第九章渗透汽化
渗透汽化_精品文档
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。
常见工艺渗透汽化的工艺通常包括以下几个步骤：1.前处理：液体进料通常需要经过预处理，去除其中的杂质和固体颗粒，以防堵塞膜的孔隙结构。
2.进料供应：液体需要以适当的速度和压力供应到渗透汽化设备中。
3.温度和压力控制：通过控制进料液体的温度和压力，使液体分子能够在膜孔隙中吸附和解吸。
4.液体和气体分离：通过将液体和气体分离，可以得到纯净的气体产品。
东南大学渗透汽化论文
渗透汽化技术张丽娟东南大学化学化工学院化学工程专业摘要本文重点介绍了渗透汽化的基本原理、装置和流程示意图、应用领域以及工业化应用实例之一即已经投产在用的乙醇脱水工艺技术，同时也间接说明了渗透汽化在某些方面比传统精馏萃取等分离方法更具优势，是未来分离技术的前沿领域之一，具有更为广阔的应用前景。
关键词渗透汽化装置优势分离技术前沿领域1．基本原理渗透汽化(pervaporation,简称PV)技术是一种新兴的分离技术，也称渗透汽化膜分离技术。
其原理是利用高分子膜材料对有机混合物中各组分的溶解度(热力学性质)和扩散速度(动力学性质)的不同来实现组分分离的一种膜过程（如图1）。
膜分离过程中渗透汽化的原料则以液体形式供料，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[1]。
图1 渗透汽化技术原理图2 渗透汽化装置及流程图2 装置及流程示意图[4]整个装置由三部分组成（如图2）：(1)料液和溶剂循环系统：包括料液罐和溶剂罐、加热系统、料液泵和溶剂泵以及流量计等。
实验中可以方便地设定料液或溶剂流量和温度,以测定不同操作条件下的膜分离性能。
通过自动控制加热系统,可以保证料液和溶剂温度在设定值处的波动范围为±0.2℃。
(2)膜组件：这是整个装置的核心部分。
它由料液侧和渗透物侧的两个腔室组成,中间由渗透膜分隔。
为了减小膜表面处因边界层的存在而引起的浓差极化现象对实验结果的影响,膜组件内的流体流动通道采用特殊的环形结构,以增大其湍动度。
同时,实验中可采用较大的料液流量并保持恒定,以保证膜组件内较大的流动雷诺准数,从而降低流动边界层的厚度。
(3)渗透物收集系统：包括液氮冷阱、真空泵和真空计等,主要用于收集渗透汽化过程渗透物。
渗透汽化实验课件
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
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)
2
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）
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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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；
渗透汽化论文(渗透汽化膜分离技术的进展及应用)
渗透汽化膜分离技术的进展及应用摘要: 综述了渗透汽化膜传递理论研究的现状, 分析了各种模型的特点, 并就渗透汽化膜传递理论的研究方向提出了建议。
叙述了渗透汽化过程的新进展,并着重介绍了它在石化中的四方面应用,即(1) 有机溶剂及混合溶剂的脱水；(2) 废水处理及溶剂回收；(3) 有机混合物的分离；(4) 化学反应过程中溶剂的脱水。
关键词:渗透汽化；传递理论；模型；膜组件；脱水膜前言渗透汽化(Pervaporation, 简称PV ) 是用于液体混合物分离的一种新型膜技术。
自80年代以来, 渗透汽化技术得到了很大的发展, 目前世界范围内有100 多套工业装置。
然而, 渗透汽化膜分离的机理由于涉及到渗透物和膜的结构和性质, 渗透物组分之间、渗透物与膜之间复杂的相互作用, 涉及到化学、化工、材料、非晶态物理、统计学等学科的交叉, 研究工作的难度较大, 认识也不够深入。
也提出了几种描述渗透汽化膜传递机理的模型, 其中主要有溶解扩散膜型和孔流模型[1]。
