渗透蒸发技术
渗透蒸发的原理及其应用
渗透蒸发的原理及其应用渗透蒸发，又称渗透汽化(Pervaporation，简称PV)，包括蒸气渗透(Vapour Permeation，简称VP)是用于液(气)体混合物分离的一种新型膜技术 [1]。
它是在液体混合物中组分蒸气分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。
渗透蒸发技术在石油化工、医药、食品和环境保护等工业领域中具有广阔的应用前景及市场，是一种符合可持续发展战略的“清洁工艺”，不仅本身具有少污染或零污染的优点，而且可以从体系中回收污染物。
定义渗透蒸发（pervaporation,PV）是在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离。
本质原因：料液中各组分在膜中的溶解度和扩散速度存在差异。
分离推动力：组分在膜两侧的蒸汽压差。
分压差越大，推动力越大。
尽可能提高膜两侧的蒸汽压差。
实现方法：提高膜上游蒸汽分压；降低膜下游的蒸汽分压。
技术优势（1）可分离近沸点、恒沸点的有机混合物（2）有机溶剂中微量水的脱出、废水中少量有机物污染物的分离或水溶液中高价值的有机物的回收（3）属于“清洁工艺”，本身具有污染少或零污染的优势，适合于食品，医药环保，领域原理编辑播报(1) 溶解一扩散一脱附的过程(2) 渗透蒸发所用的膜是一种致密、无孔的高分子膜(3) 组分在膜中的溶解度的差别越大，膜的选择性就越高(4) 组分在蒸汽压的推动下，从膜的一侧迁移到另一侧(5) 真空侧的液体组分在减压下全部气化(6) 脱附过程对膜的选择性影响不大(7) 渗透蒸发使混合物中含量较少的组分气化。
第六章 渗透蒸发
6.3 渗透蒸发的应用
1.从液体有机物中脱除水分
2.从水中去除有机物 3.有机物／有机物的分离； 4.蒸气渗透 从理论上讲与液膜间的渗透蒸发类似，当 进料是某种混合蒸气，进行渗透蒸发时即为蒸气渗透。 在液相渗透蒸发时所用的膜同样可用于蒸气渗透，该方 法尚在进一步开发之中。
如乙醇的脱水；
例如从啤酒和酒中脱去乙醇；
4.离子交换膜 这类膜的制备技术在国内外都已 普及，近几年应用于渗透蒸发研究。
目前还有辐照接枝膜、高分子改性膜以及高分子中掺 杂分子筛的膜等用于渗透蒸发研究。
6.2.2 膜材料的选择 膜材料的选择对取得良好的分离性能是至关重要的。 指导膜材料选探的理论主要是溶解度参数法。
分离膜能否完成预期的分离目的，主要取决于液体组分对膜 的相对渗透力。 任何化合物对一种膜的渗透通量由其平衡效应及动态效应决 定，这种效应受渗透组分和膜之间的吸引力及排斥力的影响。
渗透蒸发过程
“渗透蒸发”一词最早出现在1917年，由于人们未 能找到既有分离效果又有较高通量的膜，渗透蒸 发一直没能得到实际应用。直到20世纪50～60年 代，有关渗透蒸发的技术才获重大突破。
能源危机后的70～80年代初，渗透蒸发过程
受到了各国的重视。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。 从而使第一代渗透蒸发膜及其组件走向工业 应用，在化学工业、生物化学工程及其他工 业领域中引起了极大的兴趣。 渗透蒸发与气体分离将成为21世纪生物技术 产业中最重要的分离技术之一。
6.1.3
渗透蒸发的特点
1.单级选择性好是渗透蒸发的最大特点。从理论上讲， 渗透蒸发的分离程度无极限，适合分离沸点相近的物 质，尤其适于恒沸物的分离，对于回收含量低的溶剂 也是一种好方法。 2.过程操作简单，易于掌握，但有相变，故能耗较高。 3.由于操作中进料侧原则上不需要加压，所以不会导 致膜的压密，透过率不会随时间的延长而减少，并且 在操作过程中形成溶胀活性层，膜自动转化为非对称 膜，对膜的透过率及寿命有益。 4.与反渗透等过程相比，渗透蒸发的通量要小得多。 在一般情况下渗透蒸发技术尚难与常规分离技术相匹 敌，但由于渗透蒸发所特有的高选择性，在某些特定 的范围内，如常规分离技术无法解决或虽能解决但能 耗太大的情况下，才采用该技术。
渗透蒸发膜分离乙二醇水溶液-mg1124028-黄新
PV A渗透蒸发膜分离乙二醇水溶液高分子物理与化学MG1124028 黄新摘要：渗透蒸发以其绿色、高效、节能的突出特点在乙二醇脱水中具有良好的应用前景，渗透蒸发技术的核心是高性能渗透蒸发膜的研制。
本论文以聚乙烯醇（PVA）为主体膜材料，调研了PVA分离膜的改性。
关键词：渗透蒸发；乙二醇脱水；聚乙烯醇；一.渗透蒸发过程简介：渗透蒸发（pervaporation，简称PV）是膜分离技术的一个新的分支，也是膜分离领域的研究热点之一。
渗透蒸发是利用膜对组分的溶解和扩散行为的差异来实现液体组分分离的过程。
其过程是（见图1）：液体混合物流过膜的上游侧，同时在膜的下游侧抽真空或吹扫气体使液体组分在膜的两侧形成化学位差，组分在化学位差的推动下透过膜，并以汽相的形式从膜的下游侧逸出。
由于膜与不同组分的相互作用大小不同以及组分本身性质上的差异，各组分在高分子膜中的溶解度和扩散速度不同，从而实现选择性分离。
图1.渗透蒸发过程示意图在众多解释渗透蒸发传递现象的理论模型中，溶解－扩散理论普遍为人们所接受。
