| 单词 | 渗透汽化技术 |
| 释义 | 【渗透汽化技术】 是通过渗透选择膜，在膜两侧组分蒸汽分压差作用下，利用液体混合物组分的溶解扩散性能不同来达到分离目的的一种膜分离过程。渗透汽化分为几种类型：真空渗透汽化，即渗透腔抽真空形成推动力；扫气渗透汽化，即用隋性气体扫过渗透腔带走渗透物；热渗透蒸发，推动力靠原料液与渗透腔器温差提供；饱和蒸汽渗透，这是原料液加热至饱和蒸汽的特殊“渗透汽化”，这种进料方式可降低进料侧膜面上的浓差极化，有利于传质分离的进行。渗透汽化具有单级选择性特别高的突出优点，并且过程简单，易于操作，能耗较低。但由于现在开发的膜的渗透通量较小，在经济上还难与常规分离技术相匹敌，只有在常规分离技术难以解决或能解决但能耗太高的情况下(如恒沸物分离、沸点相近物分离)才得以发挥其优势。 人们早在18世纪时，就从用陶器贮存乙醇水溶液而易挥发的乙醇的浓度却变高这一现象中发现了渗透汽化现象，1906年提出了定性研究，1955年才开始定量研究。20世纪50～60年代以Kammermyer等为代表的学者进行了渗透汽化的系统研究，提出了渗透汽化的机理等，但终因一直没有找到既有分离效果又有较高通量的膜而没能得以实际应用。渗透汽化真正得以重视却是在能源危机后的70～80年代初，在世界范围内得以广泛研究。膜分离科学的整体发展和成熟也促进了渗透汽化技术的研究。从1986年以来，国际上已连续召开了五届渗透汽化在化工领域中应用的学术会议。渗透汽化膜材料、成膜工艺、组件的专利报导层出不穷，仅从美国化学文摘检索中了解，1980～1981年发表5篇文章、2份专利，1987～1988年发表81篇文章、65份专利，1989～1990年发表114篇文章、67份专利。难怪有学者称，50年代研究微滤膜和离子交换膜，60年代研究反渗透膜，70年代研究超滤膜，80年代研究气体分离膜，90年代预计研究渗透汽化膜。从80年代起用于有机物脱水渗透汽化就从实验室研究进入大规模工业应用。1983年前联邦德国GFT公司在巴西建成日产1500L无水乙醇装置，随后又建立了日产量为1400～6000L无水乙醇的装置。1985年前后，又相继建立了几个醇、醚、酯、含氯碳氢化物和异丙烯乙炔等有机溶剂的脱水装置。1988年法国东部Betheniville地区的Bazancourt糖业组合建成日产150m3无水乙醇的大型工厂，其膜组件为板框式，每台膜面积为50m2，共2100m2。世界上还有几座类似规模的工厂在建设中。除了以上GFT膜以外，还有几种其它膜出现，并至少正用于中试工厂，它们是离子型膜。第一例多孔体上等离子体沉积膜也正用于中试工厂，与离子型膜相比它具有高通量、好选择性、在腐蚀性进料和高温条件上都很稳定的特点。聚乙烯醇膜由于得以广泛研究，性能也有很大改进。并在不损失选择性的前提下能量有很大提高。相对反渗透等其它膜分离过程，渗透汽化的通量要小得多，困扰各国学者的问题仍是如何寻找更稳定的膜材料用以制备具有高分离性能和高渗透通量的膜，以降低膜的制造成本。日本学者在这方面做了大量的工作。日本研究开发课题之一“高效高分子分离材料”针对水醇分离，采用褐藻酸和壳聚糖离子化以及交联的膜，对93%的乙醇，α值达到8000，丁值为0．1kg／m2·h。采用工业用中空纤维膜，对99%高浓度乙醇，α值为5000，丁值为0．06kg／m2·h，而且稳定性好。在水——醋酸分离膜方面，开发了具有磺酸基的芳香族聚脲膜，对于80%的醋酸，α为912，丁值为0．21kg／m2·h，而且稳定期在一个月以上。另外，还开发了羟基比聚乙烯醇多的羟基亚甲类含氟复合膜，在分离水－一二甲基甲酰胺时，α值达1515，丁值高达1．2kg／m2·h，此课题于1990年完成，不久将投入工业应用。日本通产省基础产业局采用聚丙烯酸与紫罗烯型聚阳离子络合复合膜，在温度70℃以下，料液95%时，水醇分离系数为3310，而渗透能量达1．69kg／m2·h。新型膜组件的开发及过程的优化仍是研究重点。继板框式结构之后，人们正大力开发占地面积小的卷式、管式或中空纤维式膜组件。对卷式和中空纤维组件来讲主要的问题是热溶剂侵蚀和渗透侧压力降问题，GKSS成功地开发出一种介于板框和卷式这间的组件。该组件利用了卷式结构的简单性和板式渗透侧通道短的优点。渗透机理的研究仍局限于修正溶解扩散模型，鉴于渗透汽化过程的传递复杂性，现有的模型还不能准确预测膜的渗透分离性能，工业设计计算仍靠以实验为基础的经验公式。中国渗透汽化的研究起步较晚，浙江大学、清华大学、化工部晨光研究所等率先开始了研究，国内众多单位都相继开展研究，国家也拨专项基金予以支持，重点仍在膜的制备上，离工业化尚有较大差距。渗透汽化技术在继目前有机物脱水实现工业化之后，还希望将目前尚处于中试或实验室阶段的应用方面推向商品化。例如从有机物／水混合体系中脱除有机物；用新型PTMSP来代替PDMS进行实验；有机物／有机物分离；与反应相结合的分离；渗透汽化与反应结合可提高转化率和产率等，正引起广泛的研究兴趣。【参考文献】：1 Brüschke H E A．Proceedings of First International Conference on Pervaporation Processes in the chemical Industry，Atlanta，1986，1～92 Slater C S，et al．Separation Science and Technology 1990，25(9 & 10)∶1063～10773 陈燕淑，等．化工进展，1991，2：10～164 John Reale，et al．Proceedings of Fifth International Conference on Pervaporation in the chemical Industry，Heid elberg，Germany，1991，3(11～15)∶231～2365 蒋维钧．第1届全国膜和膜过程学术报告会文集，1991，27～326 高技术新材料快报，1992，105(中国科学院大连化学物理研究所陈燕淑撰) |
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