膜技术作为一种高新技术,近30 多年来获得了极为迅速的发展，已在石油化工、海运、冶金、电子、轻工、纺织、食品、医疗卫生、生化制药、环保、航天等领域内广泛应用，形成了独立的新兴技术产业。
据专家断言:“今后，谁掌握了膜技术,谁就掌握了石油化工技术的未来”。
1 渗透汽化过程传递机理1.1溶解扩散模型溶解扩散模型认为PV 传质过程分为三步: 渗透物小分子在进料侧膜面溶解(吸附) ; 在活度梯度的作用下扩散过膜; 在透过侧膜面解吸(汽化)。
在PV 的典型操作条件下, 第三步速度很快, 对整个传质过程影响不大。
而第一步的溶解过程和第二步的扩散过程不仅取决于高聚物膜的性质和状态, 还和渗透物分子的性质、渗透物分子之间及渗透物分子和高聚物材料之间的相互作用密切相关。
因而溶解扩散模型最终归结到对第一步和第二步, 即渗透物小分子在膜中的溶解过程和扩散过程的描述。
一般研究者都认为PV 过程的溶解过程达到了平衡[2]。
渗透气化技术
易地排出系统，膜后侧气体的流动阻力尽量小。
2.要求真空度高，对系统的密封材料要求较高 3.组件设计上可以不考虑料液流速的变化。
渗透汽化的装置
1.板框式组件
目前应用最为广 泛的渗透汽化膜 组件。
渗透汽化的装置
2.螺旋卷式膜组件
渗透汽化的装置
3.中空纤维式膜组 件
尽管已经广泛地用于
反渗透和气体分离等 膜过程中，但其在渗 透汽化过程的应用还 不普遍。
渗透汽化的装置
4.管式膜组件
应用
1.无水乙醇和燃 料乙醇的生产 恒沸物的分离是 渗透气化最能发 挥优势的领域。 其中无水乙醇的 生产时渗透汽化 脱水的典型
应用
2.异丙醇脱水
异丙醇是常用的有机溶剂和原料。目前，异丙醇脱水时除乙 醇脱水外，渗透渗透汽化过程主要的应用。
应用
3.苯中微 量水的脱 除 苯是重要 的化工原 料，在其 应用过程 中，许多 情况下需 将苯中的 微量水脱 至 0.005% 以下。
醇、醚混合物的分 离主要是甲醇/甲 基叔丁基醚和乙醇 /乙基叔丁基醚的 分离。
6.过程简单，操作方便
渗透汽化的操作模式
渗透汽化的推动力是组分在膜两侧的蒸汽分压差，分压差越 大，推动力越大，传质分离所需的膜面积就越小。一般采取 加热料液的方法来提高组分在膜上游侧的蒸汽分压，由于液 体压力变化对蒸汽压的影响不太敏感，料液侧通常采用常压
操作方式。可以采取以下几种方法来降低组分在膜下游侧的
渗透气化的特点
渗透汽化过程中最突出的优点是： 1.能够以较低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统分离方法难以 实现的分离任务。 2.高效，选择合适的膜，单级就能达到很高的分离度。 3.不引入其他溶剂，产品不会受到二次污染。
第十章 渗透汽化(PV)PPT课件
Once-through pervaporation system design. This design is most suitable for removal of VOCs with modest separation factors for which concentration polarization is not a problem
② 通过扩散在膜内渗透； ③ 在膜的另一侧变成气相
脱附而与膜分离。
PV过程原理示意图
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下游抽真空或惰气吹扫渗透汽化过程示意图
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Cross-section of a composite membrane
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5. 渗透汽化过程传递机理
1。溶解~扩散模型 ① 料液中组分吸收进入膜料液测表面； ② 组分扩散透过膜； ③ 从下游侧表面解吸进入气相。 2。孔流模型 ① 液体组分通过孔道传输到膜内某处的液~气相界
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渗透汽化适用的分离过程
① 具有一定挥发性的物质的分离(先决条件); ② 从混合液中分离出少量物质; ③ 恒沸物的分离; ④ 精馏难以分离的沸点相近物质的分离; ⑤ 与反应过程结合.
