第七章渗透汽化及蒸气渗透

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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。

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。

蒸汽渗透阻和蒸汽渗透系数

蒸汽渗透阻和蒸汽渗透系数
蒸汽渗透是指蒸汽水分子从一个物质到另一个物质之间的迁移
过程，称为渗透。

蒸汽渗透的研究在动力、纺织、化学、冶金等工业众多方面具有重要的意义。

根据渗透机理，渗透系数是一个重要的参数，表征蒸汽渗透能力强弱，即用来量化表示某种物质膜中蒸汽分子渗透能力强弱。

蒸汽渗透是一种不可逆的物理现象，也是一种能量转换的过程，温度越高的物质的渗透能力就越强，但也受到压力、浓度和温度影响。

压力越高，渗透能力越低。

当它们的压力相同时，浓度越高的物质的渗透能力也越强。

如果温度和压力相同，浓度越高的物质的渗透能力就越高。

蒸汽渗透阻是指物质之间的渗透过程中，由于物质彼此之间存在张力而产生的阻力，即物质分子渗透过程中需要克服的阻力大小，蒸汽渗透阻是一个重要膜特性参数，可以帮助更好地了解膜中渗透过程的物理机理。

蒸汽渗透系数是一个能量参数，它可以表征蒸汽渗透能力强弱，它是关于物质膜和渗透剂之间的能量参数，它的大小受物质的压力、温度、浓度和分子结构等影响。

渗透系数是基于三维分子模型的计算机模拟，其主要测试内容是由温度、压力、浓度和渗透剂之间的能量参数决定的。

蒸汽渗透系数也受物质的性质影响，比如物质的容量、粘度等，特别是溶剂的性质，会影响蒸汽渗透系数。

第七章渗透汽化及蒸气渗透

7.9.1 有机溶剂脱水
研究最多、应用最普遍、技术最成熟。已有较多的工业实例。 7.9.1.1 无水乙醇和燃料乙醇的生产
无水乙醇的生产是渗透蒸发脱水的最典型应用。世界上第一套和最大的工业生产装置都是用于无水乙醇的生产。传统制备99.8%以上的无水乙醇，需要采取萃取精馏、加盐精馏，过程复杂、能耗高、易污染。渗透蒸发节能1/2-1/3，避免污染。
7.9.1.2 异丙醇脱水
除乙醇脱水外渗透蒸发过程的主要应用。异丙醇与水在80.37℃ 形成共沸物，共沸物含异丙醇87.7%，用于乙醇脱水的膜可直接用于异丙醇脱水，且分离系数会更高。1986年，日本建造第一套渗透蒸发工业装置用于异丙醇脱水，渗透液中异丙醇含量99.7%，产能500千克/小时。
7.3 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；另一方面要降低膜后侧组分的蒸气分压。
不溶于水、碱液和普通溶剂，但可溶于甲酸、乙酸等的稀溶液。耐水性仍较差，需要交联处理，可用戊二醛、硫酸交联；与PVA共混改性。 7.8.1.3 聚丙烯酸类膜
亲水性强，侧链的羧基可供交联，交联后能够耐多种有机溶剂。分子量高，可以制备很薄且有韧性的膜。
德国GFT(Sulzer Chemtech)膜性能一览
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。

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。

渗透汽化实验课件

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）
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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。
10
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。
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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。
液膜技术、气体渗透、渗透蒸发
6
膜分离发展过程和趋势
膜
反
活化
闸膜
应器
传
递
电
渗
控析
制
气体
释放
渗透
分离
汽
双化
极
膜液
膜
反超微透渗滤滤析透

渗透汽化与蒸汽渗透技术辨析

渗透汽化与蒸汽渗透技术辨析渗透汽化技术（pervaporation, PV）是一种新兴的膜分离过程，利用组分在膜内的溶解速度和扩散速度的不同，在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动下实现分离。

该技术已在有机物脱水领域实现了工业化应用，并且对于痕量水或有机物的移除过程具有良好的应用前景。

图1 渗透汽化过程示意图渗透汽化技术最早由Kober于1917年在研究水通过火棉胶器壁从蛋白质/甲苯溶液中选择渗透时提出。

20世纪60年代，渗透汽化技术的研究取得了较大的发展。

我国于20世纪80年代初开始对渗透汽化技术进行研究。

渗透汽化技术的分离原理普遍认为是溶解扩散原理，其机理如图2所示。

图2 溶解扩散示意图蒸汽渗透技术（Vapor permeation，简称VP）是上世纪80年代末由Uragami 等首次提出，其分离原理、设备流程以及所用的膜与PV技术较为相似，容易让初学者对二者产生混淆。

