北京化工大学硕士学位论文：渗透汽化法分离乙醇/水的研究 姓名：****请学位级别：硕士专业：化学工程 导师：**于； 迟天军 本人郑重声明北京化工大学论文的原创性声明：所提交的论文是本人在导师指导下独立研究工作的成果。 除文中引用的内容外，本文不包含任何其他已发表或撰写的个人或集体作品的成果。 对本文研究做出重要贡献的个人和团体已在文中明确标明。 我完全清楚，本声明的法律后果由我承担。 论文作者签名：/申力勤德。 11月/日 京华1'民学T栏fI！ j{I：度｜伦文以乙醇/水为实验材料体系，测试了壳聚糖（cs）均质膜、聚乙烯醇-聚丙烯腈（PvA-PAN）复合膜、壳聚糖/聚乙烯醇-聚丙烯腈（CS/PvA-PAN）对共混复合膜进行溶胀和渗透蒸发（Pv）实验。 研究了料液组成和料液温度对光伏分离性能的影响，讨论了CS/P和-PAN共混复合膜的共混组成、膜厚、交联时间、膜预处理等。考虑到光伏分离性能。 将膜与膜的传质特性之间的关系回归为水和乙醇的膜传质的经验相关性。 实验结果表明，当下室侧压力为30Pa、温度为333.15K、料液浓度为95wt%时，CSVA-PAN共混复合膜的渗透通量为53.1kg/m2。 h是CS均质膜的11倍，PVA-PAN复合膜的7倍。 当共混层中PVA含量为40wt%时，浇铸液中固含量为2wt%，采用较低浓度的乙醇水溶液。 当膜经过预处理时，膜的PV分离性能最好。
水在CS/PVA-PAN共混复合膜中优先溶解和扩散。 当料液浓度小于50wt%时，扩散过程对分离因数起决定性作用； 当大于50wt%时，溶解过程对分离因子起决定性作用，渗透通量由溶解和膨胀两个过程决定。 本文讨论了基于膜材料聚集结构的相关光伏行为。 对实验数据进行线性回归，建立C-PAN共混复合膜传输水和乙醇的经验相关式：Jw=374.43-17.5Co和J.=13.64-0.606G汽化，理论值为与实验值吻合良好。 关键词：聚乙烯醇、壳聚糖、复合膜、渗透汽化、乙醇、CS、P～-PAN和CS/P、0～F水膜！ 苯乙醇/水混合物。 讨论了饲料成分对性能的影响。 FORCS / P，A-泛膜，组合物，膜厚度，穿越时间进行了研究。 开展了软膜传导特性及 输运模型的研究。 结果表明CS/PVA--PAN膜的蒸发比和分离比均较高。 当乙醇用量为95wt%时，压力为30Pa，t 为333KJ+CS/PVA--PAN膜的a为53。 1公斤/平方米。 h，相当于CS膜的6倍，Pt—PAN膜的7倍。 2W % of 使用低成分乙醇溶液，EST。 解决方案和扩散程序都是PV 过程的步骤。 当乙醇进料低于50wt%时,扩散过程对分离因子贡献较大,当乙醇进料大于50wt%时,溶液对分离因子贡献主要,其中渗透选择和扩散。 开发了通过 ghCS、PVA-PAN 膜进行乙醇和水运输的模型：J.
=374.43-17.5CCJe=13.64-0.606CC。 用低浓度的酒精溶液对膜进行预处理，使PV特性达到最佳。 关键词：POLY（乙烯基-）、、NE、、乙醇/离子第一章文献综述1.1.1索宁简介小介绍是膜分离技术的一个新分支，也是膜分离领域的前沿课题之一。膜分离。 将选择性渗透汽化膜下游侧抽真空或抽入惰性气体，控制被渗透组分的蒸气压接近于零，从而使膜两侧产生分压差作为驱动的膜分离过程。传质的力称为渗透汽化膜。 分离过程。 它是利用聚合物膜中各组分的溶解度和扩散速度的差异来分离的。 具有低能耗、低污染的特点，适用于共沸物、近沸点物及异构体混合物的分离。 图1-1是渗透汽化工艺原理示意图。 图1-1是渗透汽化工艺原理示意图。 采用渗透蒸发法制备无水乙醇。 目前，欧美一些国家已实现规模化工业化生产。
与常规方法相比，在技术和经济上具有明显的优势，可概括为：在无水乙醇的制备和其他共沸混合物的分离中，无需添加第三组分，降低了成本和成本。减少或消除环境污染。 当进料混合物的水含量较低时，全蒸发比蒸馏更具选择性。 可成功替代共沸精馏和萃取精馏，节省精馏塔投资。 一般情况下，渗透蒸发主要去除水分，仅蒸发透过液，因此分离所需能量较少。 蒸馏和渗透蒸发可以结合使用，以减少投资和运行成本。 连续运转，操作简便。 渗透蒸发过程可以在很宽的湿度范围内运行（高于或低于所有组分的沸点）。 可实现闭路循环，乙醇损失可接近于零，不存在常规脱水操作中出现的环境污染问题。 渗透蒸发系统除了用于生产无水乙醇外，近年来也广泛应用于其他有机溶液的脱水，并表现出同样显着的优势。 20世纪90年代以来，渗透汽化技术逐渐从实验室走向大规模工业生产。 为适应发展形势的需要，未来的研究将主要集中在新应用领域的开发上。 1.2 渗透汽化过程的研究 1906年，等人。 首次对渗透蒸发法分离乙醇-水混合物进行了定量研究。 然而，渗透汽化过程作为一种分离技术，只有三十多年的系统研究。 20世纪80年代初，德国GFT公司建造了世界上第一台利用渗透汽化技术分离乙醇水溶液的板框式工业装置。 此后，各国学者对渗透汽化技术进行了广泛而深入的研究。