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4. 渗透汽化(PV)的原理
其分离机理可分为3步： (溶解~扩散模型)
① 被分离的物质在膜表面 上有选择地被吸附并被 溶解；
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
3
4
渗透汽化——生物分离工程
• 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。
常见渗透汽化膜及应用
渗透汽化的应用
• b.热渗透汽化
通过加热进料液和冷凝的方法形成膜 两侧组分的蒸汽压差。
• c.载气吹扫渗透汽化
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。当透过组分无回收 价值时，将吹扫气放空。
渗透汽化的分类
• 冷凝渗透汽化(d + e)
渗透汽化过程的特点
与蒸馏等传统的分离技术相比，渗透汽化过 程的特点:
有长足的进展，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。
参考文献
[1].夏德万，张强，施艳荞，等. 渗透汽化膜分离研究的新进展［Ｊ］．高分子通报，2007，9 ：1-9. [2].李继定，展侠，葛洪，等．渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思考［Ｊ］．膜科学与技术，2011 ，31(1)：135-139． [3].蔡邦肖，张佩琴．聚乙烯醇渗透汽化分离膜的研究进展［Ｊ］．华东理工大学学报（自然科学版）， 2006，32(2)：235-240． [4].朱智慧，钱锦文．壳聚糖膜在渗透汽化领域的研究进展［Ｊ］．材料科学与工程学报，2008，26(2)： 308-311． [5].曹绪芝，平郑骅．聚乙烯基咪唑／陶瓷复合膜的渗透汽化性能［Ｊ］．化学学报，2008，66(7)：803809． [6].方军，黄继才，杨治中，等．用聚偏氟乙烯渗透汽化膜分离乙醇水溶液的方法［P]．CN 99 116 274.9， 1999-07-08． [7]. Huang Z, Guan H, Qiao X Y, et al. Pervaporation study of aqueous ethanol solution through zeoliteincorporated multilayer poly (vinyl alcohol) membranes: effect of zeolites[J]. Journal of membrane science, 2006, 276 (1): 260-271. [8]. Zhu Y, Xia S, Liu G, et al. Preparation of ceramic-supported poly (vinyl alcohol)– chitosan composite membranes and their applications in pervaporation dehydration of organic/water mixtures[J]. Jou rnal of Membrane Science, 2010, 349(1): 341-348. [9].Jiang L Y, Wang Y, Chung T S, et al. Polyimides membranes for pervaporation and biofuels separation[J]. Progress i n Polymer Science, 2009, 34(11): 1135-1160.
渗透汽化_渗透萃取实验装置的研制与开发
