化学工程与工艺专业工程实训实践报告
目录
前言 (2)
1.1渗透汽化的特点 (3)
2.1设计思路 (3)
2.1.1 准确的温度控制 (4)
2.1.2浓差极化现象 (4)
2.1.3 压力控制 (4)
2.2 实验装置的简介 (5)
2.3 实验过程 (5)
3 渗透膜分离性能测评实验结果[12] (6)
4 结论 (8)
参考文献 (9)
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，
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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
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
降膜吸收塔
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，
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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，因此是被广泛采用的方法。
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1.1渗透汽化的特点
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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，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。
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，膜表面附近的溶液中会形成浓度梯度，出现浓差极化的现象。浓差极化现象对膜的分离性能具有重要影响，尤其当料液中待
分离组分的浓度极低时，浓差极化现象会使分离过程的选择性大大降低。
2.1.3 压力控制
对于液体组分通过膜的传递过程，由于进料压力的变化对渗透组分的分压
影响很小，因而进料侧的压力对传递性能的影响很小。同样，在渗透萃取的过程
中渗透物侧的压力对分离性能的影响也不大。但在渗透汽化过程中，当采用真空泵维持渗透侧极低的压力时，渗透侧压力的大小直接与组分透过膜传递的推动力大小相关。此时，恒定地维持渗透侧的高真空度，可以获得较大的渗透通量。
图1 渗透汽化实验装置
2.2 实验装置的简介烷基醚硫酸盐
本实验装置中，渗透汽化膜为：聚醚聚酰胺嵌段共聚（PEBA2533）平板膜，膜室的有效面积为20.4cm2，透过侧的真空由真空泵抽吸形成，最低绝压可达500Pa，原料液的温度由为40~70℃。用紫外-可见分光光度计检测吸光度。
2.3 实验过程
（1）在原料罐中配置一定浓度的原料液（苯酚-水溶液），将膜装入膜室，拧紧螺栓；打开电热套开关，启动进料泵，开始循环料液，使料液温度和浓度趋于
滑动水口均匀。
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