该理论将渗透蒸发过程分为三步（如图2）[1]：（1）在原料侧，溶液中各组分在膜的表面溶解；（2）溶解在膜表面的组分在化学位差推动力的作用下，以分子扩散的形式从膜上游侧向下游侧扩散；（3）在膜的下游侧，渗透组分在较低的蒸汽分压下蒸发。
一般认为待分离组分在膜下游侧的解吸对整个传质过程影响不大，受热力学控制的溶解和受动力学控制的扩散是影响渗透蒸发分离过程的决定因素。
图2.渗透蒸发过程传质机理示意图渗透蒸发技术具有高效、节能、工艺简单、环境友好、不受气液平衡限制等特点，被誉为“绿色技术”。
渗透蒸发可以与精馏、吸附等过程耦合改造传统工艺，由此获得巨大的节能效果。
因而，渗透蒸发膜分离过程可以广泛用于石油化工、环境化工及相关工业领域进行有机溶剂脱水；从水中脱除有机物（脂肪烃、卤代烃、芳香族化合物：己烷、环己烷，氯甲烷、氯仿、氯乙烯，苯、甲苯、二甲苯、乙苯及醇、酮、酯、醛）；或进行有机－有机混合物的分离（醇－醚类、醇－脂肪烃类,醇－芳香烃类等，苯－环己烷混合物以及二甲苯异构体混合物，环己烷－环己酮－环己醇混合物等）[2-4]。
第八章渗透汽化膜技术
透过组分的性质选用膜材料。
一般可分三种情况： I、有机溶液中少量水的脱除,可用亲水性聚合物; II、水溶液中少量有机质的脱除,可用弹性体聚合物;
再生。常用的荷电基团有-COO-、-SO3-、-NH+、-NR3+。
D、共混 将具有不同性质的聚合物共混,以使膜具有需要 的特性。但共混的聚合物在同一溶剂中必须相容 , 即在配成制
膜液时必须为均相。
(4) 影响渗透蒸发过程的因素
① 温度 组分在膜中的扩散系数、溶解度及渗透率随温度的升 高而增加。温度对分离系数 (选择性) 的影响不大 ,一般温度 升高 , 选择性有所下降 , 但也有温度升高 ,选择性升高的情况。 ② 压力 液相侧的压力对液体在高分子膜中的溶解度影响不大 , 故对渗透汽化过程的影响不大,所以通常液相侧均为常压。
膜下游侧压力 ( 真空度 ) 是一个重要的操作参数。当膜 下游真空侧压力升高时,过程的传质推动力(组分的蒸气压差) 变小,从而使得组分的渗透通量降低。
③ 液体中易渗透组分的浓度 在液体混合物中易渗透组分浓度增大 , 渗透通量增加。
因为随着易渗透组分浓度的增大,组分在膜中的溶解度和 扩散系数均增大。
III、有机液体混合物的分离
这种体系又可分三类:极性/非极性、极性/极 性和非极性/ 非极性混合物。 对极性/非极性体系的分离材料的选择比较 容易,透过组分为极性可选用有极性基团的
聚合物,透过组分为非极性应选用非极性聚
合 物。
而极性/极性和非极性/非极性混合物的分
离就比较困难,特别当组分的分子大小、形 状相似时更难分离。
渗透蒸发膜的研究进展
渗透蒸发膜的研究进展摘要：渗透蒸发或称渗透汽化是用于液体混合物分离的一种新型膜技术。
在过去的几十年中，渗透蒸发膜的基础研究和运用已经取得了长足的进步和惊人的如破。
这篇综述介绍了目前国内外PV膜的发展概况和取得的最新成就。
介绍了渗透蒸发膜的种类及其分离特性，另外也介绍了部分渗透蒸发膜的表面改性，最后，介绍了渗透蒸发膜的主要应用领域，特别是在燃料电池中的广泛应用。
关键词：渗透蒸发膜，共混膜，杂化膜，膜的表面改性，电池燃料1.引言1.1 渗透蒸发膜技术的简介膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交叉的产物，也是化学工程学科发展的新增长点。
随着经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高，能源紧张、资源短缺和环境污染的矛盾越来越突出，而膜分离技术正是解决这些人类所面临的重大问题的新技术。
因而，近年来获得了极为迅速的发展，已经形成了独立的新兴技术产业。
我国膜技术的研究开始于20实际50年代末，经过四十多年的发展，已经在能源、电子、石化、食品、医药卫生、重工业、轻工业和环境保护等各个领域发挥了重要的作用。
在膜技术家族中，除以成熟的微滤、超滤、电渗析、反渗透、和气体分离外，近年来，也不断的发展了一些新型的膜技术。
渗透蒸发就是用于液（气）体混合物分离的一种新型膜技术[1]。
它是在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。
渗透蒸发特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点有机混合物溶液的分离；对有机溶剂及混合溶液中微量水的脱除、废水中少量有机污染的分离及水溶液中高价值有机组分的回收具有明显的技术上和经济上的优势[2]。
渗透蒸发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[3]。
1.2 分离原理渗透蒸发过程的分离原理：具有致密皮层的渗透蒸发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（膜下游侧或膜厚侧）则通过抽真空或载气吹扫法的方式维持很低的组分分压。
《渗透蒸发过程》课件
垃圾焚烧发电
渗透蒸发被用于垃圾焚烧发电 中，提高能源回收效率并减少 废弃物的处理。
结论和总结
渗透蒸发是一种重要的分离与浓缩技术，具有广泛的应用领域。通过了解其 过程、优势和局限性，可以更好地应用于实际生产中。