第25卷第9期 2006年9月实验室研究与探索RESE ARCH AND EXP LORATI ON I N LABORAT ORYV ol.25N o.9 Sep.2006 ・仪器设备研制与开发・渗透汽化Π渗透萃取实验装置的研制与开发于燕梅, 亓荣彬, 王玉军, 李继定(清华大学化学工程联合国家重点实验室,北京100084)摘 要:分析了渗透膜分离性能评价过程中的关键问题,建立了渗透汽化Π渗透萃取实验评测装置,并通过PDMS ΠPAN 复合膜用于正辛烷Π噻吩混合物的渗透汽化分离性能的实验评测,验证了实验装置所测结果的准确性和可信性。
关键词:渗透汽化;渗透萃取;实验装置中图分类号:T Q016.5文献标识码:A 文章编号:100627167(2006)0921065204Development of Experimental System for Pervaporation and PerstractionYU Yan 2mei , QI Rong 2bin , WANG Yu 2jun , LI Ji 2ding(State K ey Lab.of Chemical Eng.,Dept.of Chemical Eng.,Tsinghua Univ.,Beijing 100084,China )Abstract :Based on the analysis of the evaluation process of separation performance of membranes ,an experimental system was developed for pervaporation and perstraction processes.PDMS ΠPAN com posite membranes were investigated for the pervaporative separation of n 2octane Πthiophene mixtures with this system.The experimental results verify the accuracy and creditability of the system developed.K ey w ords :pervaporation ;perstraction ;experimental system收稿日期:2006205226基金项目:国家973项目(N o.2003C B615701)作者简介:于燕梅(1970-),女,工学学士,工程师,从事化工萃取与分离研究、仪器分析及实验室管理工作,T el :010*********;E 2mail :yuyanm@. 膜分离是一种新型分离技术,与其他广泛应用的分离技术(如蒸馏、吸附、吸收、萃取)相比,膜分离具有高效、低能耗、设备简单、处理能力可调节范围大等优点。
渗透气化试验讲义
渗透蒸发试验讲义一.简单介绍渗透蒸发（简称PV）是近年来发展起来的一种新的膜分离技术，利用膜对液体混合物中各组分的溶解与扩散性能的不同来实现其分离的膜过程。
该过程伴有组分的相变过程。
渗透蒸发是一种无污染，低能耗高的膜分离过程具有广泛的应用前景。
1：用亲水膜或荷电膜对醇类或其他有机溶剂进行脱水，典型的应用是处理生化发酵液，处理共沸精馏的液体。
2：利用憎水膜提取水中低含量有机物，如卤代烃、酚类以及醇类等。
3：用于有机合成，如对于酯化反应。
由于反应本身是可逆的，在反应物和产物之间有平衡关系，通常为得到更多的反应产物常常加入廉价的反应物质，使平衡向产物移动，提高产率，这牵涉了很多的问题如反应物大量消耗等，若采用渗透蒸发在反应的同时连续的把产物中的水除去，就可以使平衡向右移动，得到更多的产物，这在工业应用中意义重大。
总之:渗透蒸发在分离过程不受汽液平衡的限制,对共沸物系，沸点相近物质、同分异构体混合物、受热易分解物质以及水中微量有机物质的脱除等方面具有独特的优势。
