渗透汽化实验课件

分离因子反映了膜的选择性能
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思考题



1、渗透蒸发膜性能衡量指标是什么？ 2、渗透汽化分离的主要领域有哪些？ 3、渗透汽化分离的主要的优点是什么？ 4、渗透汽化和超滤膜分离有何不同点？ 5、结合本次渗透蒸发实验的结果,试从理论 上解释温度对渗透蒸发膜性能的影响。
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提出实验要求： 实验中按时到课，迟到早退 扣分 每个人都动手做实验，在等待时间内注意观察 不能串岗或者离岗，不做与实验无关事情 扣分
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我们是怎么选择的 这个膜的呢？如何 评价呢？
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三、渗透汽化膜的种类及特性

1、渗透汽化膜的种类 选择渗透汽化膜应考虑的因素：膜本身的性质、分 离能力；分离速度；化学、机械稳定性。


（1）均质膜或致密膜 （2）非对称膜 （3）复合膜 复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强度高、稳定性 能好等特点受到广泛重视。
己内酰胺-水体系




己内酰胺(CPL)，作为尼龙-6的单体，是一种重要 的有机化工原料，广泛应用于制备高质量的聚酰 胺-6纤维、尼龙-6工程塑料和药物等。 由于CPL是热敏性物质且沸点比水高，少许痕量的 水和其他杂质都会影响生产化纤和树脂的质量。 传统的己内酰胺脱水技术有薄膜蒸馏、结晶和熔 融结晶等方法， 工业上大都采用三效蒸发减压蒸馏装置从水/己内 酰胺溶液中结晶制备己内酰胺。这种方法存在中 压蒸汽消耗大、热传质效率低、污染物转入第二 相、操作费用高等缺点，研究人员开始寻找新的 技术来改进或替代CPL水溶液的脱水工艺。
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2、分类 2.1 真空渗透汽化 膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组 分的分压差，该法简单，传质推动力大。

2.2 热渗透汽化 通过料液侧加热或透过侧冷凝的方法，形成 膜两侧组分的蒸汽压差。

2.3 不凝性载气吹扫渗透汽化 用不凝性载气吹扫膜的透过侧，带走渗透组 分，吹扫气冷凝回收透过组分，载气循环 使用，若不需要回收透过组分，载气可直 接放空。
闸 膜
膜 反 应 器
液 膜
可用？
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1、透析
透析膜 小分子
水 大分子 透析原理
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2、超滤和微滤： 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压 差微传质推动力，用于截留高分子溶质或 固体微粒。

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3、反渗透
本章着重讨论渗透汽化（PV)的一些参数及其 操作情况。
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二、渗透汽化
1、渗透汽化的分离原理：溶质与膜的亲和 作用,与某一物质的极性相关 具体工作原理：利用膜对液体混合物中 各组分的溶解性不同，及各组分在膜中的 扩散速度不同从而得以达到分离目的。 优点： 高选择性，低消耗，为物理分离机制，操作灵活， 不需要额外的添加剂以及易于放大，无污染。

膜分离是不错的选择！ 大家都知道有哪一些膜分离过程？

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一、膜分离法的分类及原理

透析、超滤及反渗透、微滤、电渗析、 液膜技术、气体渗透、渗透蒸发
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膜分离发展过程和趋势
反 渗 透 超 滤 微 滤 透 析
低增长
电 渗 控 析 制 释 气 放 体 分 渗 离 透 汽 双化 极 膜
高增长
活 化 传 递
piw , permeate
xi
a b c d δ e
yi
膜
δsupport
实验的参数： 渗侧压力： 1013Pa 膜有效面积： A1=72.35cm2
2、渗透汽化装置
A2=46.5cm2
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3、渗透汽化膜过程传质机理 发生了相 变
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渗透汽化主要应用与哪些方面呢？
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4. 渗透汽化的使用范围
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复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强 度高、稳定性能好等特点受到广泛重视。
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2、评价渗透汽化膜的特性 四个指标：
衡量一张渗透汽化膜的实用性一般用下面的 1：膜的分离因子α；


2：膜的渗透通量J；
3：膜的机械强度；


4：膜的稳定性（化学稳定性，热稳定性，
耐溶剂性等）；
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3、影响渗透汽化膜的几个因素 （Effects on PV properties）
1.44 1.42 1.4 1.38 1.36 1.34 1.32 0 0.2 0.4 26 0.6 0.8
系列1 线性 (系列1)
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b）通量的计算（flux calculation）
渗透通量反映了膜处理能力的大小
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c）分离因子的计算（separation factor calculation）




实验报告要求 1、实验结果的表格表示（记录原始数据） 2、画出实验装置图 3、计算出膜的分离因子和渗透通量,做出 J—T和α—T图，并给出分析。 4、思考题必做 交报告时间：下次实验之前
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实验要求和说明
碳酸二甲酯和甲醇：原液和渗透液浓度 分析：气相色谱分析浓度：FID检测器， 柱室温35oC，检测室：180oC，汽化室 温度180oC，载汽N2=20ml/min。 己内酰胺和水：阿贝折光仪分析浓度 1.46 y = 0.1704x + 1.3303 25oC标准曲线： R = 0.9999
实验 20 渗透汽化膜DMC-MeOH和己内酰
胺和水分离体系
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目录

1 膜分离绪论
2 渗透汽化膜概论和工作原理 3实验要求和说明


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碳酸二甲酯-甲醇体系 碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，DMC)是 一种绿色新型化工原料，作为有机合成中 间体在农药、医药、高分子合成中得到广 泛应用 DMC 的工业生产方法主要有甲醇(MeOH) 氧化羰基化法、酯交换法 等．但由于反应 后得到的MeOH—DMC 混合物存在共沸组 成，需进行分离．

A）温度影响
（Effect of operating temperature）

温度升高，通量增加，选择性系数影响不大 B）进料组分影响 （Effect of the feed composition） 渗透组分含量越高，通量越大，选择性下降 C)渗透侧压力影响（ Effect of the permeate pressure ） D)流量的影响 （ Effect of the feed flow）

2.4 可凝性载气吹扫渗透汽化 当透过组分与水不互溶时，可用低压水蒸气 为吹扫气，冷凝后水与透过组分分离，水 进行蒸发重新使用。

渗透汽化膜分离的传质模型
Membrane active layer PAN support layer
Feed
Permeate
溶解 扩散
piw , feed
汽化
xi ,m
渗透汽化因为分离过程不受汽液平衡的限制，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 主要应用于: l、有机溶剂脱水， ⑴共沸物系（乙醇/水、叔丁醇/水、异丙醇/水） ⑵受热易分解物质的分离（己内酰胺/水） 2、水中微量有机物的脱除; 3、有机一有机混合体系 ⑴沸点相近物质（环己烷/乙酸乙酯） ⑵同分异构体混合物（二甲苯异构体体系的分离）