簡介
滲透氣化法是一種用來分離液體混合物的膜分離方法。 滲透氣化(pervaporation即permeation-Vaporation)是膜分離技術(shù)中較年輕的一種, 是繼氣體膜分離后又一新的化工操作單元。被認(rèn)為是可以代替“ 精餾”最有希望的一種方法, 尤其對共沸物系和近沸物系等難分物系的分離, 顯示特有的優(yōu)越性。
發(fā)展歷史
滲透氣化法根據(jù)溶質(zhì)間透過的相互作用決定溶質(zhì)的滲透速度，根據(jù)相似相溶的原理，疏水性較大的溶質(zhì)易溶于疏水膜，因此滲透速度高，在透過一側(cè)得到濃縮。滲透氣化的原理示于圖。疏水膜的一側(cè)通入料液，另一側(cè)（透過側(cè)）抽真空（圖4.5）或通入惰性氣體,使膜兩側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)分壓差.在分壓差的作用下,料液中的溶質(zhì)于膜內(nèi),擴(kuò)散通過膜,在透過側(cè)發(fā)生氣化,氣化的溶質(zhì)被裝置外設(shè)置的冷凝器回收。
滲透氣化過程中溶質(zhì)發(fā)生相變，透過側(cè)溶質(zhì)以氣體狀態(tài)存在，因此消除了滲透壓的作用，從而使?jié)B透氣在較低的壓力下進(jìn)行，適于高濃度混合物的分離。滲透氣法利用溶質(zhì)之間膜透過性的差別，特別適用于共沸物和揮發(fā)度相相差較小的雙組分溶液的分離。例如，利用滲透氣化法溶縮乙醇。因此，滲透氣化又稱膜蒸滲透氣化又稱膜蒸餾。滲透汽化可經(jīng)濟(jì)地用于較寬的領(lǐng)域, 但濃度范圍有一定限制, 如料液中要脫除者在100ppm以下, 用活性炭吸附可能較便宜；同樣, 若大于5%~10%,則精餾, 吹除等法可能仍較滲透汽化為便宜, 而中間區(qū)域100ppm~5%之間,滲透汽化法較有優(yōu)勢, 可有不少重要的用途。
當(dāng)前滲透氣化主要有三方面應(yīng)用，即溶劑脫水, 水的純化以及有機(jī)物一有機(jī)物的分離。現(xiàn)已大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的只有乙醇脫水和異丙醇脫水, 由于乙醇一水, 異丙醇一水都有共沸物, 難以普通精餾分離, 用此方法比傳統(tǒng)方法—萃取精餾等大量節(jié)約能量, 很受重視。其它方面的應(yīng)用正在不斷開發(fā), 特別是有機(jī)物/有機(jī)物的分離列為膜分離中重要研究課題的第一項(xiàng), 也是因?yàn)樗艽婊虿糠执婢s。精餾為重要的操作單元, 但也是高能耗操作單元, 據(jù)美國能源部統(tǒng)計報導(dǎo)，美國化學(xué)工業(yè)和石油煉制工業(yè)中的28%能耗為精餾所用, 認(rèn)為如果用滲透汽化技術(shù), 只要能節(jié)約10%就非?？捎^了。
根據(jù)上述當(dāng)前應(yīng)用的主要方面, 滲透汽化技術(shù)未來的應(yīng)用潛在勢頭可觀。
有機(jī)溶劑脫水是滲透汽化技術(shù)最主要的工業(yè)化應(yīng)用, 也是科研中感興趣的領(lǐng)域,但還有一系列需進(jìn)一步解決的問題, 主要是：GFT膜雖已工業(yè)化應(yīng)用, 現(xiàn)已有幾種牌號, 其分離選擇性好, 而滲透通量還需進(jìn)一步提高,其它類型的膜也在不斷開發(fā), 從而提高其分離性能, 減少過程所需膜面積, 降低其組件的造價, 如等離子體膜, 滲透通量提高2倍-3倍；滲透汽化過程的傳熱, 傳質(zhì)問題, 在板框式組件中有所揭示, 在組件設(shè)計和針對新的膜性能, 還要進(jìn)一步改善?，F(xiàn)有的不銹鋼板框式組件雖耐酸、耐堿、耐溫、耐壓, 但造價太貴。若用中空纖維或卷式組件, 造價將減少, 但也有不少困難如封接、汽化空間等問題, 需進(jìn)一步研究。
滲透汽化用于水中脫除有機(jī)雜質(zhì)在工業(yè)規(guī)模作了一定的研究, 其應(yīng)用和過程開發(fā)為一前沿的科研領(lǐng)域, 主要應(yīng)用于污染的控制,有機(jī)溶劑回收和雜質(zhì)含量的降低, 在食品、香料工業(yè)、廢水中回收色香味也是可行的。當(dāng)前所用的膜對疏水性有機(jī)溶劑有相當(dāng)高的選擇性, 但對親水性的甲醇、乙醇、甲酸、乙酸等還不夠適宜, 急需開發(fā)這類選擇性好的膜。
能分離有機(jī)溶劑混合物是可以節(jié)能最顯著, 應(yīng)用最廣的領(lǐng)域, 特別是恒沸, 近沸體系的分離。要研究開發(fā)適用的膜和組件外, 還需研究其與精餾等體系的集成過程的優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化操作。這類分離過程的工業(yè)化, 只要有一、二個體系小規(guī)模的成功, 就可進(jìn)一步拓寬到經(jīng)濟(jì)性顯著的領(lǐng)域, 前景可觀。