与传统的分离过程相比，它具有高选择性，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，无污染的等优点.1.1 实验原理利用膜对液体混合物中各组分的溶解与扩散性能的不同来实现其分离的膜过程；该过程伴有组分的相变过程。
当液体混合物与渗透汽化膜表面接触时，其中某一组分优先在膜中溶解，由于膜下游侧抽真空，这一组分又优先汽化通过膜，实现了组分之间的分离。
1.2 传递机理溶解-扩散模型渗透汽化是兼有传热和传质的过程，通常用溶解-扩散模型来描述膜的传递，整个传质过程有五步组成：1．组分从料液主体通过边界层传递，达到膜的表面，这个是对流传质问题；2．渗透组分吸附在膜的表面；也可以认为膜和液体混合物接触了发生溶胀，各组分在液体和膜之间进行分配，从而产生选择性吸附；3．渗透组分扩散通过膜至膜的下游，这个是分子扩散；4．透组分在渗透侧解吸；5．渗透组分由气-膜界面扩散至气相主体（浓度或者压力）。
渗透汽化实验装置的搭建及其注意事项
化学工程与工艺专业工程实训实践报告目录前言 (2)1 渗透汽化过程的基本原理 (2)1.1渗透汽化的特点 (3)2 渗透汽化分离性能评测实验装置的设计 (3)2.1设计思路 (3)2.1.1 准确的温度控制 (4)2.1.2浓差极化现象 (4)2.1.3 压力控制 (4)2.2 实验装置的简介 (5)2.3 实验过程 (5)3 渗透膜分离性能测评实验结果[12] (6)4 结论 (8)参考文献 (9)化学工程与工艺专业工程实训实践报告渗透汽化实验装置的搭建及其注意事项前言渗透汽化(Pervaporation, 简称PV ) 是用于液体混合物分离的一种新型膜技术，是目前膜分离领域的研究热点之一。
相对于其他膜分离过程而言，渗透汽化的研究起步较晚，但经过近十几年的迅速发展，已经在有机溶剂脱水、水中脱除微量有机物以及其它极性/非极性、饱和/非饱和有机物体系以及同分异构体的分离方面取得了重要的研究成果和应用[1,2 ]。
然而, 渗透汽化膜分离的机理由于涉及到渗透物和膜的结构和性质, 渗透物组分之间、渗透物与膜之间复杂的相互作用, 涉及到化学、化工、材料、非晶态物理、统计学等学科的交叉, 研究工作的难度较大, 认识也不够深入[3]。
1 渗透汽化过程的基本原理渗透汽化是一种利用膜对不同组分的溶解和扩散能力的差异而实现液体混合物分离的高效分离技术，目前已在有机物中少量水的脱除等过程中取得工业应用。
渗透汽化过程的分离原理:具有致密皮层的渗透汽化膜将料液和渗透物分离为两股独立的物流，料液侧(膜上游侧或膜前侧)一般维持常压，渗透物侧(膜下游侧或膜后侧)则通过抽真空或载气吹扫的方式维持很低的组分分压。
在膜两侧组分分压差(化学位梯度)的推动下，料液中各组分扩散通过膜，并在膜后侧汽化为渗透物蒸气。
由于料液中各组分的物理化学性质不同，它们在膜中的热力学性质(溶解度)和动力学性质(扩散速度)存在差异，因而料液中各组分渗透通过膜的速度不同，易渗透组分在渗透物蒸气中的份额增加，难渗透组分在料液中的浓度则得以提高。
第九章渗透汽化
四、影响渗透汽化过程的因素
1. 膜材料、结构及被分离组分物化性质 2. 温度 3. 料液组成 4. 膜两侧压力 5. 浓差极化及温度梯度 6. 膜厚度
第九章渗透汽化
第三节 渗透汽化膜
一、渗透汽化膜材料的选择
1. 优先透过组分的性质 2. 在渗透汽化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 3. ①有机溶液中少量水的脱除，可用亲水性聚合物；
②水溶液中少量有机质的脱除，可用弹性体聚合 物；③有机液体混合物的分离 4. 极性/非极性、极性/极性和非极性/非极性混合物
第九章渗透汽化
2.膜材料的化学和热稳定性 物料大多含有机溶剂，特别是有机混合物分离体系，因 此膜材料应抗各种有机溶剂侵蚀 渗透汽化过程大多在加温下进行，以提高组分在膜内的 扩散速率,膜材料要有一定热稳定性