半透膜
半透膜是渗透蒸发过程中的关键 组件，具有选择性地允许水分子 通过。
冷凝器
冷凝器用于将被蒸发的溶剂冷凝 成液体，以便再利用。
渗透蒸发的关键应用案例
海水淡化
利用渗透蒸发技术，将海水转 化为可饮用水，满足水资源短 缺地区的需求。
制盐行业
渗透蒸发在制盐行业中广泛应 用，可以高效浓缩盐水并提高 盐的产量。
渗透蒸发用于浓缩果汁和其他饮料，提高产品 的口感和保存期限。
制药业
渗透蒸发在制药工艺中起到浓缩药液和纯化溶 剂的作用。
渗透蒸发的优势和局限性
1 优势
2 局限性
节约能源：渗透蒸发比传统蒸发技术更高效。
渗透蒸发成本较高，需要较复杂的设备和维 护。
常用的渗透蒸发设备
蒸发器
蒸发器是渗透蒸发过程中的核心 设备，用于将溶液中的水分子蒸 发出来。
《渗透蒸发过程》PPT课 件
渗透蒸发是一种重要的分离与浓缩技术，在许多领域中得到广泛应用。本课 件将介绍渗透蒸发的定义、过程以及应用领域。
渗透蒸发的定义
渗透蒸发是将液体通过半透膜挥发出来的过程。在这个过程中，水分子会通 过半透膜向低浓度溶液的一侧移动，而其他溶质则被滞留。
渗透蒸发的过程
1
浓度差驱动
渗透蒸发过程受浓度差驱动，溶液中的溶质浓度越高，驱动力越大。
2
半透膜选择性
半透膜具有选择性，只允许水分子通过，保留其他溶质。
3
渗透汽化(PV)及蒸汽渗透(VP)技术
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。
14
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。
13
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。
12
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。
新型渗透蒸发膜在海水淡化领域的应用研究
新型渗透蒸发膜在海水淡化领域的应用研究随着经济的发展和全球人口的增长，淡水资源变得越来越宝贵。
在全球范围内，有许多水资源短缺的地区，其中最常见的原因是干旱和缺乏可用的淡水来源。
一种解决方法是通过海水淡化将海水转化为可使用的淡水。
然而，现有的海水淡化技术存在一些问题，包括能源成本高、膜污染等。
为了克服这些问题，新型渗透蒸发膜正在逐渐成为海水淡化领域的研究热点。
1. 渗透膜技术的优点传统的海水淡化技术是利用反渗透技术（RO）和多级闪蒸技术（MSF）进行的。
但是，RO技术需要高压泵来推进水分子通过带有孔洞的膜，这需要大量能源。
MSF则需要高温和高压，设备体积大，维护成本也很高。
相比之下，渗透膜技术具有以下优点：（1）设备体积小，可悬挂在悬线上，通过太阳能或地面加热等方式驱动水向膜内渗透，再通过外部环境的自然蒸发或人工蒸发完成海水的脱盐。
（2）省电、设备简单，可以为小型社区、港口、旅游区提供便捷的淡水资源。
（3）对污染物的适应性强。
2. 渗透膜技术的研究进展渗透膜技术可以分为两类，一类是纳米渗透膜技术，另一类是蒸发渗透膜技术。
其中，纳米渗透膜技术可以通过对纳米孔的设计和外部加压来将水从溶液中分离出来。
蒸发渗透膜技术以海水渗透到渗透膜内部的钙钛矿蒸发为主要特点，实现了不需要电源的海水淡化。
这两种技术都可以提高海水淡化的效率和降低其能源成本。
目前，已有学者对不同材料和结构进行了渗透膜的研究。
有文献表明，钙钛矿渗透膜可以实现海水脱盐率达到95%，同时具有良好的抗污染性能。
同时，蒸发渗透膜技术还可以通过添加特殊配方的水凝胶粉末来提高海水脱盐效率。
这些研究结果表明，渗透膜技术在海水淡化领域具有广阔的应用前景。
3. 渗透膜技术的未来展望随着全球经济和人口的增长，未来淡水资源短缺的问题将更加严重。
传统海水淡化技术存在一些问题，如需要大量能源、设备体积大、维护成本高等，限制了其发展。
因此，新型渗透蒸发膜技术具有突破传统技术的潜力，并有望成为未来海水淡化领域的主流技术。
渗透蒸发过程
第八章 渗透蒸发过程
早在100多年前，人们就发现了渗透蒸发现象，但由于长期以来未找到既有一定分离效果，又有较高通量的膜，一直没能得以实际应用。该技术真正得到广泛重视则是在发生能源危机后的70年代末至80年代初。由于新的聚合物的合成，膜制备技术的发展，以及工业中降低能耗的实际要求，第一代渗透蒸发膜才走向工业应用。
（8-3）
（8-5）
式中
（8-6）
02
将（8-6）式代入（8-5）式，有：
03
第四章中定义了膜的本征分离系数α，α只与高聚物膜和分离物系有关：
01
（8-7）
04
将（8-7）式代入（8-3）式，则
（8-8）
02
式（8-8）对讨论各种因素对渗透蒸发过程的分离贡献，作用很大，从该式我们可以得到如下主要结论：
02
当δ→0时
01
02
这就是说，按非平衡溶解扩散模型，当膜厚趋近于0时，分离因子和渗透通量都趋于常数，这是合理的，而用平衡模型则不能得出这一结果。
从表8-1的实验数据可以看出，分离因子不是与膜厚无关，而是随膜厚减小呈上升趋势；通量与膜厚也并非反比关系。
表8-1 分离性能和膜厚的关系[PVA（聚乙烯醇）膜，85%乙醇溶液]
