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1、化学工程与工艺专业工程实训实践报告目录前言21渗透汽化过程的基本原理21.1渗透汽化的特点32渗透汽化分离性能评测实验装置的设计32.1设计思路32.1.1准确的温度控制42.1.2浓差极化现象42.1.3压力控制42.2实验装置的简介52.3实验过程53渗透膜分离性能测评实验结果[12]64结论8参考文献910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
2、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
3、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
4、料液中的浓度则得以提高。可见，渗透汽化膜分离过程主要是利用料液中各组分和膜之间不同的物理化学作用来实现分离的。渗透汽化过程中组分有相变发生，相变所需的潜热由原料的显热来提供。渗透汽化过程中完成传质和分离的推动力是组分在膜两侧的蒸气分压差，组分的蒸气分压差越大，推动力越大，传质和分离所需的膜而积越小，因而在可能10化学工程与工艺专业工程实训实践报告的条件下，要尽可能地提高组分在膜两侧的蒸气分压差。这可以通过提高组分在膜上游侧的蒸气分压，或降低组分在膜下游侧的蒸气分压来实现。为提高组分在膜上游侧的蒸气分压，一般采取加热料液
5、的方法，由于液体压力的变化对蒸气压的影响不太敏感，料液侧采用常压操作方式[4]。为降低组分在膜下游侧的蒸气分压，可以采取以下几种方法:冷凝法、抽真空法、冷凝加抽真空法、载气吹扫法、溶剂吸收法[5-7]。冷凝加抽真空法是指在膜后侧同时放置冷凝器和真空泵，使大部分的渗透物凝结成液体而除去，少部分的不凝气通过真空泵排出。同单纯的膜后冷凝法相比，该法可使渗透物蒸气在真空泵作用下，以主体流动的方式通过冷凝器，大大提高了传质速率；而同单纯的膜后抽真空的方法相比，该法又可以大大降低真空泵的负荷，还可减轻对环境的污染，因此是被广泛采用
6、的方法。1.1渗透汽化的特点与蒸馏等传统的分离技术相比，渗透汽化过程具有如下突出特点「8,9]：(1)高效：选择合适的膜，单级就能达到很高的分离度。一般来讲，渗透汽化过程的分离系数可以达到几百甚至上千，远远高于传统的精馏法所能达到的分离系数，因而所需装置体积小。(2)能耗低，一般比恒沸精馏法节能1/2-1/15。(3)过程简单，附加处理少，操作方便，而且系统可靠性和稳定性高。(4)过程中不引入其他试剂，产品和环境不会受到污染。(5)渗透汽化系统具有较高的适应性，一套渗透汽化系统不仅可以用来处理浓度范围很大的同种分离体系
7、，而且还可以用来处理多种不同的分离体系。(6)渗透汽化过程的操作温度可以维持较低，能够用于一些热敏性物质的分离。(7)易于放大，便于与其它过程耦合和集成。10化学工程与工艺专业工程实训实践报告2渗透汽化分离性能评测实验装置的设计2.1设计思路在在渗透汽化和渗透萃取过程中,影响渗透膜分离性能的因素除聚合物膜材料的结构、溶液的性质以外,还包括操作温度和压力、膜表面的浓差极化现象等。因此,为了获得真实而准确的膜分离性能参数,渗透膜性能评测装置的设计过程中需要考虑并解决以下问题。2.1.1准确的温度控制料液温度是影响膜分离性能
8、的重要因素之一,温度上升会使渗透通量增大,但相应的选择性降低。在渗透萃取过程中,溶剂的温度会影响溶质在其中的溶解度以及溶剂与料液间的互渗过程。在一个实验周期中,温度的波动会使得通量和选择性发生较大变化,所得实验结果是对时间的平均值,这使得数据的真实性及对过程设计的指导意义下降。2.1.2浓差极化现象伴随着通过膜的传质过程的同时,膜