1. 流程与工艺条件的确定 1）膜组件的流程 • 组件可用串联、并联和并串联三种流程 • 一般采用单级操作 2）主要工艺条件 • 料液在膜器内的温度 • 料液流速和压力降 • 料液预处理 • 膜清洗
第九章渗透汽化
2. 膜面积的计算需要条件 • 膜组件的形式，单板结构及单板膜面积 • 渗透速率J与浓度、温度的关系 • 料液比热容和汽化潜热与组成的关系
2. 水中少量有机溶剂分离
• 开发对亲水性溶剂有高选择性且稳定性好的渗透汽化 膜是该领域今后研究的重要课题。
3. 有机/有机混合物分离
• 加强有关膜材料选择的理论研究，开发出具有高分 离性能，化学性质稳定并适用于不同混合物体系的渗 透汽化膜和组件是该领域今后重要的研究课题。
4. 无机膜的开发
• 渗透汽化膜近年的最大进展是开发了性能极其优秀 的无机沸石膜。
(完整word版)渗透汽化技术
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。
【文献综述】渗透汽化分离有机-有机恒沸体系的研究
文献综述应用化学渗透汽化分离有机-有机恒沸体系的研究随着当今社会的不断发展进步，人们对与生产实践密切相关的分离技术的要求越来越高，也在一定程度上增加了分离的难度。
在分离的过程中，涉及的方法也从简到繁、技术从低到高级、工艺从一种方法到多种联用，以满足人类对生活改善日新月异的需求。
为了适应这些需求，新的分离方法不断的涌现，膜分离技术就是其中之一。
渗透汽化（PV）是用于液体混合物分离的一种新型膜分离技术，已经被开发为工业上可以接收的实用化技术，至今已有十多年的历史。
[1]该技术可以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。
[2]我国对渗透蒸发膜分离过程的研究开始于20世纪80年代初。
自1986年以来，这一领域的工作开始活跃起来，在膜材料、膜的制备和传递机理等方面的研究都取得了一定的进展。
1992年，清华大学研制的改性聚乙烯醇/聚丙烯腈（PVA/PAN）复合膜通过技术鉴定，1995年浙江大学与衢化公司合作进行了年生产无水乙醇80吨的中试试验，同年中国科学院化学所也进行了日处理量260升的工业酒精渗透蒸发脱水试验。
1998年在燕山石化建立我国第一个千吨级苯脱水示范工程，获得成功。
随着生产力的发展和科学技术的进步，渗透汽化膜分离技术的研究和开发也不断深入，应用领域也不断扩大。
聚乙烯醇（PVA）是聚乙酸乙烯的水解产物，其分子链上含有大量的羟基，所以是一种优先透水膜。
聚乙烯醇是一种水溶性聚合物，具有良好的水溶性、成膜性、粘接力和乳化性，有卓越的耐油脂和耐溶剂性能以及良好的物理和化学稳定性。
世界上第一张商品膜就是以聚乙烯醇为分离层而制备的渗透蒸发膜。
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：1．减压渗透汽化：膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组分的蒸汽压差。
在实验室中若不需收集透过侧物料，用该法最方便。
2．加热渗透汽化：通过料液加热和透过侧冷凝的方法，形成膜两侧组分的蒸汽压差。
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，但传质动力比第一类小。
渗透汽化法可行性研究报告
水合肼渗透汽化膜的原理水合肼渗透汽化膜是一种在分子尺寸下实现水分离和纯化的薄膜分离技术。
其原理是利用水合肼分子在温度和压力的作用下，对水分子进行选择性渗透和气化，实现水的分离和纯化。
水合肼是一种氨基酮类化合物，其分子结构中含有多个氨基和酮基。
在常温下，水合肼以无色晶体存在，能够与水分子结合形成水合物。
水合肼的水合物具有的酮基与水分子形成氢键作用，从而增加了水分子的聚集能力。
这种聚集能力使水合肼具有较强的溶剂性能和水合作用。