渗透蒸发不仅可以应用于溶剂脱水，还可以进行有机物--有机物分离，如果真正工业化，将可在相当大的范围内替代精馏。在美国精馏每年消耗能量2×1015BTU(British Thermal Unit=252cal) ，约占全美化工、 石油总耗能的28%。
渗透蒸发过程较精馏过程节能，即使能节约10%的能量，每年就可节约0.2×105BTU，也就是每天节约1×106桶原油。因此，在美国渗透蒸发是被优先发展的膜分离过程。
渗透蒸发的原理及其应用
渗透蒸发的原理及其应用渗透蒸发是一种通过渗透现象实现蒸发的方法，它涉及到溶液通过半透膜进入另一个溶液并蒸发的过程。
这种方法常用于海水淡化、废水处理、浓缩溶液等领域。
渗透蒸发的原理是通过构建半透膜来实现物质的传输和分离。
半透膜是一种能够选择性地允许溶质通过而阻止溶剂通过的薄膜。
溶液中的溶质在浓度梯度的驱动下通过半透膜进入另一个溶液中，同时溶剂则反向扩散，使得溶质的浓度逐渐增加。
当溶质浓度达到一定程度时，溶液开始蒸发。
蒸发过程中，水分子从低浓度的溶液中通过半透膜蒸发到高浓度的溶液中，从而达到分离溶质和溶剂的目的。
渗透蒸发的应用十分广泛。
其中最重要的领域之一是海水淡化。
海水淡化是指将海水中的盐分去除，以便供给人类和农业用水的过程。
渗透蒸发技术通过将海水与淡水分别分隔在两侧的半透膜上，利用溶解度的差异，使得海水中的溶质通过半透膜向淡水一侧扩散，从而实现海水的淡化。
海水淡化工艺中的蒸发器通常采用多级蒸发器，将淡化的海水逐渐进一步浓缩，提高水的回收率。
另一个重要的应用是废水处理。
渗透蒸发可以将废水中的有机物、重金属等溶剂与溶质分离，实现废水的净化。
废水经过预处理后，通过半透膜进入浓缩池，其中的溶质随着蒸发滞留在池中，而溶剂则通过半透膜回收。
经过多次循环的蒸发浓缩过程，废水中的溶质可达到较高浓度，以便进行进一步的处理或回收利用。
此外，渗透蒸发还广泛应用于浓缩溶液。
对于一些需要浓缩的溶液，可以通过渗透蒸发实现溶质的分离。
溶质随着蒸发逐渐浓缩，提高了原溶液的浓度。
这种方法在食品、制药、化工等行业中得到了广泛应用。
总的来说，渗透蒸发是一种通过渗透现象实现蒸发的方法。
它的应用领域包括海水淡化、废水处理和溶液浓缩等。
通过渗透蒸发技术，我们可以实现对水资源的高效利用和废水的净化处理。
随着技术的不断进步，渗透蒸发技术在提高效率、降低成本等方面还有很大的发展潜力。
大连理工大学科技成果——渗透蒸发脱除有机物中微量水装置
大连理工大学科技成果——渗透蒸发脱除有机物中微量水装置一、产品和技术简介：渗透蒸发（PV）技术是一项高新技术，主要用于从含少量水的醇等有机溶剂（特别是恒沸、近沸物）中脱出少量水。
在80年代末已经建立140多套渗透蒸发装置，由于膜材料主要为有机膜材料，受到有机膜材料的限制（不耐高温、与有机物接触容易产生溶胀、膜不易再生等）使其优点受到了削弱。
我们经过多年的研究探索，成功地制备出了无机分子筛膜，该膜渗透量大、分离效果好，不受酸碱及有机物的侵蚀，耐高温、高压，再生容易，膜组件安装方便，工艺路线合理，能够充分发挥渗透蒸发装置在对有机物/水分离的优良性能。
本装置为真空渗透汽化方式，采用列管式膜组件，设备全部用不锈钢材料制成，膜组件体积小，流路分布合理，膜拆卸方便,装置紧凑，液体可循环使用，液体泵通过改变转速可调节流量。
循环液体储槽通过电加热自动控温达到给定的温度条件。
装置能自动测定各路液体温度及渗透边前压强和渗透边后真空度，本装置适于有机含水体系的醇、酸、酮、醚脱水和有机共沸物分离以及废水中含毒有机物等膜分离过程的实验室研究。
另外，备有与计算机联机的接口和进行数据采集的软件，可在屏幕上显示流程与温度曲线，供用户根据需要选择。
二、应用范围和生产条件：本产品广泛用于工业酒精的制备，溶剂脱水，有机物/有机物分离（MeOH/MTBE），乙二醇脱水、异丙醇脱水等。
本项目中设备无高温、高压问题，工艺流程简单，机械加工方便，对环境不会造成任何污染。
生产厂房根据规模大小自定。
三、获得的专利等知识情况：2000年，自主知识产权四、规模与投资、成本估算：依据处理的对象及处理量而定，以我们实验室的渗透装置为例：原料浓度：乙醇含量为95%；产品浓度：乙醇含量为99%；处理量：0.001m3/h；设备成本：10万元。
五、提供技术的程度和合作方式：提供中试技术，技术转让中试技术及合作开发产业化技术。
渗透蒸发
（f） 多级冷凝渗透蒸发：如图8-2（f）所示， 有两个冷凝器串联，这样渗透物经过一次渗透 蒸发得到富积后，又在部分冷凝分离中得到进 一步纯化，可得到更高纯度的产品。例如，稀 酒精—水溶液进料，酒精在膜的下游得到第一 次富积，然后进入第一冷凝器，分离成富水和 富醇溜分，富水馏分可返回进料循环，富醇馏 分进入下一个冷凝器，再一次部分分离，可以 得到很高的酒精馏分。
（c） 载气吹扫渗透蒸发：渗透蒸汽用载气吹扫， 再冷却回收。这种流程同热渗透蒸发相比较不 经济，因为不仅同样需要冷却水、冷凝器，而 且还需要载气，所以成本较高。但是如果渗透 蒸汽没有回收价值，且可以直接排放，如水蒸 汽中含有痕量的有机物，则不必有冷凝器，载 气吹扫渗透蒸汽后直接排放掉，则该种流程的 成本大大降低。
cwe cw 1 Dw /(kw )
kwcwe （5） Jw 1 kw / Dw
（4）
cae ca 1 Da / ka
Ja kacae 1 ka / Da
