渗透汽化膜分离.ppt

渗透汽化膜分离实验 一、关于渗透汽化膜分离 膜分离是一项新兴的高效分离技术。膜分离过程是被分离混合物在一定的推动力 ( 如压差、浓差、电位差等 ) 作用下 , 通过传递介质----膜 , 进行分离的过 程。渗透汽化 (pervaporation, PV) 是一种新型膜分离技术 , 它利用膜对液体泪 合物中组分的溶解扩散性能的不同来实现分离。 它过程简单,操作方便,能耗低,在恒沸物、沸点相近混合物和异构体的分离上相对于精馆等传统分离方法具有其独特的优越性 ; 对含有少量水的有机溶剂或混合溶剂脱水以及含有少量有机污染物的废水的处理也有明显的技术、设备和经济方面的优势.作为一项方 兴未艾的新技术,渗透汽化技术正受到越来越广泛的关注和研究,它在石化食品、环保等方面具有的广阔的应用前景,正得到不断的开发和利用。 二、基本原理 当液体混合物在一张高分子膜的表面流动时,膜在高分子所含宫能团的作用下对、混合物中各组分产生吸附作用,使得组分进入膜表面(该步骤称为溶解过程).膜的另一侧抽真空 (或者用惰性气体吹扫),在浓度梯度作用下,组分透过 膜从料液侧迁移到真空侧(该步骤称为扩散过程),解吸并冷凝后得到透过品。 整个传质过程中液体在膜中的溶解和扩散占重要地位,而透过侧的蒸发传质阻 力相对小得多,通常可以忽略不计,因此该过程主要受控于溶解及扩散步骤。 由于不同组分在膜中的溶解和扩散速度不同,使得优先透过组分在真空侧得到富集,而难透过组分在料液侧得到富集.这便是渗透汽化的基本原理,其流程如下图 所示： 渗透汽化流程 三、主要技术指标 衡量膜性能的主要技术指标有渗透通量和分离因子。渗透通量定义为单位膜面积上单位时间内透过的组分质量,它反映了组分通过膜的快慢 : J = W /(S△t) (1) 式中 :J ----通量 ,g/(m2 .h); W ---在 △t(h) 时间间隔内透过膜 的组分 A 和 B 的质量,g; S---膜的有效分离面积,m2 。 分离因子α定义为组分 A 和 B 在渗透液中的组成比 (YA/YB)与在料液中的组成比 (XA/XB) 的比例,它反映了膜对组分的选择透过性: α = (YA/YB)/(XA/XB) （2） 四、实验装置及流程 渗透汽化膜分离的实验装置如下图所示,该装置的分为三个子系统:料液系统、加热系统和真空收集系统.膜器内的料液(例如配成一定浓度的乙醇 - 水溶液)由恒温水浴通过循环盘管加热.在膜器的膜后真空侧用真空泵维持一 定的真空度,透过膜并汽化的物料在冷阱内被冷冻收集在U形收集管中.真空侧设有副线以备连续操作时切换之用。 渗透汽化膜分离实验装置 1 --真空泵 ;2 --三通 ;3 --放气阀 ; 4 --真空表 ; 5 --干燥器 ;6 --冷阱 ;7 --切换阀 ; 8 --膜器 ;9 --取样器 ; 10 --搅拌器;11 --恒温水浴;12 --收集管 主要设备的结构尺寸如下 : (1) 膜器 : 不锈钢制 , 内径 92mm, 高 IOOmm, 可容纳 600mL 料液 ; (2) 真空泵 : 旋片式 , 极限真空 O.06Pa, 抽气速率 1L/s; (3) U 形管压差计 : 指示液为束 , 量程 O～800mmHg; (4) 超级恒温水浴槽 z 控温精度0.1℃, 温度范围 : 室温～1OO℃ ; (5) 冷阱 : 盛放液氮的保温瓶 , 温度大约为-196 ℃ 。 五、研究内容及课题 测定渗透汽化膜的分离性能 ,包括其分离因子及通量.对实验所用的膜做出评价。 改变进料温度或组成、膜后真空度、膜种类和厚度 , 比较各状况下的分离性能 , 并对结果进行分析。 对实验装置流程、膜器的设计、膜的选择以及膜过程相关领域的研究提出自己的见解。 自拟课题进行研究。 六、实验操作与注意事项 1、实验前的准备工作 (1) 对待分离物系进行确认 , 查找相关物性。 (2) 选择相应的膜 , 建议多选几种 , 以便进行较。 (3) 了解膜器的构造 , 进行膜器安装。 (4) 了解真空系统的流程并进行试运行 , 熟练掌握抽真空和泄掉真空 , 以及在真空条件下 ,利用旁路系统 , 取下或安装收集管的操作。 (5) 学会正确利用色谱和电子天平进行组成分析及称重操作。 2、 操作注意事项 自拟实验步骤进行实验时 ,要注意以下事项 : 膜器安装时 , 注意膜有效面的方向。 膜器安装完毕要先试漏 , 以保证实验顺利进行。 安装和取下收集管、施加液氮冷却时 , 要特别小心 ,