水合肼渗透汽化膜的关键是利用温度和压力的变化，调控水和水合肼之间的水合平衡，实现水分子由溶液中渗透到膜表面的过程。
具体来说，水合肼渗透汽化膜将溶液一侧与膜表面一侧加以渗透和汽化压力差。
当压力差作用下，水分子在渗透汽化膜内部的孔隙中发生气化和蒸发，通过膜的通道和孔隙被排出，从而实现水的分离和纯化。
水合肼渗透汽化膜的原理主要基于以下几个方面的作用机制：1. 温度影响：水合肼渗透汽化膜的渗透汽化过程与溶液温度密切相关。
随着温度的升高，水合肼分子的扩散速度加快，从而增强了水分子的渗透汽化能力。
因此，提高温度可以促进水分子的渗透汽化，加快分离和纯化速度。
2. 压力影响：水合肼渗透汽化膜的压力差是促使水分子渗透汽化的重要驱动力。
在膜表面一侧施加高压，能够增加水分子的渗透压差，促进水分子由溶液中向膜表面的渗透流动。
而在渗透汽化膜另一侧维持较低的压力，则可以实现水分子的逆向传导和浓缩。
3. 水合作用：水合肼渗透汽化膜利用水合肼的溶剂性能和水合作用来增强水分子的聚集能力。
水分子与水合肼之间形成氢键作用，从而在膜内部形成一种水合系统。
水合作用具有较高的选择性，能够辨别水分子和其他溶质分子之间的差异，实现水的分离和纯化。
总的来说，水合肼渗透汽化膜的原理基于水合肼分子在温度和压力作用下对水分子的选择性渗透和气化。
通过调节温度、压力和膜结构，可以实现对水的高效分离和纯化。
这种薄膜分离技术具有运行成本低、能源消耗少、操作简单等优点，有望应用于海水淡化、污水处理、化工过程中的水分离和纯化等领域。
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扩散速率与组分的大小、形状、化学性质有很大关系
第九章渗透汽化
2.孔流模型 假定膜中存在大量贯穿膜的圆柱小管，特征在于膜内
存在液-气相界面 液体组分通过孔道传输到膜内某处液-气相界面； 组分在液-气相界面处蒸发； 气体从界面处沿孔道传输出去。 液体传递和气体传递的串联偶合过程
根据透过组分的性质选用膜材料 3. ①有机溶液中少量水的脱除，可用亲水性聚合物；
②水溶液中少量有机质的脱除，可用弹性体聚合 物；③有机液体混合物的分离 4. 极性/非极性、极性/极性和非极性/非极性混合物
第九章渗透汽化
2.膜材料的化学和热稳定性 物料大多含有机溶剂，特别是有机混合物分离体系，因 此膜材料应抗各种有机溶剂侵蚀 渗透汽化过程大多在加温下进行，以提高组分在膜内的 扩散速率,膜材料要有一定热稳定性
第九章渗透汽化
二、渗透汽化的分类
• 渗透汽化是以混合物中组分蒸气压差为推动力，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
• 按照形成膜两侧蒸气压差的方法分类
➢减压渗透汽化 ➢加热渗透汽化 ➢吹扫渗透汽化 ➢冷凝渗透汽化
第九章渗透汽化
减压渗透汽化
第九章渗透汽化
加热渗透汽化
3.实验筛选 通过渗透汽化实验，测定膜的通量和选择性 选出高选择性材料来研究
第九章渗透汽化
二、膜分离性质的改进
两个途径： • 膜结构改进 实际多采用复合膜 • 膜材料改性 交联、接枝、引入离子电荷、共混
第九章渗透汽化
三、膜材料选择性的预测
1.聚合物膜材料与待分离物溶解度参数越小，组分越 容易溶解。
2.亲水性聚合物能优先透过水，疏水性聚合物对水、 有机物体系及有机物-有机物体系的选择性都很低。
3.弹性材料优先吸附有机溶剂，具有低选择性和高渗 透率。 半晶态和无定形玻璃态聚合物具有高选择性和低渗透 率。
第九章渗透汽化
四、渗透汽化膜
• 优先透水膜
活性层含亲水基团；离子型聚合物膜、非离子型聚合 物膜、聚电解质透水膜、亲水基团引入到疏水膜上的 透水膜
二、渗透汽化过程的分离性能
• 渗透通量J 单位时间内透过单位膜面积的组分的量 • 分离因子
膜性能要求：渗透通量大、选择性好 分离指数PSI=Jα
第九章渗透汽化
测
定
渗
透
速
率
和
分
离
因
子
的
装
置