（6）
（7 ）
于是，分
离因子为
kwcwe (1 ka / Da ) xa （8 ） kacae (1 kw / Dw ) xw
第四章中定义了膜的本征分离系数α，α只 与高聚物膜和分离物系有关：
Qi Qi pp Ji Api pi pi j j a （ 8-6） Qj Qj Jj pj pi pi Ap j p j
将（8-6）式代入（8-5）式，有：
mem
p p i pi j a p j p j pi
（11）
为表征渗透汽化过程中的“耦合” 效应，Kedem提出了不可逆热力模型。 该模型认为在“耦合”效应下，某一 组分可以在零甚至负的浓度梯度下进 行扩散，这与传统的溶解扩散模型假 定膜内浓度分布是线性的是不一致的， 因而传统的溶解扩散模型假定膜内浓 度线性分布是不合适的。
渗透蒸发基本概念
微滤微滤又称微孔过滤，它属于精细过滤，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐抱子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的别离过程。
根本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。
过滤材料可以分为多种，比方折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。
透过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过滤膜而被去除。
决定膜的别离效果的是膜的物理构造，孔的形状和大小。
微孔膜的规格目前有十多种，孔径范围为0.1～75 μm，膜厚120～150&μm超滤超滤是以压力为推动力的膜别离技术之一。
以大分子与小分子别离为目的，膜孔径在20－1000A°(埃)之间。
纳滤英文名称：nanofiltration;NF定义1：以压力差为推动力，介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜别离技术。
定义2：用外表孔径为纳米级的半透膜脱除以二价离子为主的盐类和相对分子质量300以上的大多数有机物的过程。
反渗透反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中别离出溶剂的膜别离操作。
对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。
从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。
假设用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。
透析：通过小分子经过半透膜扩散到水〔或缓冲液〕的原理，将小分子与生物大分子分开的一种别离纯化技术。
dalton碳的同位素12C原子的质量为12dalton，所以一dalton相当于1.661×10-24〔＝Avogadro数之倒数〕g蒸汽压：一定外界条件下，液体中的液态分子会蒸发为气态分子，同时气态分子也会撞击液面回归液态。
这是单组分系统发生的两相变化，一定时间后，即可到达平衡。
渗透蒸发膜用于酯化反应的研究
渗透蒸发膜用于酯化反应的研究酯化反应是一种重要的化学反应，广泛应用于食品、药物、化妆品和涂料等领域。
传统的酯化反应过程中，常常使用过量的酸或醇来推动反应达到平衡。
然而，这种方式存在一些问题，例如反应时间长、能源消耗大、产物纯度低等。
近年来，渗透蒸发膜技术在酯化反应中的应用引起了研究人员的广泛关注。
渗透蒸发膜是一种通过渗透作用分离混合物的膜。
在酯化反应中，渗透蒸发膜可以通过选择性渗透性，实现酯化反应的自动分离和浓缩。
该膜具有高渗透选择性、高通量和耐高温性能，能够有效地促进酯化反应的进行。
渗透蒸发膜酯化反应的机理是通过膜的渗透作用实现的。
在反应过程中，膜表面的酸和醇分子与反应物中的酯分子发生反应，生成水和酯，水分子可以通过膜的渗透作用从反应体系中蒸发出去，从而推动反应向生成酯的方向进行。
同时，渗透蒸发膜也可以阻止反应废物酸和醇分子的溶解，使它们保持在反应体系中，实现反应物和废物的分离。
渗透蒸发膜在酯化反应中的应用有许多优点。
首先，它可以降低反应时间，提高反应速率。
与传统的酯化反应相比，渗透蒸发膜可以减少反应体系中水的浓度，改善平衡常数，从而加速反应速率。
其次，渗透蒸发膜可以减少能源消耗。
由于水的蒸发，反应体系中的温度可以降低，从而减少能量的消耗。
此外，渗透蒸发膜还可以提高产物的纯度。
通过选择性渗透性，可以将产物从反应体系中分离出来，减少杂质的存在，提高产物的纯度。
然而，渗透蒸发膜在酯化反应中还存在一些挑战。
首先，膜的选择是关键。
需要选择具有高渗透选择性、高通量和耐高温性能的膜材料。
其次，膜的设计和操作也是重要因素。
需要考虑膜的结构、渗透性能和操作条件等因素，以实现酯化反应的高效进行。
总而言之，渗透蒸发膜在酯化反应中的应用具有广阔的前景。
它可以加快反应速率，降低能源消耗，提高产物纯度，为酯化反应的研究和应用提供了新的思路和方法。
随着技术的不断发展，相信渗透蒸发膜技术将在酯化反应中发挥。
