可以对以上三种方法进行适当改变，包括可 冷凝载气的渗透汽化、渗透液冷凝分相后部分循环和渗透液部分冷 凝的渗透汽化。
液体组分通过孔道传输到液—汽界面，此为 Poiseuille流动；
组分在液—汽面发生相变而蒸发；
气体从界面处沿孔道传输出去。
➢尽管这两个模型在孔的特征上类似，但它们有着本质上的差别：
孔流模型定义的通道是固定的，而溶解扩散模型定义的通道是随机热运动的结 果。 孔流模型认为在膜内存在气--液界面，而溶解扩散模型认为汽化过程发生在膜 后侧表面。
扩散过程（动力学过程）
渗透汽化过程的扩散过程一般用Fick定律来描述，即：
Ji
Di
dCm,i dx
目前扩散系数的计算方法主要有以下几类：
✓考虑浓度或活度对扩散系数影响的经验关联式；
✓从自由体积出发得到扩散系wk.baidu.com；
✓从分子模拟出发计算扩散系数。
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孔流模型示意图
孔流模型
渗透汽化
&第十章渗透汽化
第一节概述
一、渗透汽化的发展概况
早在1917年Kober在他发表的一篇论文中第一个使用了渗透汽化（Pervaporation）这个词。该文介绍了水从蛋白质－甲苯溶液通过火棉胶器壁的选择渗透作用。但长期以来，由于未找到渗透通量高和选择性好的渗透蒸发膜材料，渗透蒸发过程一直没有得到应用。直到上世纪50年代以后，对渗透汽化的研究才较广泛展开。其中Binning等人对渗透蒸发过程进行了较系统的学术研究，发现了渗透蒸发过程潜在的工业应用价值，并于60年代在渗透汽化膜、组件和装置制造上申请了专利。70年代后期至80年代初，随着对能源危机问题的日益重视，渗透汽化的优点又重新引起学术界和技术界的兴趣，德国GFT公司在欧洲首先建立了乙醇脱水制高纯酒精的渗透蒸发装置。到90年代初已有100多套渗透蒸发装置相继投入应用。除了用于乙醇、异丙醇脱水外，还用于丙酮、乙二醇、乙酸等溶剂的脱水。
我国在1984年前后开始对渗透汽化过程进行研究，主要工作集中在优先透水膜的研制与醇水溶液的脱水。近年来主要开展优先透有机物膜、水中有机物脱除、有机物-有机物分离以及渗透汽
化与反应耦合的集中过程的研究。
二、渗透汽化的分类
渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物分离的过程。渗透汽化装置包括预热器、膜分离器、冷凝器和真空泵等四个主要设备。料液进入渗透汽化膜分离器后，在膜两侧蒸汽压差的驱动下，扩散快的组分较多透过膜进入膜后侧，经冷凝后达到分离目的。
按照形成膜两侧蒸汽压差的方法，渗透汽化主要有以下几种形式：
渗透蒸馏、渗透汽化、分子蒸馏的异同
渗透蒸馏、渗透汽化、分子蒸馏的异同
渗透蒸馏、渗透汽化、分子蒸馏的异同
渗透蒸馏,又称为等温膜蒸馏,是基于渗透与蒸馏概念而开发的一种渗透过程与蒸馏过程耦合的新型膜分离技术,它具有一般膜分离技术投资省、能耗低的优点,同时又能在常温常压下使被处理物料实现高倍浓缩,克服常规分离技术所引起的被处理物料的热损失与机械损失,特别适合处理热敏性物料及对剪应力敏感性物料,从而使渗透蒸馏在食品、医药及生化领域展示出广阔的应用前景。
分子蒸馏亦称短程蒸馏，其应用能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。分子蒸馏是一种特殊的液—液分离技术，依据分子运动平均自由程的差别，能使液体在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离。分子蒸馏进行时，液体混合物被加热，能量足够的分子逸出液面，轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程较小，若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面，轻分子达到冷凝面后被冷凝，从而使其不断逸出；重分子达不到冷凝面，很快趋于动态平衡，这样就将混合物分离了。分子蒸馏技术的主要特点是其操作是在远低于沸点温度和很低的压强下进行操作的。
渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物分离的过程。渗透汽化装置包括预热器、膜分离器、冷凝器和真空泵等四个主要设备。料液进入渗透汽化膜分离器后，在膜两侧蒸汽压差的驱动下，扩散快的组分较多透过膜进入膜后侧，经冷凝后达到分离目的。
从诞生时间上说，渗透蒸馏、渗透汽化、分子蒸馏这三种技术均是新型的蒸馏分离技术，其中的分子蒸馏技术甚至是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的分离技术。其基本原理都是将沸点不同的液体气化从而达到液-液分离的目的，并利用了表面化学的原理，利用膜分离技术，增大了蒸馏分离的效率和分离出物质的纯度，节约了能源，提高了生产效率。
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渗透汽化技术（PV）的应用
杨丽琴、阴秋萍
摘要：综述了渗透汽化膜传递理论研究的现状,叙述了渗透汽化膜分离技术的基本原理及传质过程的机理，叙述了渗透汽化过程的进展，叙述了渗透汽化分离水中微量有机物及其在化工生产上的应用进行了介绍. 关键词：渗透汽化；传递理论；原理；膜组件；脱水膜；应用
1 引言
渗透汽化(pervaporation,简称PV)是一种新型膜分离技术。该技术用于液体混合物的分离,其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成的分离任务。它特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离;对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势;还可以同生物及化学反应耦合,将反应生成物不断脱除,使反应转化率明显提高。所以,渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景及市场。它是目前处于开发期和发展期的技术,国际学术界的专家们称之为21世纪最有前途的高技术之一。
2 渗透汽化膜分离技术
2. 1 基本原理
渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能的不同实现组分分离的一种膜过程(如图1-1所示)。液体混合物原料经加热器加热到一定温度后,在常压下送入膜分离器与膜接触,在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜,并在膜的下游侧汽化,被冷凝成液体而除去。不能透过膜的截留物流出膜分离器。
2. 2 PV膜过程的特点
(1) PV最突出的特点是分离系数大，单级即可达到很高的分离效果；
(2) PV分离过程不受组分汽．液平衡的限制，适用于精馏等传统方法难以分离的近沸物和恒沸物的分离；
(3) PV过程中透过物虽有相变，但因透过量较少，汽化与随后的冷凝所需能量不大；
(4) 便于放大及与其它过程耦合或集成；
(5) 能耗低，一般比恒沸精馏法节能1／2～1／3。
2.3 渗透汽化过程传递机理
PV是同时包括传质和传热的复杂过程，对于其传递过程机理的描述有多种模型，许多研究者提出了很多理论和数学模型，如不可逆热力学模型(Non-EquilibriumThermoDynamic Model)、微孔模型(Fmely·PommModel)、优先吸附一毛细管流模型
(PreferentialSorption-CapillaryFlowModel)、溶解—扩散模型(Solmion-DiffusionModel)等，其中以溶解-扩散模型来描述PV传质过程的最为普遍。一般认为PV全过程分为三步，其示意图如图1-2所示。