第九章渗透汽化
三、渗透汽化过程传递机理
1.溶解-扩散模型 被分离物在膜表面上有选择性地被吸附并被溶解 以扩散形式在膜内渗透 在膜的另一侧变成气相脱附而与膜分离开
第四节 膜组件及过程设计
一、渗透汽化膜组件有板框式、管式、卷式和中空纤 维式
第九章渗透汽化
二、膜组件结构特点
• 渗透ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化为相变过程，需要供给热量； • 膜透过侧要有较大的流动空间，减小对分离效
第九章渗透汽化
• 我国对渗透汽化膜过程的研究始于20世纪80年代初， 1995年，报导了用渗透汽化脱水年产80t无水乙醇的中 试研究
• 国内方面，中科院化学所、清华大学、浙江大学、天 津工业大学、南京工业大学等单位对PV做了大量的研 究
• 近年主要发展优先透有机物膜、水中有机物脱除、有 机物-有机物分离以及渗透汽化与反应偶合集中过程的 研究
第九章渗透汽化
➢膜与溶质的相互作用决定溶质的渗透速度，根据相 似相溶的原理，疏水性较大的溶质易溶于疏水膜，因 此渗透速度高，在透过一侧得到浓缩
➢气化所需的热量用外部热源供给，渗透汽化过程中 溶质发生相变，透过侧溶质以气体状态存在
➢促进渗透汽化的两种方式：提高料液温度和降低膜 后侧组分的蒸气分压
第九章渗透汽化
第九章渗透汽化
四、影响渗透汽化过程的因素
1. 膜材料、结构及被分离组分物化性质 2. 温度 3. 料液组成 4. 膜两侧压力 5. 浓差极化及温度梯度 6. 膜厚度
第九章渗透汽化
第三节 渗透汽化膜
一、渗透汽化膜材料的选择
1. 优先透过组分的性质 2. 在渗透汽化中应以含量少的组分为优先透过组分，
在常规分离手段难解决或能耗大的情况下，渗透蒸 发技术特有的高选择性，可选择该技术 • 挥发性的物质 • 从混合液中分离少量物质 • 近沸、恒沸混合物的分离 • 反应产物的移走
第九章渗透汽化
第二节 渗透汽化的基本理论
一、渗透汽化的基本原理
致密膜的一侧通入料液，另一侧 (透过侧)抽真空或通入惰性气体， 使膜两侧产生溶质分压差。在分压 差作用下，料液中的溶质溶于膜内， 扩散通过膜，在透过侧发生气化， 气化的溶质被膜装置外设置的冷凝 器冷凝回收。因此，渗透气化法根 据溶质间透过膜的速度不同，使混 合物得到分离。
第九章渗透汽化
吹扫渗透汽化
第九章渗透汽化
冷凝渗透汽化
第九章渗透汽化
三、渗透汽化过程特点
1.渗透汽化特点
• 分离系数大，单级分离效果高； • 渗透过程中有相变发生； • 操作简单； • 操作过程中，不会导致膜压密，透过率不随时
间增长而减小； • 渗透通量小。
第九章渗透汽化
2.渗透汽化适用的分离过程
第九章 渗透汽化
第九章渗透汽化
第一节 概述
• 渗透汽化(Pervaporation, PV或PVAP )是一有相 变的膜渗透过程。原液为液体混合物，透过侧 为蒸气。
• 适用于常规蒸馏难以分离的体系。如近沸、恒 沸混合物的分离。
第九章渗透汽化
一、渗透汽化的发展概况
• 1917年, Kober第一个介绍渗透汽化现象（水通过火棉胶） • 20世纪50年代学术研究，60年代渗透汽化膜、组件和装
置申请了专利 • 20世纪80年代，德国GFT公司首先建立了乙醇脱水制高
纯酒精的渗透汽化工业装置。到90年代初已有140多套 渗透汽化装置投入应用（异丙醇、丙酮、乙二醇、四氢 呋喃、乙酸等脱水） • 1988年，GFT在法国建成了日产150 m3无水乙醇（浓度 >99.5%）的渗汽化装置，这是目前世界上规模最大的 渗透汽化装置
• 优先透过有机物膜
极性低、表面能低、溶解度参数小；有机硅聚合物膜、 含氟聚合物膜、纤维素衍生物膜
• 有机物分离膜
醇醚分离膜、芳烃烷烃分离膜、同分异构体分离膜、 芳烃醇类分离膜
• 无机沸石膜
第九章渗透汽化
五、渗透汽化膜的制备
• 已工业应用的渗透汽化膜大多为采用溶液浇铸法制备的 复合膜
第九章渗透汽化