平板集热器的渗透蒸发技术研究
平板集热器的渗透蒸发技术研究随着能源危机的日益加剧和对可再生能源的需求不断增长，太阳能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛的关注和应用。
太阳能热利用是其中的核心应用之一，而太阳能热集热器则是太阳能热利用中的重要设备。
平板集热器是太阳能热集热器中的一种常见类型，具有结构简单、制造成本低、使用稳定可靠等优点，被广泛应用于工业生产和居民生活中。
然而，平板集热器在实际应用中面临着一些技术难题，如热效率低、换热面积小等。
为了提高平板集热器的热效率和热量传递能力，人们逐渐关注起渗透蒸发技术。
渗透蒸发技术是近年来发展起来的一种新型热传导方式，与常见的对流传热、辐射传热不同，它利用液态介质的渗透作用，将热量从热源传递到工作介质中。
这种技术利用了液态介质的较高传热系数和蒸发的吸热特性，可以显著提高平板集热器的热传递效率。
在平板集热器中应用渗透蒸发技术，通常需要一个渗透层来实现液态介质对工作介质的传热。
渗透层的选择和设计直接影响到渗透蒸发技术的应用效果。
常见的渗透层材料包括聚合物膜、陶瓷膜、多孔介质等。
这些渗透层材料具有不同的透气性、渗透性和化学稳定性，需要根据实际应用需求进行选择。
渗透蒸发技术在平板集热器中的应用主要有两种方式：一种是将液态介质直接渗透到工作介质表面，使其发生蒸发，从而实现热量的传递；另一种是通过渗透层将液态介质渗透到工作介质之间的空隙中，利用液态介质在空隙中蒸发吸热，从而提高热量传递效率。
这两种方式在实际应用中都可以起到提高平板集热器热效率的作用，具体选择取决于实际需求。
渗透蒸发技术的应用不仅可以提高平板集热器的热效率，还可以解决一些传统集热器中的问题。
例如，渗透蒸发技术可以克服传统平板集热器中出现的热传导热阻大、蓄热能力差的问题，提高热传递效率。
此外，渗透蒸发技术还可以减小集热器表面的污染和腐蚀，提高集热器的使用寿命。
然而，渗透蒸发技术在应用中还存在一些挑战和问题需要解决。
首先，渗透蒸发技术要求工作介质具有较好的透气性和传热性能，因此需要选择适合的工作介质。
渗透蒸发的原理及其应用
渗透蒸发的原理及其应用1. 渗透蒸发的概述渗透蒸发是一种以渗透作用为基础的蒸发过程，通过渗透蒸发可以实现对溶液中溶质的有效分离和浓缩。
渗透蒸发技术具有能耗低、节水高、操作简单等优点，因此在化工、环境保护等领域得到了广泛应用。
2. 渗透蒸发的原理渗透蒸发的原理基于溶液中溶质和溶剂之间的渗透作用差异，利用渗透膜作为分离屏障来实现溶质和溶剂的分离。
常见的渗透膜包括纳滤膜、反渗透膜和气体渗透膜等。
渗透膜具有选择性透过性，即可以让某一种物质（如溶剂）通过，而阻止其他物质（如溶质）通过。
在渗透蒸发过程中，将溶液与渗透膜分开，将溶液放置在渗透膜的一侧，将蒸发后的纯溶剂收集在另一侧。
由于渗透膜的存在，溶剂通过渗透膜向蒸发侧扩散，而溶质则被阻止在蒸发侧。
随着时间的推移，溶液中溶剂的浓度逐渐增高，从而实现了对溶质的有效分离和浓缩。
3. 渗透蒸发的应用3.1 浓缩和纯化溶液渗透蒸发技术可以实现对溶液中溶质的浓缩和纯化。
通过选择合适的渗透膜和操作条件，可以将稀溶液中的溶质浓缩到一定程度。
此外，渗透蒸发还可以从溶液中分离出纯溶质，用于制备高纯度的化合物。
3.2 污水处理渗透蒸发技术在污水处理中具有广泛的应用前景。
经过预处理的污水首先进入渗透膜的一侧，通过渗透作用，水分子被膜选择性地透过，经过蒸发后，纯水被收集，而污水中的溶质被阻止在蒸发侧。
这种方法不仅可以减少污水处理工艺中的污泥产生，而且可以回收和利用水资源。
3.3 盐水淡化渗透蒸发技术也可以应用于盐水淡化领域。
通过将盐水与渗透膜分离，渗透蒸发可以实现从盐水中去除盐分，得到淡水。
这对于水资源短缺地区来说具有重要意义，可以解决供水问题。
3.4 催化剂回收在化工生产过程中，催化剂起着重要的作用。
通过渗透蒸发技术，可以从反应废液中回收催化剂，提高催化剂的利用率，并减少对环境的影响。
3.5 高纯度气体的制备在一些特殊的应用领域，需要高纯度的气体。
通过渗透蒸发技术，可以实现对混合气体的分离，得到高纯度的单一气体，用于特定的工艺和实验需求。
渗透蒸发
②压力
液相侧的压力对液体在高分子膜中的溶解度影响不大，故对渗透 汽化过程的影响不大，所以通常液相侧均为常压。
膜下游侧压力(真空度)是一个重要的操作参数。当膜下游真空侧 压力升高时，过程的传质动力变小，从而使得组分的渗透通量降低。
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③液体中易渗透组分的浓度
在液体混合物中易渗透组分浓度增大，渗透通量增加。因为随着 易渗透组分浓度的增大，组分在膜中的溶解度和扩散系数均增大 。
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★ 有时，也用增浓系数β来表征膜的分离效率
＝
YF XF
Y为易渗透组分在渗透物中的摩尔分数。 X为易渗透组分在料液中的摩尔分数。 增浓系数越大，膜对易渗透组分的选择性越好。增浓系数应用 于多 组分体系比较方便。
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（3）膜的寿命