(1) 液体混合物在膜表面的选择性吸附，此过程与分离组分和膜材料的热力学性质有关，是热力学过程；
(2) 溶解于膜内的组分在膜内的扩散，涉及到速率问题，是动力学过程；
(3) 渗透组分在膜下游的汽化，膜下游的高真空度使得这一过程的传质阻力可以忽略。
Pv分离过程主要通过前两步的传递竞争实现。
3 渗透汽化膜分离技术的进展
3. 1 与其它分离技术的集成
渗透汽化过程已经成功地应用于许多工业过程中,但在许多情况下,单独应用渗透汽化系统并不是最佳的选择,而渗透汽化过程和其它过程的集成则可以充分发挥这些过程的优势,提高过程的经济性。
目前,集成过程研究最多、应用最成功的主要有2类,即PV与精馏过程集成和PV与反应过程集成。
PV与精馏集成,可用于羟酸酯生产中分离羟酸酯/ 羟酸/ 醇恒沸物,二甲基碳酸酯生产中分离二甲基碳酯/ 甲醇恒沸物,无水乙醇生产中分离乙醇/水恒沸物,甲基叔丁基醚生产中分离醇/ 醚/ C4恒沸物等。
PV与反应过程集成可促进酯化反应,如乙酸丁酯、油酸正丁酯、二乙基油石酸、二甲基
脲、戊酸乙酯的生产等,可促进生化反应,如发酵法制乙醇及制乳酸中产物与底物的分离。3. 2 工艺的改进
浙江大学的陈欢林等提出了连续渗透汽化级联工艺的计算方法,还对过程设计与装置的运行结果进行了比较,所提出的级联逐板计算方法,能用于醇水混合物渗透汽化膜分离的工业过程放大设计。
黄元明等根据VC开发出渗透汽化级联计算软件。该软件可以有效应用于醇水混合物渗透汽化膜分离的工业设备的设计。阎建民等利用酯化反应动力学方程,依据渗透汽化分离过程的内在规律,并考虑蒸馏对脱水的作用,建立了新的耦合酯化过程的动力学模型,从而可以从理论上分析渗透汽化结合传统的蒸馏方式用于酯化反应脱水的过程。
3. 3渗透汽化膜反应器
渗透汽化膜反应器(pervaporatio n membrane reactor简称PVM R)是一种将膜组件以一定形式耦合到反应过程中,并通过渗透汽化打破反应平衡以获得更高收率和反应速率的新型、高效反应器。它集反应和分离于一体,不仅节约了能耗,还提高了反应收率,缩短了反应时间。但是到目前还没有大规模地应用到生产中，这主要有以下2个关键技术还没有解决好:一是膜的制备问题。首先,均匀、无缺陷的膜薄层制备技术不成熟。其次,现有的膜在反应的多元体系中没有很好的渗透汽化性能和足够的稳定性。无论是有机膜还是无机膜都存在这个缺陷。膜材料不过关是渗透汽化膜反应器没有工业应用的最主要的因素,需要更深入地研究开发,改进膜的性能使其更适应复杂的反应体系。
二是膜组件与反应的耦合问题。对于特定的反应体系,应该选择相应类型的渗透汽化膜反应器。选择的工作就是研究在各类膜反应器中反应的动力选择的工作就是研究在各类膜反应器中反应的动力学和热力学,再结合其它工程因素评价出收率高、耗能少的膜组件与反应器的最佳耦合方式。这是一项复杂的工作,由于缺少理论研究和实践经验,目前还没有一个成熟的通用模式来简化这个过程。因此,怎样将膜组件耦合到反应中才最节能、最有效同样需要更多的实验性研究工作。
4 渗透汽化技术的应用
4. 1 渗透汽化分离水中微量有机物
分离水中微量有机物是渗透汽化过程很重要的应用领域之一。分离体系分为挥发性有机物(VOC)水溶液和难挥发性有机物水溶液两大类。有机物优先透过膜主要在如下三领域中有广泛的应用：
4.1.1 有机物优先透过膜在净化水源的应用：有机液优先透过PV膜分离技术大多应用于常规的蒸馏、精馏、吸附或其他膜分离法难于奏效或处理成本太高的有机液／水分离场所。有机物是环境的重要污染源之一，如造纸厂和石油化工厂都会放出大量的含酚废水。由于酚是一个高沸点物质，因此蒸馏等方法难以将它去除，而使用膜法则可将水中酚含量从O．08wt％降至O．007wt％，如果将PV过程和反渗透过程结合起来，则可将酚含量降至O．002wt％以下咖。又如，饮用水往往用氯气消毒，而含有微量有机物的水经氯气处理后会产生致癌物质，