醇脫水中空纖維滲透汽化膜及組件的研究.pdf

1、滲透汽化膜分離技術(shù)具有設(shè)備簡單、低能耗、無污染等優(yōu)點，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于醇類化合物的脫水，水中易揮發(fā)有機物的脫除，特別是有望用于恒沸、近沸及同分異構(gòu)有機混合物的分離，成為替代耗能的蒸餾的第三代膜技術(shù)。當(dāng)前，日益加劇的能源危機為滲透汽化膜分離的工業(yè)化推廣應(yīng)用增加了一個契機，因此，如要打破目前滲透汽化膜品種單一，并獲得較大規(guī)模推廣應(yīng)用的局面，制備出性能優(yōu)異的滲透汽化膜及其膜組件就變得尤為重要。本文以醇類有機物脫水為研究目標(biāo)，主要開展有關(guān)中空纖

2、維滲透汽化透水復(fù)合膜及其組件研制。 本文首先用粘度法、紅外光譜法(FTIR)和掃描電鏡法研究了聚乙烯醇(PVA)與海藻酸鈉(SA)共混相容性范圍。PVA和SA共混比、交聯(lián)劑種類和交聯(lián)劑用量以及膜厚度對膜分離性能有顯著的影響，試驗結(jié)果表明，共混膜中PVA比例升高，膜的滲透通量上升，分離因子下降；不同交聯(lián)劑交聯(lián)的膜有不同的分離性能，采用馬來酸酐交聯(lián)的膜，其滲透通量可高達(dá)1400g/m2.h，有較好的滲透通量；而用戊二醛交聯(lián)的膜分離因

3、子最高可達(dá)到3250，有較好的分離選擇性；對同一種交聯(lián)劑，隨著交聯(lián)劑(馬來酸酐)含量的增加，膜的分離因子增大，而滲透通量降低。FTIR分析表明，用馬來酸酐為交聯(lián)劑，成膜過程中海藻酸鈉和聚乙烯醇的-OH同馬來酸酐的酸酐基團發(fā)生了酯化反應(yīng)。通過試驗，還獲得制備優(yōu)良性能滲透汽化復(fù)合膜的制膜條件。 其次，用干濕相轉(zhuǎn)化法制備了聚偏氟乙烯中空纖維基膜，考察了聚偏氟乙烯含量、致孔添加劑種類、紡絲速度、內(nèi)凝膠浴流速和擠出速度對膜結(jié)構(gòu)的影響，得到

4、優(yōu)良結(jié)構(gòu)中空纖維的制膜條件。進(jìn)而分別以商用聚砜、聚丙烯腈和自制的聚偏氟乙烯膜為基膜，研制中空纖維復(fù)合膜，考察了不同支撐層對膜分離性能的影響，為滲透汽化支撐層的篩選與研制提供依據(jù)。還對比了板框式同中空纖維式膜組件的分離性能，在膜面積相等的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)中空纖維膜組件有較好的分離選擇性，而板框式膜組件有較好的滲透通量。 用優(yōu)化的制膜條件制得了聚乙烯醇與海藻酸鈉共混中空纖維復(fù)合膜，分別對乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇等有機物進(jìn)行滲透汽化脫

5、水試驗，研究了料液濃度、操作溫度、料液流速等操作條件對膜分離效果的影響，用基團貢獻(xiàn)法和粘度法解釋了這種膜對四種體系分離性能的差異。還考察了間歇操作條件下，膜的分離性能和料液被濃縮情況，以及膜的穩(wěn)定性。在45℃的操作溫度下，90wt％醇溶液中，料液流速為75ml/min時，膜的通量和分離因子分別為：J水/異丙醇=414g/m2.h，a水/異丙醇=1727； J水/正丁醇=585 g/m2.h，a水/正丁醇=606；J水/叔丁醇=370 g

6、/m2.h，a水/叔丁醇=725； J水/乙醇=384 g/m2.h，a水/乙醇=384。 制各了三個不同膜面積的中空纖維滲透汽化膜組件，考察了這些組件用于異丙醇脫水的放大效應(yīng)。試驗結(jié)果表明：隨著膜面積的增大，滲透通量呈下降趨勢，而分離因子卻有所上升。當(dāng)膜面積放大15倍時，滲透通量下降近一倍，而分離因子增加近一倍，其原因可能是大面積膜組件在長度方向的溫降增大，膜后側(cè)壓力降增大引起的。還研究了較大膜組件在不同操作溫度下滲透

7、通量和進(jìn)料濃度之間的關(guān)系?；诔浞值脑囼灁?shù)據(jù)，用二次項擬合得到水和異丙醇滲透通量隨操作溫度和料液濃度變化的關(guān)聯(lián)式，試驗數(shù)據(jù)證實了模型方程的正確性。 由溶解擴散模型理論推導(dǎo)出滲透物的通量方程，結(jié)合中空纖維滲透汽化膜器的質(zhì)量、動量和能量守恒方程建立了中空纖維滲透汽化醇脫水的數(shù)學(xué)模型方程，用數(shù)值解法求解方程，獲得了料液濃度、料液流速、滲透側(cè)壓力、滲透蒸汽流速、滲透物中水的組成和滲透通量沿軸向方向的變化，為以后商業(yè)化膜組件設(shè)計提供理論與