渗透汽化技术推广交流材料

简介
渗透气化法是一种用来分离液体混合物的膜分离方法。 渗透气化(pervaporation即permeation-Vaporation)是膜分离技术中较年轻的一种, 是继气体膜分离后又一新的化工操作单元。被认为是可以代替“ 精馏”最有希望的一种方法, 尤其对共沸物系和近沸物系等难分物系的分离, 显示特有的优越性。
发展历史
渗透气化法根据溶质间透过的相互作用决定溶质的渗透速度，根据相似相溶的原理，疏水性较大的溶质易溶于疏水膜，因此渗透速度高，在透过一侧得到浓缩。渗透气化的原理示于图。疏水膜的一侧通入料液，另一侧（透过侧）抽真空（图4.5）或通入惰性气体,使膜两侧产生溶质分压差.在分压差的作用下,料液中的溶质于膜内,扩散通过膜,在透过侧发生气化,气化的溶质被装置外设置的冷凝器回收。
渗透气化过程中溶质发生相变，透过侧溶质以气体状态存在，因此消除了渗透压的作用，从而使渗透气在较低的压力下进行，适于高浓度混合物的分离。渗透气法利用溶质之间膜透过性的差别，特别适用于共沸物和挥发度相相差较小的双组分溶液的分离。例如，利用渗透气化法溶缩乙醇。因此，渗透气化又称膜蒸渗透气化又称膜蒸馏。渗透汽化可经济地用于较宽的领域, 但浓度范围有一定限制, 如料液中要脱除者在100ppm以下, 用活性炭吸附可能较便宜；同样, 若大于5%~10%,则精馏, 吹除等法可能仍较渗透汽化为便宜, 而中间区域100ppm~5%之间,渗透汽化法较有优势, 可有不少重要的用途。
当前渗透气化主要有三方面应用，即溶剂脱水, 水的纯化以及有机物一有机物的分离。现已大规模工业应用的只有乙醇脱水和异丙醇脱水, 由于乙醇一水, 异丙醇一水都有共沸物, 难以普通精馏分离, 用此方法比传统方法—萃取精馏等大量节约能量, 很受重视。其它方面的应用正在不断开发, 特别是有机物/有机物的分离列为膜分离中重要研究课题的第一项, 也是因为它能代替或部分代替精馏。精馏为重要的操作单元, 但也是高能耗操作单元, 据美国能源部统计报导，美国化学工业和石油炼制工业中的28%能耗为精馏所用, 认为如果用渗透汽化技术, 只要能节约10%就非常可观了。
根据上述当前应用的主要方面, 渗透汽化技术未来的应用潜在势头可观。
有机溶剂脱水是渗透汽化技术最主要的工业化应用, 也是科研中感兴趣的领域,但还有一系列需进一步解决的问题, 主要是：GFT膜虽已工业化应用, 现已有几种牌号, 其分离选择性好, 而渗透通量还需进一步提高,其它类型的膜也在不断开发, 从而提高其分离性能, 减少过程所需膜面积, 降低其组件的造价, 如等离子体膜, 渗透通量提高2倍-3倍；渗透汽化过程的传热, 传质问题, 在板框式组件中有所揭示, 在组件设计和针对新的膜性能, 还要进一步改善。现有的不锈钢板框式组件虽耐酸、耐碱、耐温、耐压, 但造价太贵。若用中空纤维或卷式组件, 造价将减少, 但也有不少困难如封接、汽化空间等问题, 需进一步研究。
渗透汽化用于水中脱除有机杂质在工业规模作了一定的研究, 其应用和过程开发为一前沿的科研领域, 主要应用于污染的控制,有机溶剂回收和杂质含量的降低, 在食品、香料工业、废水中回收色香味也是可行的。当前所用的膜对疏水性有机溶剂有相当高的选择性, 但对亲水性的甲醇、乙醇、甲酸、乙酸等还不够适宜, 急需开发这类选择性好的膜。
能分离有机溶剂混合物是可以节能最显著, 应用最广的领域, 特别是恒沸, 近沸体系的分离。要研究开发适用的膜和组件外, 还需研究其与精馏等体系的集成过程的优化设计和优化操作。这类分离过程的工业化, 只要有一、二个体系小规模的成功, 就可进一步拓宽到经济性显著的领域, 前景可观。