因此，本文主要介绍两种技术的本质区别。

蒸汽渗透技术的原理示意图如图3所示。

图3 蒸汽渗透过程原理示意图从操作上，VP技术是以蒸汽进料，这是与PV技术本质上的不同，而且正是如此，二者在应用过程中所表现出的优势与缺点也有显著的区别。

对于PV过程，由于液相与膜直接接触，因此料液对于膜的影响不容忽视1. 料液容易在膜表面或膜内累积，从而造成污染，使膜的通量和分离因子大幅下降；2. 对于一些粘度较大体系的分离过程，待分离物质首先传递到膜表面再透过致密膜到达膜的另一侧，其中，该组分在液相的扩散速率较慢，从而导致物质在膜表面处的浓度低于主体浓度，使通量和分离因子较理论值下降较大，即浓差极化现象，其本质是组分在液相中的扩散系数较小引起的；3. 对于一些强酸强碱等苛刻条件下的分离过程，膜的结构容易被破坏从而导致PV过程难以进行。

此外，PV过程更多与化学反应或生物过程耦合使用，由于膜器的内部流道狭窄，需要采用外置式设备以扩大膜的分离通量。

若将PV技术与生物过程耦合，则为设备的消毒带来较大困难，实际生产过程中易引入杂菌。

渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思考

的近沸点、恒沸点混合物的分离，有机溶剂及混合对
的重视，针对多种体系，特别是乙醇／水体系的分离，进行了大量的研究．１８年，国ＧＴ公司［９９４德Ｆ８］率
先开发成功出亲水性的渗透汽化商品膜，框式组板件及其分离工艺，功地应用于乙醇／的分离，成水并
汽体渗透膜分离技术与渗透汽化膜分离技术分离机理相似，只是前者用于汽体混合物分离，后者用于液体混合物分离而已［．４］
该技术用于有机蒸气回收具有独特的优势，是环境保护重要新技术．
司做了６个工业应用项目，中乙醇脱水２个、３其２异丙醇脱水１、６个其它有机溶剂脱水１、化反应６个酯脱水４、个醚化反应脱水４、乙胺脱水１，个三个从废水中回收四氟乙烯１按年增１保守估算，个．５至２１年底，００世界上约有５００多套渗透汽化工业装
第３１卷第３期２１年６月０１
膜
科
学
与
技
术
Ｖｏ．１Ｎｏ３１３．
ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＥＮＣＥＣＩＡＮＤＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ
Ｊｒ２１ｕＬ０１
渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思考
李继定ｈ，展侠，葛洪，陈剑，王蕾韩小龙蔡卫滨，，
２ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 国际渗透汽化和汽体渗透膜技术应用现状．
渗透汽化膜技术研究开始于２Ｏ世纪５代，Ｏ年２纪六七十年代能源危机之后，０世引起了世界各国

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。

渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究_应用现状及发展

图 5 1975 年到 1999 年间在美国授权的有关 PV 和 V P 的专利数图
2 渗透汽化的研究及应用
自 1982 年生产无水乙醇的 PV 工业装置在巴西建成投产以来 ,至今在世界上已经建立了 100 多套 PV 的工业装置 ,90 %是 GF T 公司提供的膜和技术 (现属 Sulzer Chemtech 公司) ,多数用于有机溶剂的脱水 ,其中 24 套用于乙醇脱水 ,16 套用于异丙醇脱水 ,其余的用于进行酯类、醚类及其它有机溶剂脱水 ,装置的产量大多在 1 500～10 000 t/ a ,也有几套年产 4～5 万 t 的装置. 最近几年来在水中脱除少量有机物方面取得了较大进展 ,特别用于食品和饮料工业中回收和浓缩芳香物质方面 ,进行了大量的研究和应用的探索 ,取得了新的进展 ,为 PV 技术开辟了新的应用领域 ,现从 4 个方面对 PV 的应用进行总结. 2. 1 有机溶剂脱水
第 23 卷第 4 期 2003 年 8 月
膜科学与技术 MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY
文章编号 :1007 - 8924 (2003) 04 - 0103 - 07
Vo1. 23 No. 4 Aug. 2003
渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究、应用现状及发展
芳香族化合物 :如苯、甲苯、苯酚等. 胺类 :如三乙胺、吡啶、苯胺等. 酯类 :如乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丁酯等. 醚类 :如甲基叔丁基醚 (M TB E) 、乙基叔丁基醚 (B TB E) 、二异丙基醚 (D IPE) 、四氢呋喃 ( THF) 和二
第 4 期
陈镇等 : 渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究、应用现状及发展
文和专利的情况 ,新的研究和应用领域等方面来说明其技术的状况和应用潜力、未来发展趋势和前景.

