北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文：滲透汽化法分離乙醇/水的研究 姓名：****請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：化學(xué)工程 導(dǎo)師：**于； 遲天軍 本人鄭重聲明北京化工大學(xué)論文的原創(chuàng)性聲明：所提交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立研究工作的成果。 除文中引用的內(nèi)容外，本文不包含任何其他已發(fā)表或撰寫的個(gè)人或集體作品的成果。 對本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和團(tuán)體已在文中明確標(biāo)明。 我完全清楚，本聲明的法律后果由我承擔(dān)。 論文作者簽名：/申力勤德。 11月/日 京華1'民學(xué)T欄fI！ j{I：度｜倫文以乙醇/水為實(shí)驗(yàn)材料體系，測試了殼聚糖（cs）均質(zhì)膜、聚乙烯醇-聚丙烯腈（PvA-PAN）復(fù)合膜、殼聚糖/聚乙烯醇-聚丙烯腈（CS/PvA-PAN）對共混復(fù)合膜進(jìn)行溶脹和滲透蒸發(fā)（Pv）實(shí)驗(yàn)。 研究了料液組成和料液溫度對光伏分離性能的影響，討論了CS/P和-PAN共混復(fù)合膜的共混組成、膜厚、交聯(lián)時(shí)間、膜預(yù)處理等。考慮到光伏分離性能。 將膜與膜的傳質(zhì)特性之間的關(guān)系回歸為水和乙醇的膜傳質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)下室側(cè)壓力為30Pa、溫度為333.15K、料液濃度為95wt%時(shí)，CSVA-PAN共混復(fù)合膜的滲透通量為53.1kg/m2。 h是CS均質(zhì)膜的11倍，PVA-PAN復(fù)合膜的7倍。 當(dāng)共混層中PVA含量為40wt%時(shí)，澆鑄液中固含量為2wt%，采用較低濃度的乙醇水溶液。 當(dāng)膜經(jīng)過預(yù)處理時(shí)，膜的PV分離性能最好。
水在CS/PVA-PAN共混復(fù)合膜中優(yōu)先溶解和擴(kuò)散。 當(dāng)料液濃度小于50wt%時(shí)，擴(kuò)散過程對分離因數(shù)起決定性作用； 當(dāng)大于50wt%時(shí)，溶解過程對分離因子起決定性作用，滲透通量由溶解和膨脹兩個(gè)過程決定。 本文討論了基于膜材料聚集結(jié)構(gòu)的相關(guān)光伏行為。 對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，建立C-PAN共混復(fù)合膜傳輸水和乙醇的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)式：Jw=374.43-17.5Co和J.=13.64-0.606G汽化，理論值為與實(shí)驗(yàn)值吻合良好。 關(guān)鍵詞：聚乙烯醇、殼聚糖、復(fù)合膜、滲透汽化、乙醇、CS、P～-PAN和CS/P、0～F水膜！ 苯乙醇/水混合物。 討論了飼料成分對性能的影響。 FORCS / P，A-泛膜，組合物，膜厚度，穿越時(shí)間進(jìn)行了研究。 開展了軟膜傳導(dǎo)特性及 輸運(yùn)模型的研究。 結(jié)果表明CS/PVA--PAN膜的蒸發(fā)比和分離比均較高。 當(dāng)乙醇用量為95wt%時(shí)，壓力為30Pa，t 為333KJ+CS/PVA--PAN膜的a為53。 1公斤/平方米。 h，相當(dāng)于CS膜的6倍，Pt—PAN膜的7倍。 2W % of 使用低成分乙醇溶液，EST。 解決方案和擴(kuò)散程序都是PV 過程的步驟。 當(dāng)乙醇進(jìn)料低于50wt%時(shí),擴(kuò)散過程對分離因子貢獻(xiàn)較大,當(dāng)乙醇進(jìn)料大于50wt%時(shí),溶液對分離因子貢獻(xiàn)主要,其中滲透選擇和擴(kuò)散。 開發(fā)了通過 ghCS、PVA-PAN 膜進(jìn)行乙醇和水運(yùn)輸?shù)哪Ｐ停篔.
