滲透蒸發(fā)過程ppt課件(已修改)
2025-05-24 12:25 本頁面
【正文】 第八章 滲透蒸發(fā)過程 早在 100多年前，人們就發(fā)現(xiàn)了滲透蒸發(fā)現(xiàn)象，但由于長期以來未找到既有一定分離效果，又有較高通量的膜，一直沒能得以實(shí)際應(yīng)用。該技術(shù)真正得到廣泛重視則是在發(fā)生能源危機(jī)后的 70年代末至 80年代初。由于新的聚合物的合成，膜制備技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)中降低能耗的實(shí)際要求，第一代滲透蒸發(fā)膜才走向工業(yè)應(yīng)用。 滲透蒸發(fā)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一個(gè)新的分支，也是熱驅(qū)動的蒸餾法與膜法相結(jié)合的分離過程。不過，它不同于反滲透等膜分離技術(shù)，因?yàn)樗跐B透過程中將產(chǎn)生由液相到氣相的相變。在該過程中，膜的一側(cè)為液體混合物，膜的另一側(cè)為汽相真空狀態(tài)。 通過負(fù)壓操作，使混合物的各組分在分壓差的作用下以不同的速率從膜的一側(cè)蒸發(fā)并滲透到膜的另一側(cè)，從而達(dá)到分離濃縮的目的。滲透蒸發(fā)區(qū)別于其它膜過程的重要特點(diǎn)就是有相變，在膜的一側(cè)是液體，而在膜的另一側(cè)則是氣體，滲透蒸發(fā)過程的示意圖如圖 81所示。 滲透蒸發(fā)不僅可以應(yīng)用于溶劑脫水，還可以進(jìn)行有機(jī)物 有機(jī)物分離，如果真正工業(yè)化，將可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)替代精餾。在美國精餾每年消耗能量2 1015BTU(British Thermal Unit=252cal) ，約占全美化工、 石油總耗能的 28%。 滲透蒸發(fā)過程較精餾過程節(jié)能，即使能節(jié)約 10%的能量，每年就可節(jié)約 105BTU，也就是每天節(jié)約 1 106桶原油。因此，在美國滲透蒸發(fā)是被優(yōu)先發(fā)展的膜分離過程。 ? 滲透蒸發(fā)過程的機(jī)理 ? 滲透蒸發(fā)幾種典型的流程 ? 滲透蒸發(fā)過程的特點(diǎn) ? 滲透蒸發(fā)膜、膜分離器與供應(yīng)商 ? 滲透蒸發(fā)過程的發(fā)展 ? 滲透蒸發(fā)過程的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性 ? 滲透蒸發(fā)和其他方法的聯(lián)合使用 ? 滲透蒸發(fā)過程急需解決的問題 滲透蒸發(fā)過程的機(jī)理 目前滲透蒸發(fā)的機(jī)理模型主要有溶解擴(kuò)散模型、非平衡溶解擴(kuò)散模型、虛擬相變?nèi)芙鈹U(kuò)散模型、不可逆熱力模型等幾種。但最常用的還是溶解擴(kuò)散模型。 ? 溶解擴(kuò)散模型 ? 非平衡溶解擴(kuò)散模型 ? 其它滲透蒸發(fā)模型 溶解擴(kuò)散模型 該模型是將整個(gè)過程分成兩步完成，第一步，進(jìn)料液體在膜的進(jìn)料側(cè)蒸發(fā)形成飽和蒸汽；第二步，飽和蒸汽透過膜到達(dá)膜的滲透側(cè)，第二步的完成同氣體分離過程類似。雖然在滲透蒸發(fā)過程中，在膜的原料側(cè)沒有真正發(fā)生液體的蒸發(fā)，但上述的機(jī)理模型同真正的滲透蒸發(fā)過程在熱力學(xué)上是等效的。 整個(gè)滲透蒸發(fā)過程的分離系數(shù) βpervap定義為 ?????jijip e r v a pcccc//??????jijip e r v a pccpp//? （ 82） （ 81） 式中 Ci， Cj表示 i， j組分的濃度， “ ” 表示膜的滲透側(cè) “ 39。” 表示膜的原料側(cè)。 由于滲透側(cè)是氣體，可以用蒸汽壓 P代替濃度 C，則 βpervap可以表示為： 根據(jù)滲透蒸發(fā)過程的機(jī)理膜型、則有： m e me v a pp e r v a p ??? ?? （ 83） 式中 evap?， mem?分別為混合物在蒸發(fā)過程中 ?????jijie v a pccpp//? 和透過膜的過程中的分離系數(shù)，定義為： （ 84） ?????jijim e mccpp//? （ 85） 第四章中定義了膜的本征分離系數(shù) α， α只與高聚物膜和分離物系有關(guān)： ?????????????????iijjjijjiijjiijipppppppQpQpAQpAQJJa （ 86） 將（ 86）式代入（ 85）式，有： ???????????ijjjiim e mppppppa? （ 87） 將（ 87）式代入（ 83）式，則 ????????????ijjjiie v a pp e r v a pppppppa?? （ 88） 式（ 88）對討論各種因素對滲透蒸發(fā)過程的分離貢獻(xiàn)，作用很大，從該式我們可以得到如下主要結(jié)論： 1. 蒸發(fā)、膜及操作條件都會影響到滲透蒸發(fā)過程的最終分離效果。其中蒸發(fā)過程的分離系數(shù)是由操作條件下的汽一液平衡關(guān)系所決定，可以用汽 — 液平衡數(shù)據(jù)求得。 2. 滲透蒸發(fā)膜可以優(yōu)先選擇透過易揮發(fā)組分，也可以優(yōu)先選擇透過難揮發(fā)組分，不過需要膜的選擇性足夠大。 3. 若滲透蒸發(fā)過程以優(yōu)先透過易揮發(fā)組分為目的，在較低溫度下操作有利，因?yàn)闇囟鹊? evap?較大：若以透過難揮發(fā)組分 為目的，則反之。 4. 分析（ /// ii pp ? ）一項(xiàng)，若 i組分優(yōu)先透過， //// ji pp ? 。因此，只有透過側(cè)在真空下操 0//// ?? ji pp , )/()( /////// jjji pppp ??若 j組分優(yōu)先透過也有相同結(jié)論。 則 做才有 有最大值， 非平衡溶解擴(kuò)散模型 以聚乙烯醇膜分離乙醇 水為例，滲透蒸發(fā)過程中組分通過膜的傳遞可以分為三個(gè)步驟： （ 1）乙醇、水溶解到膜的表面； （ 2）水和乙醇依靠濃度梯度擴(kuò)散到膜的
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