第八章气体分离膜

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。
（ZrO2），（氧化铝）钯合金
微孔聚乙烯，多 孔乙酸纤维
均质乙酸纤维， 合成高分子（硅 氧烷橡胶，聚碳 酸酯等）
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
• 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
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 Po
nt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
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
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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
四、天然气脱CO2、H2S和H2O
五、易挥发有机化合物（VOC）的回收
六、水ຫໍສະໝຸດ Baidu保鲜系统
外界气氛 %
O2 21
硅氧烷膜
仓库气氛%
3 O2
CO2 0
N2
79
5 CO2 6 92 N2
• 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
• 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
表9-1 选择性气体分离膜材料
无机材料
有机高分子材料
多孔质
多孔质玻璃、烧 结体（陶瓷、金 属）
非多孔质（均质）离子导电性固体