=374.43-17.5CCJe=13.64-0.606CC。 用低濃度的酒精溶液對膜進(jìn)行預(yù)處理，使PV特性達(dá)到最佳。 關(guān)鍵詞：POLY（乙烯基-）、、NE、、乙醇/離子第一章文獻(xiàn)綜述1.1.1索寧簡介小介紹是膜分離技術(shù)的一個(gè)新分支，也是膜分離領(lǐng)域的前沿課題之一。膜分離。 將選擇性滲透汽化膜下游側(cè)抽真空或抽入惰性氣體，控制被滲透組分的蒸氣壓接近于零，從而使膜兩側(cè)產(chǎn)生分壓差作為驅(qū)動的膜分離過程。傳質(zhì)的力稱為滲透汽化膜。 分離過程。 它是利用聚合物膜中各組分的溶解度和擴(kuò)散速度的差異來分離的。 具有低能耗、低污染的特點(diǎn)，適用于共沸物、近沸點(diǎn)物及異構(gòu)體混合物的分離。 圖1-1是滲透汽化工藝原理示意圖。 圖1-1是滲透汽化工藝原理示意圖。 采用滲透蒸發(fā)法制備無水乙醇。 目前，歐美一些國家已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)化生產(chǎn)。
與常規(guī)方法相比，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上具有明顯的優(yōu)勢，可概括為：在無水乙醇的制備和其他共沸混合物的分離中，無需添加第三組分，降低了成本和成本。減少或消除環(huán)境污染。 當(dāng)進(jìn)料混合物的水含量較低時(shí)，全蒸發(fā)比蒸餾更具選擇性。 可成功替代共沸精餾和萃取精餾，節(jié)省精餾塔投資。 一般情況下，滲透蒸發(fā)主要去除水分，僅蒸發(fā)透過液，因此分離所需能量較少。 蒸餾和滲透蒸發(fā)可以結(jié)合使用，以減少投資和運(yùn)行成本。 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，操作簡便。 滲透蒸發(fā)過程可以在很寬的濕度范圍內(nèi)運(yùn)行（高于或低于所有組分的沸點(diǎn)）。 可實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，乙醇損失可接近于零，不存在常規(guī)脫水操作中出現(xiàn)的環(huán)境污染問題。 滲透蒸發(fā)系統(tǒng)除了用于生產(chǎn)無水乙醇外，近年來也廣泛應(yīng)用于其他有機(jī)溶液的脫水，并表現(xiàn)出同樣顯著的優(yōu)勢。 20世紀(jì)90年代以來，滲透汽化技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。 為適應(yīng)發(fā)展形勢的需要，未來的研究將主要集中在新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)上。 1.2 滲透汽化過程的研究 1906年，等人。 首次對滲透蒸發(fā)法分離乙醇-水混合物進(jìn)行了定量研究。 然而，滲透汽化過程作為一種分離技術(shù)，只有三十多年的系統(tǒng)研究。 20世紀(jì)80年代初，德國GFT公司建造了世界上第一臺利用滲透汽化技術(shù)分離乙醇水溶液的板框式工業(yè)裝置。 此后，各國學(xué)者對滲透汽化技術(shù)進(jìn)行了廣泛而深入的研究。
目前，國際上已有兩種滲透汽化工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 第一種是將乙醇水溶液脫水生產(chǎn)無水乙醇。 全球有超過100臺在運(yùn)營； 二是去除水中少量有機(jī)物。 我國有十幾所高等院校和科研單位正在研究滲透汽化膜和滲透汽化工藝。 其中大部分處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。 僅中科院化學(xué)研究所等少數(shù)單位進(jìn)行了中試，尚未見產(chǎn)業(yè)化的報(bào)道。 影響滲透蒸發(fā)的各種因素，包括進(jìn)料液體溫度、成分、壓力、膜厚度以及膜性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，已在文獻(xiàn)中進(jìn)行了廣泛研究。 實(shí)驗(yàn)表明，溫度是影響磁導(dǎo)率通量的主要因素。 