新型分离技术第4章-渗透汽化与蒸汽渗透

概述
• 渗透汽化技术的发展 1. 1917年，Kober提出渗透汽化概念 2. 1935年，Farber确认渗透汽化在浓缩和分离中
应用 3. 1958年，Heisler发表了第一篇定量的渗透汽化
分离水/乙醇的文章 4. 1958-1962，Binning发表了系列关于渗透汽化
原理和应用前景的研究结果 5. 1980s，GFT公司首次将渗透汽化技术商业化：
溶解-扩散模型方程
• 稳态时，基于Fick扩散定律
•
存在伴生效应
Ji
Ci Bi
di
dX
式中：Ci为组分浓度；Bi为组分的活动率； μi为组分的化学位
溶解-扩散模型方程
Ji
Ci Bi (RT
d ln ai dX
Vi
dp dX
)T
• 简化上式（上、下游压差0.1MPa左右）
Ji
Ci Bi RT
d ln ai dX
PVA/PAN复合膜用于乙醇脱水。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
渗透汽化特征
渗透汽化特征
• 膜分离过程要求用第三相将两个主体相分隔，第三相即为具有选择透过性的膜。
• 推动力包括：压力差、浓度差、电位差等 • 渗透汽化是一具有相变的膜渗透过程 • 优点是：分离效率高、设备简单、操作方
便、能耗低等优点
渗透汽化特征
• 渗透汽化的三个步骤
概述
• 渗透汽化过程分类 1. 真空渗透汽化 2. 载气吹扫渗透汽化 3. 热渗透汽化 4. 使用可凝性载气的渗透汽化 5. 渗透液冷凝分相后部分循环 6. 渗透液部分冷凝
概述
料液
渗余物
液相室
汽相室
透过物
真空泵冷凝液

渗透汽化

透过液中苯浓度, wt% 1
1
0
气液平衡线
PE, A型，25°C PE, B型，35°C PE, B 型，拉伸 35°C CA/PPN-50, 74°C
料液中苯浓度,wt%
1
渗透汽化分类 -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，适合实验室操作。
渗透汽化
渗透汽化 (pervaporation，即permeation－ vaporation，简称PV) ，最先由 Kober于本世纪初提出，是近年来发展比较迅速的一种膜技术，它是利用膜对液体混合物中各组份的溶解性不同，及各组份在膜中的扩散速度不同从而得以达到分离目的。原则上适用于一切液体混合物的分离，具有一次性分离度高、设备简单、无污染、低能耗等优点，尤其是对于共沸或近沸的混合体系的分离、纯化具有特别的优势，是最有希望取代精馏过程的膜分离技术。
应用领域-渗透汽化与其他过程集成
在酯化反应中，可以利用 PV过程将反应产物中的水不断脱除，达到提高反应速度和反应转化率的目的，并可避免由于水的存在而使催化剂失活；在二甲基脲的合成中，利用 PV技术可及时除去水份，从而达到减少 CO2 的损失和碳酸钠废水的产生；在发酵法制乙醇及制乳酸中利用PV可使产物与底物分离，促进生化反应的进行。PV 与精馏集成的例子包括：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酸酯/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。
பைடு நூலகம்
料液
液
透余液
加热器
汽不凝性载气循环
渗透液
冷凝器

第七章-渗透汽化及蒸气渗透学习资料

2020/6/29
膜材料与膜过程
7.3 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。
第七章-渗透汽化及蒸气渗透
2020/6/29
膜材料与膜过程
7.2 渗透汽化基本概念
渗透汽化 pervaporation， PV（缩写）是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下，利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程。蒸气渗透 vapour permeation， VP（缩写）利用蒸气混合物或蒸气与不凝性气体混合物在致密膜中的溶解度与扩散速率的不同而实现的分离过程。分离目的：挥发性液体混合物的分离。推动力：分压差、浓度差。截留组分：不易溶解组分或较大、较难挥发物。透过组分：膜内易溶解或易挥发组分。透过组分在料液中的含量：少量组分。
小分子在透过侧膜表面解吸（汽化）
（该步骤进行的很快，对整个传质过程
膜材料与膜过程
影响不大）
7.7.2 孔流模型
假定膜中存相界面
组分在液-气相界面蒸发
进料液体
气体从界面出沿孔道传输出去
膜渗透物蒸汽
2020/6/29
膜材料与膜过程
7.8 渗透汽化膜
2020/6/29
膜材料与膜过程
7.6.2 选择性
表示膜对不同组分分离效率的高低，一般用分离系数α表示。
YA / YB
XA / XB
YA、YB分别为渗透物中A与B的摩尔分数；XA、XB分别为料液中A与 B的摩尔分数。