目前，国际上已有两种渗透汽化工艺实现工业化。 第一种是将乙醇水溶液脱水生产无水乙醇。 全球有超过100台在运营； 二是去除水中少量有机物。 我国有十几所高等院校和科研单位正在研究渗透汽化膜和渗透汽化工艺。 其中大部分处于实验室研究阶段。 仅中科院化学研究所等少数单位进行了中试，尚未见产业化的报道。 影响渗透蒸发的各种因素，包括进料液体温度、成分、压力、膜厚度以及膜性质和结构，已在文献中进行了广泛研究。 实验表明，温度是影响磁导率通量的主要因素。 料液温度越高，渗透通量越大。 对于所有类型的渗透蒸发膜，渗透通量 J 对操作温度 T 的依赖性被发现遵循阿肯尼乌斯方程：J2J。 exp (-Ep/RT) 其中； J为通量tg/m2h； E. 是表观渗透活化能。 焦耳/摩尔； R是气体常数，8.314J/mol。 k：T 是温度 K。表观渗透活化能 E 与许多因素有关，必须通过实验确定。 E. 该值随着进料中乙醇浓度的增加而增加。 E.随乙醇浓度增加的依赖性表明，在较高的乙醇浓度下，该过程不仅受渗透控制，而且水向膜表面的转移在很大程度上影响通量。 据报道，在较高温度下，每升高100°C，纯水通量就会增加一倍。 渗透通量随温度升高而增大的现象可以用温度升高，膜分子的热运动增加，膜内的自由体积变大，膜内分子的扩散速率增大来解释。
温度对膜选择性的影响是复杂的。 例如，改性PAN膜可分离乙醇/水。 一般来说汽化，随着温度升高，选择性降低。 当倪修远等人。 利用戊二醛交联PVA膜进行乙醇/水的渗透汽化实验，他们发现随着操作温度的升高而增加。 实验还表明，料液浓度也是影响渗透汽化性能的另一个主要因素。 料液浓度、渗透通量和分离因子之间的关系目前只能通过实验确定。 一般来说，对于透水膜，当料液中的水含量增加时，渗透通量增加，分离因子减小。 当采用P、硝酸盐和PSF复合膜分离乙醇和水时，分离因子随着料液含水量的增加而单调减小。 壳聚糖均质膜和GFT膜的渗透通量随着料液含水量的增加而单调增加。 研究人员还通过大量实验研究了膜厚对渗透汽化性能的影响。 分离因子(d)与膜厚度无关，而渗透通量(J)随着膜厚度减小而增加。 。 不过，也有例外。 表1.1显示了壳聚糖和醋酸纤维素共混膜的膜厚度与渗透汽化分离性能之间的关系。 从表中可以看出，薄膜的厚度有所增加。 渗透通量降低，而分离因子增加。 作者将此现象解释为膜厚度的增加，增加了渗透阻力，减少了膜缺陷，导致膜通量F下降，分离选择性增加。 但于立新等人的研究发现，分离因子并不与膜厚无关。 电量并不随着膜厚的增加而增加，而是随着膜厚的减小而呈现上升趋势。 而且，渗透通量与：l}膜厚与北京l'人体学I.揉捏头骨i：论文表1-1膜厚与性能的关系成反比。另外，分离组分的化学性质影响其在膜中的溶解度，从而在很大程度上影响渗透汽化性能。
分子的形状和体积也影响渗透汽化性能，因为它们直接影响分子在膜中的扩散速率。 一般来说，分子体积越大，扩散速度越小，渗透速度也越小。 影响渗透汽化性能的因素有很多。 例如，膜材料及其结构对渗透汽化性能具有决定性影响。 为了建立一套完整的膜材料选择理论，科学工作者做了大量的研究工作，提出了许多尚未完善的膜材料选择理论。 莫奇祖尔德等人。 研究了向二元混合物体系中添加第三种组分对渗透汽化性能的影响。 作者利用壳聚糖分离乙醇和水，并在乙醇/A混合物中添加COS04，引起构成膜的聚合物分子链的结构变化，导致聚合物链热运动形成的“瞬时孔隙”收缩。 这提高了膜的选择性。 共存效应也是影响渗透汽化性能的重要因素。 这是因为共存效应不仅影响液体混合物中各组分在聚合物中的吸附和溶解英语作文，而且还影响混合物中各组分在膜中的扩散。 1.3膜材料的研究在渗透汽化分离方法的研究中，膜材料的选择和开发是一个关键问题。 迄今为止，已经开发了数百种渗透汽化膜材料用于分离液体混合物。这些膜