料液溫度越高，滲透通量越大。 對于所有類型的滲透蒸發(fā)膜，滲透通量 J 對操作溫度 T 的依賴性被發(fā)現(xiàn)遵循阿肯尼烏斯方程：J2J。 exp (-Ep/RT) 其中； J為通量tg/m2h； E. 是表觀滲透活化能。 焦耳/摩爾； R是氣體常數(shù)，8.314J/mol。 k：T 是溫度 K。表觀滲透活化能 E 與許多因素有關(guān)，必須通過實(shí)驗(yàn)確定。 E. 該值隨著進(jìn)料中乙醇濃度的增加而增加。 E.隨乙醇濃度增加的依賴性表明，在較高的乙醇濃度下，該過程不僅受滲透控制，而且水向膜表面的轉(zhuǎn)移在很大程度上影響通量。 據(jù)報(bào)道，在較高溫度下，每升高100°C，純水通量就會增加一倍。 滲透通量隨溫度升高而增大的現(xiàn)象可以用溫度升高，膜分子的熱運(yùn)動增加，膜內(nèi)的自由體積變大，膜內(nèi)分子的擴(kuò)散速率增大來解釋。
溫度對膜選擇性的影響是復(fù)雜的。 例如，改性PAN膜可分離乙醇/水。 一般來說汽化，隨著溫度升高，選擇性降低。 當(dāng)倪修遠(yuǎn)等人。 利用戊二醛交聯(lián)PVA膜進(jìn)行乙醇/水的滲透汽化實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)隨著操作溫度的升高而增加。 實(shí)驗(yàn)還表明，料液濃度也是影響滲透汽化性能的另一個(gè)主要因素。 料液濃度、滲透通量和分離因子之間的關(guān)系目前只能通過實(shí)驗(yàn)確定。 一般來說，對于透水膜，當(dāng)料液中的水含量增加時(shí)，滲透通量增加，分離因子減小。 當(dāng)采用P、硝酸鹽和PSF復(fù)合膜分離乙醇和水時(shí)，分離因子隨著料液含水量的增加而單調(diào)減小。 殼聚糖均質(zhì)膜和GFT膜的滲透通量隨著料液含水量的增加而單調(diào)增加。 研究人員還通過大量實(shí)驗(yàn)研究了膜厚對滲透汽化性能的影響。 分離因子(d)與膜厚度無關(guān)，而滲透通量(J)隨著膜厚度減小而增加。 。 不過，也有例外。 表1.1顯示了殼聚糖和醋酸纖維素共混膜的膜厚度與滲透汽化分離性能之間的關(guān)系。 從表中可以看出，薄膜的厚度有所增加。 滲透通量降低，而分離因子增加。 作者將此現(xiàn)象解釋為膜厚度的增加，增加了滲透阻力，減少了膜缺陷，導(dǎo)致膜通量F下降，分離選擇性增加。 但于立新等人的研究發(fā)現(xiàn)，分離因子并不與膜厚無關(guān)。 電量并不隨著膜厚的增加而增加，而是隨著膜厚的減小而呈現(xiàn)上升趨勢。 而且，滲透通量與：l}膜厚與北京l'人體學(xué)I.揉捏頭骨i：論文表1-1膜厚與性能的關(guān)系成反比。另外，分離組分的化學(xué)性質(zhì)影響其在膜中的溶解度，從而在很大程度上影響滲透汽化性能。
分子的形狀和體積也影響滲透汽化性能，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懛肿釉谀ぶ械臄U(kuò)散速率。 一般來說，分子體積越大，擴(kuò)散速度越小，滲透速度也越小。 影響滲透汽化性能的因素有很多。 例如，膜材料及其結(jié)構(gòu)對滲透汽化性能具有決定性影響。 為了建立一套完整的膜材料選擇理論，科學(xué)工作者做了大量的研究工作，提出了許多尚未完善的膜材料選擇理論。 莫奇祖爾德等人。 研究了向二元混合物體系中添加第三種組分對滲透汽化性能的影響。 作者利用殼聚糖分離乙醇和水，并在乙醇/A混合物中添加COS04，引起構(gòu)成膜的聚合物分子鏈的結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致聚合物鏈熱運(yùn)動形成的“瞬時(shí)孔隙”收縮。 這提高了膜的選擇性。 共存效應(yīng)也是影響滲透汽化性能的重要因素。 這是因?yàn)楣泊嫘?yīng)不僅影響液體混合物中各組分在聚合物中的吸附和溶解英語作文，而且還影響混合物中各組分在膜中的擴(kuò)散。 1.3膜材料的研究在滲透汽化分離方法的研究中，膜材料的選擇和開發(fā)是一個(gè)關(guān)鍵問題。 迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了數(shù)百種滲透汽化膜材料用于分離液體混合物。這些膜