渗透汽化(PV)及蒸汽渗透(VP)技术

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数；
✓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
➢此模型假定膜中存在大量的贯穿膜的孔道。所有的孔均处在一个等温条件下，孔道存在一个液-汽界面，进料液侧孔中充满了液体，透过侧孔中充满蒸气。
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溶解过程（热力学过程）
在溶解过程中，有机溶质在液/膜表面累积形成浓度分布层，理论上，如果溶剂和聚合物之间存在分子和热力学相似，溶剂就能够在聚合物中吸附和溶解。
一定温度、压力下，液膜和膜相达到溶解平衡时，液相浓度和膜相浓度存在一下关系：
CM KSC
CM为渗透物小分子在膜相中的浓度，g·L-1；C为渗透物小分子在液相主体中的浓度，Ks为溶解度系数。
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。
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2.3理论模型
理论模型研究是从热力学和物理化学基本关系出发，根据过程理论原理将膜通量表述为基本变量(如吸附、扩散系数)的函数，而这些变量都可以通过单独的实验来确定。
溶解扩散模型
溶解扩散模型示意图
根据此模型，渗透汽化的传质过程可以分为三步：渗透物小分子在进料侧膜表面溶解(吸附)；渗透物小分在化学位梯度的作用下从料液侧穿过膜扩散到膜的透过侧；在膜下游渗透物透过膜表面解吸汽化。

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。

渗透汽化膜分离技术的进展及在石油化工中的应用

渗透汽化膜分离技术的进展及在石油化工中的应用李晓茹【摘要】文章首先对于渗透汽化膜的类型进行分析，分别从有机膜、无机膜、复合膜三方面分析其性质与制造工艺。

其次重点介绍石油化工产业中应用到的渗透汽化膜分离技术种类，并对废物有机物质脱离以及有机复合物质分离技术进行总结，帮助提升材料利用率。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2015(000)030【总页数】1页(P82-82)【关键词】渗透汽化膜;分离技术;石油化工【作者】李晓茹【作者单位】哈尔滨石油学院化学工程系，黑龙江哈尔滨 150028【正文语种】中文1.1 有机膜。

作为膜分离技术，经过渗透汽化处理得到的膜可分为三种，首先是有机膜，原料中含有碳元素，属于氢碳化合物，具有良好的吸附性，能够吸附水分子，在石油化工产业中应用广泛。

膜体自身也可以溶于水，并且不会影响产品自身化学性质，常用的有机膜多数是德国生产制造的，在此方面德国投入研究早，可根据不同使用需求对产品性质做出优化。

有机膜的渗透功能可用于工业生产中，尤其是对石油化工产业促进效果明显，可将不同颗粒大小的原料分离，表现出的亲水性研究空间巨大，经过科学家的研究努力，可以尝试应用在航空航天方向。

聚乙烯材料在制膜过程中最为常用，还需要配合一些有机物质、碳等原料，具体成份会根据使用方向进行配置。

1.2 无机膜。

无机膜化学性质更稳定，不会与其他原料发生反应，具有耐高温、抗氧化的优异性能。

其制作材料中以陶瓷、金属等不具有吸附性、亲水性的物质为原料，使用过程中不容易受到腐蚀污染，这一特性得到广泛的研究关注。

制作工艺为热加工处理，一次成型，使用过程中形状外观不会发生变化，可以用于石油化工产业的过滤阶段。

膜中会均匀分布过滤孔，热加工工艺制得的无机膜孔直径在0.1—10μm范围内，会根据使用方向对孔大小做出调整，但不可超出这一范围。

常用的无机膜多数使用铝原料制作而成，过滤效果好，能够将生产环节中产生的其他杂志完全过滤掉，在制作成本上会高于有机膜，但并不影响选择，发展潜质巨大。

(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。

化工实验-渗透气化实验讲义

化工实验：渗透汽化实验讲义一. 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：利用憎水膜去除水中少量有机物，如卤代烃、酚类等，以及对石油工业中的烃类等有机物质的分离，各种同分异构体的分离。

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.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。

传质模型：1: 渗透蒸发的串联阻力模型渗透蒸发传质过程主要包括：1:渗透组分首先由料液主体扩散至膜的上游侧料液与膜的界面;2:渗透组分吸附在膜的表面；3:渗透组分扩散通过膜至膜的下游4:透组分在渗透侧脱吸为气相；5:渗透组分由气-膜界面扩散至气相主体（浓度或者压力）。

2:溶解扩散模型Binning 等首先将溶解扩散模型用来描述渗透蒸发过程,并得到了广泛认可. 根据溶解扩散模型,渗透蒸发过程分为以下3 个步骤:1:组分在膜上游侧的溶解;2:组分在膜中的扩散;3:组分在膜下游侧的解吸. 需要注意的是,膜中浓度分布取决于膜的溶胀.溶解扩散模型假设过程温度和压力恒定,膜上(下) 游侧表面溶解(解吸) 过程均达到热力学平衡,过程的推动力为活度梯度或浓度梯度.二、渗透蒸发膜渗透蒸发膜是整个PV过程的关键部分，所以目前国内外的研究大部分都集中在PV膜的开发上面。

第七章 渗透汽化及蒸气渗透

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