一定条件下，膜能够维持稳定的渗透性和选择性的最长时间。膜 的寿命受其化学、机械和热稳定性能的影响。
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度差极化问题，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，因此是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。
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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；螺旋卷式组件流体力学性能良好， 但分布器的设计和膜内压力差降成为主要矛盾；中空纤维膜组件则存 在较为严重的径向温度和压力分布。
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2.2 传递过程的基本理论
渗析蒸发的原理
渗析蒸发的原理渗析蒸发是指在高渗透性的材料上进行蒸发，利用渗透流控制蒸发过程的一种技术。
其原理可以分为两个主要方面：渗透和蒸发。
首先，渗透是指液体在材料内部的扩散过程。
对于渗析蒸发来说，一般涉及到两种材料：多孔性介质和液体。
多孔性介质通常是指具有一定孔隙和通道的材料，例如海绵、纳米孔材料等。
液体则是指被蒸发的物质，如水、有机物等。
渗透流可以通过多孔性介质中的毛细管压力差来驱动。
当介质中存在不同浓度的液体时，液体将通过渗透作用沿着浓度梯度从高浓度区域向低浓度区域扩散。
在渗析蒸发过程中，通常在介质表面附近将有一个高浓度的液体区域，而介质内部则是低浓度的液体区域。
因此，液体将通过介质的孔隙和通道渗透进入介质内部，并在内部进行扩散。
其次，蒸发是指液体变成气体的过程，一般来说是液体表面上的分子由于热能而跃迁到气相。
在渗析蒸发中，液体在介质内进行渗透后，位于介质内部的液体分子将有机会获得足够的热能，从而发生蒸发。
这种蒸发过程与普通蒸发有所不同，因为液体分子需要通过介质孔隙和通道才能达到表面，进而发生蒸发。
蒸发过程中需要供给一定的热量，这通常来自于热源。
热量被传导到蒸发界面，使液体分子获得足够的能量并转化为气体。
渗析蒸发技术可通过控制热源的温度和介质的渗透性来调节蒸发速率。
当热源温度较低时，液体分子的热运动相对较小，蒸发速率较慢；而当热源温度较高时，液体分子的热运动加快，蒸发速率会增加。
渗析蒸发技术的优点在于它能够利用渗透作用控制蒸发过程，使蒸发过程更加高效，而不仅仅是依靠热传导。
相比传统的蒸发方法，渗析蒸发可以降低能耗、提高产量和质量，并且可以在不同介质上进行。
这使其在固体颗粒干燥、海水淡化、废水处理等领域具有广泛的应用前景。
总结起来，渗析蒸发是一种通过控制介质内液体的渗透流来控制蒸发过程的技术。
其原理基于渗透在多孔介质中的扩散和蒸发液体分子得到足够热能从而转化为气体的过程。
该技术通过调节热源温度和材料的渗透性，可以实现高效、节能的蒸发过程，广泛应用于多个领域。
渗透蒸发用于汽油及其添加剂品质的改善的开题报告
渗透蒸发用于汽油及其添加剂品质的改善的开题报告
本文将对渗透蒸发（PermeationEvaporation，P&E）技术在汽油及其添加剂品质改善方面的应用进行探讨。
随着环保意识的提高，汽油的燃烧效率和排放标准逐渐成为汽车制造商和消费者的一项重要考虑因素。
渗透蒸发技术作为一种环保型燃料添加剂改善技术，可以有效地改善汽油的品质。
首先，本文将介绍渗透蒸发技术的原理和应用。
渗透蒸发技术是通过将添加剂溶于汽油中，使其进入燃烧室，并在引擎燃烧后蒸发残留在环境中，从而达到改善汽油品质的目的。
该技术通过减少燃烧残留物和降低排放物的含量，提高了汽油的能量利用效率，并减少了对环境的负面影响。
接下来，本文将详细探讨渗透蒸发技术在改善汽油品质中的作用。
渗透蒸发技术可以有效地改善汽油的燃烧能力和排放标准，并增加其耐腐蚀性和稳定性。
其治理效果优于传统的清洁剂和燃料添加剂，而且价格相对较低，使用方便。
在汽油行业中，渗透蒸发技术已得到广泛应用，并取得了显著成效。
最后，本文将评估渗透蒸发技术的优缺点。
渗透蒸发技术具有操作简便、成本低廉、环保等优点。
但是，应注意技术的不足，例如技术的实施需要随着地域和气候条件的变化进行修正，以避免技术的效果受到不良天气条件的影响。
综上所述，渗透蒸发技术作为一种有效的汽油添加剂改善技术，将在未来取得更广泛的应用。
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1.2渗透蒸发的发展概况
“渗透蒸发”一词最早出现在1917年，由于人们 未能找到既有分离效果又有较高通量的膜，渗透 蒸发一直没能得到实际应用。直到20世纪50～60 年代，有关渗透蒸发的技术才获重大突破。
1.2渗透蒸发的发展概况
