渗透蒸发技术

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)。


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

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。


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
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。
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。
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。


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
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；
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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。