1917年, Kober第一个介绍渗透蒸发现象（水通过火棉胶） 20世纪50年代学术研究，60年代渗透蒸发膜、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 酒精的渗透蒸发工业装置。到90年代初已有140 多 套 渗 透 蒸发装置投入应用（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%）的渗透蒸发装置，这是目前世界上规模最大的渗 透蒸发装置
1.3渗透蒸发(PV)的原理
渗透气化传递过程可用溶解－扩散机理解释，传递过程可分 为三步： ①首先液体混合物中被分离的物质在膜上游表面有选择性地 被吸附溶解；
②被分离的物质在膜内扩散渗透通过膜；
③在膜下游侧，膜中的渗透组分蒸发气化而脱离膜。 渗透气化过程的传质推动力为膜两侧的浓度差或表现为膜两 侧被渗透组分的分压差。
② 热渗透蒸发或温度梯度渗透蒸发 通过料液加热和 透过侧冷凝的方法,形成膜两侧组分的蒸气压差。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,但传质推动力小,如图(b)。
③ 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,如图(c)所示。吹扫气经冷却冷凝以回收 透过组分,载气循环使用。若透过组分无回收价值 (如有机溶剂脱水)可不用冷凝,直接将吹扫气放空。
1.2渗透蒸发的发展概况
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
4.与反渗透等过程相比，渗透蒸发的通量要小得多。在一般 情况下渗透蒸发技术尚难与常规分离技术相匹敌，但由于渗 透蒸发所特有的高选择性，在某些特定的范围内，如常规分 离技术无法解决或虽能解决但能耗太大的情况下，才采用该 技术。
基于上述特点，在一般情况下，渗透蒸发技术很难与常 规分离技术相匹敌，但由于它所特有的高选择性，在某些 特定的场合，例如在以常规的分离手段无法解决或虽能解 决但耗能太大的情况下，采用渗透蒸发则十分合适，如对 共沸物和相近沸点物溶液体系的分离等。
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。
Ta b l e o f C o n t e n t s
1 渗透蒸发 2 支撑液膜
1.1渗透蒸发的定义
渗透蒸发是液体混合物在膜的一侧与膜接触，其中易 渗透组分较多地溶解在膜上，并扩散通过膜，在膜的另一侧 气化而被抽出，即在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两 侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中 渗透速率不同而进行分离，进而得到分离的膜过程。 正 是 因 为 这 一 过 程 是 由 “permeation” （ 渗 透 ） 和 “evaporation”（蒸发）两个过程组成，所以合并两词的 的头尾而称为“pervaporation”，简称 PV （渗透蒸发或渗 透气化）。
渗透蒸发分离物质的过程示意参见下图。由图可见,经由上述 ①~③的分离机制而到达膜的另一侧,变为蒸气组分,被进一步 冷凝后, 将浓缩成90%的产品。
在渗透蒸发过程中，膜的上游侧压力一般维持常压， 而膜的下游侧有三种方式维持组分的低蒸气分压。
1.4渗透蒸发过程分类
根据膜两侧蒸气压差形成方法的不同 , 渗透蒸发可以分 为以下几类: 膜透过侧用真空泵抽真空,以造成 膜两侧组分的蒸气压差,如图(a)。
渗透蒸发是分离液体混合物的一种新型的膜分离技术。 与其他膜分离过程不同，渗透蒸发膜的分离过程是用一 张渗透蒸发膜，将进料液相和透过气相分隔开、并在气 相侧抽真空或通以惰性气流，把渗透组分的蒸气压控制 到接近零，液相中产生的化学位梯度作为传质推动力的 膜分离过程。 在渗透蒸发中，膜的选择性是不同组分透过膜速率大小的 决定因素。只要膜选择得当，甚至可使含量极少的溶质透 过膜，而与大量的溶剂分离，从而节省大量的能耗。 渗透蒸发过程具有能量利用效率高、选择性高、装置紧凑、 操作和控制简便、规模灵活可变等优点。对某些用常规分 离方法能耗和成本非常高的分离体系,特别是近沸、共沸 混合物的分离,渗透蒸发过程常可发挥它的优势。
渗透蒸发与反渗透等膜分离方法的最大区别在于，前者透 过时，物料将产生相变。因此，在操作过程中，必须不断 加入至少相当于透过物潜热的热量，才能维持一定的操作 温度。根据实际过程，我们常采用抽真空与冷凝相结合的 方法。
1.5渗透蒸发的特点
1.单级选择性好是渗透蒸发的最大特点。从理论上讲，渗透 蒸发的分离程度无极限，适合分离沸点相近的物质，尤其适 于恒沸物的分离，对于回收含量低的溶剂也是一种好方法。 2.过程操作简单，易于掌握，但有相变，故能耗较高。 3.由于操作中进料侧原则上不需要加压，所以不会导致膜的压 密，透过率不会随时间的延长而减少，并且在操作过程中形成 溶胀活性层，膜自动转化为非对称膜，对膜的透过率及寿命有 益。
1.3渗透蒸发(PV)的原理
渗透蒸发分离的原理如图所示。即在膜的上游连续输入经 过加热的液体，而在膜的下游以真空泵抽吸造成负压，从 而使特定的液体组分不断变作蒸气透过分离膜，然后，再 将此蒸气冷凝成液体而得以从原溶液中分离出去。
1.3渗透蒸发(PV)的原理
• 原料液进入膜组件，因为膜后侧处于低压，易挥发