渗透汽化实验课件
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渗透汽化_精品文档
渗透汽化概述渗透汽化是一种将液体转化为气体的过程。
在物理学中，渗透汽化是液体通过半透膜向气相传导的现象。
在化学工程中，渗透汽化是一项用于分离混合物成分的操作。
本文将介绍渗透汽化的原理、应用领域和常见工艺。
原理渗透汽化的原理基于膜的渗透性能。
膜通常由聚合物或陶瓷材料制成，具有特定的孔隙结构和选择性。
当液体通过膜时，分子会依靠其大小和亲疏水性被膜孔隙所选择性地渗透。
相对较小的分子能够通过膜孔隙，而较大的分子则被阻拦。
渗透汽化的过程可以分为两个阶段：吸附和解吸。
首先，液体通过膜孔隙吸附到膜表面上。
然后，在施加适当的温度和压力条件下，液体分子会解吸并转化为气体。
应用领域渗透汽化已在许多领域得到广泛应用。
脱盐脱盐是渗透汽化的一个主要应用领域。
海水淡化是解决淡水短缺问题的关键技术之一。
通过将海水通过渗透汽化膜进行处理，可以去除其中的盐分和杂质，得到可用于农业灌溉、工业生产和居民生活的淡水。
废水处理渗透汽化也可以用于废水处理。
通过将废水通过渗透汽化膜进行处理，可以分离出其中的有机物、溶解性固体和重金属离子等污染物。
这种方法不仅能够减少水污染物的排放，还能够回收其中的可再利用资源，如有机物和水。
药物和酒精浓缩渗透汽化还可以用于药物和酒精的浓缩。
通过选择性渗透汽化，可以将溶液中的溶剂分离出来，使药物或酒精的浓度升高。
这种方法比传统的浓缩方法更加节能、环保。
气体分离除了液体分离外，渗透汽化还可以应用于气体的分离。
通过选择性渗透汽化膜，可以将混合气体中的特定成分分离出来。
这种方法在石油化工、天然气处理和空气分离等领域具有广泛的应用。
常见工艺渗透汽化的工艺通常包括以下几个步骤：1.前处理：液体进料通常需要经过预处理，去除其中的杂质和固体颗粒，以防堵塞膜的孔隙结构。
2.进料供应：液体需要以适当的速度和压力供应到渗透汽化设备中。
3.温度和压力控制：通过控制进料液体的温度和压力，使液体分子能够在膜孔隙中吸附和解吸。
4.液体和气体分离：通过将液体和气体分离，可以得到纯净的气体产品。
第七章渗透汽化及蒸气渗透
第七章 渗透汽化与蒸气渗透
超过百亿美元年产值
膜技术家族
成熟膜技术 微滤、超滤 、电渗析、反 渗透、气体分 离
新型膜技术 渗透汽化
(pervaporation,PV)
蒸汽渗透
（Vapour Permeation,VP)
第七章 渗透汽化
7.1渗透汽化膜的发展概况
1917年Kober介绍了水从蛋白质－甲苯溶液通过火棉胶器壁的选择渗透 作用，第一次使用了渗透汽化（pervaporatiom）。 60年代Binning对渗透汽化进行了系统了研究，并在渗透汽化膜、组件 和装置制造上申请了专利。 80年代初，德国GFT（力士乐）公司在欧洲首先建立了乙醇脱水制高纯 酒精的渗透蒸发装置。 90年代初，100多套渗透蒸发装置相继投入应用。除了用于乙醇、异丙 醇脱水外，还用于丙酮、乙二醇等溶剂的脱水。 我国在 1984年主要对优先透水膜和醇水溶液的脱水过程进行研究。近 年对优先透有机物膜、水中有机物脱除、有机物-有机物分离以及渗透汽 化与反应耦合也在进行研究。
本质原因
料液中各组分在 膜中的溶解度和 扩散速度存在差 异。
分离推动力
组分在膜两侧的 蒸汽分压差。 分压差越大，推 动力越大。尽可 能提高两侧蒸汽 分压差。
实现方法
提高膜上游侧蒸 汽分压；降低膜 下游侧蒸汽分压
7.4.1 抽真空法
膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧蒸汽压差。
膜组件
原料
截留物
冷凝器
按结构分：均质膜、非对称膜和复合膜； 按基本分离体系分：优先透水膜、优先透有机物膜和有机物分离膜； 按膜材料分：有机高分子膜、无机膜和有机/无机复合物膜；
7.7 传递过程的基本理论
渗透蒸发过程涉及到复杂的渗透物与膜、渗透物组分之间的相互作 用。目前已提出的描述模型有数十个，最主要的是溶解扩散模型和孔流 模型，其中溶解扩散模型应用比较普遍。
超过百亿美元年产值
膜技术家族
成熟膜技术 微滤、超滤 、电渗析、反 渗透、气体分 离
新型膜技术 渗透汽化
(pervaporation,PV)
蒸汽渗透
（Vapour Permeation,VP)
第七章 渗透汽化
7.1渗透汽化膜的发展概况
1917年Kober介绍了水从蛋白质－甲苯溶液通过火棉胶器壁的选择渗透 作用，第一次使用了渗透汽化（pervaporatiom）。 60年代Binning对渗透汽化进行了系统了研究，并在渗透汽化膜、组件 和装置制造上申请了专利。 80年代初，德国GFT（力士乐）公司在欧洲首先建立了乙醇脱水制高纯 酒精的渗透蒸发装置。 90年代初，100多套渗透蒸发装置相继投入应用。除了用于乙醇、异丙 醇脱水外，还用于丙酮、乙二醇等溶剂的脱水。 我国在 1984年主要对优先透水膜和醇水溶液的脱水过程进行研究。近 年对优先透有机物膜、水中有机物脱除、有机物-有机物分离以及渗透汽 化与反应耦合也在进行研究。
本质原因
料液中各组分在 膜中的溶解度和 扩散速度存在差 异。
分离推动力
组分在膜两侧的 蒸汽分压差。 分压差越大，推 动力越大。尽可 能提高两侧蒸汽 分压差。
实现方法
提高膜上游侧蒸 汽分压；降低膜 下游侧蒸汽分压
7.4.1 抽真空法
膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧蒸汽压差。
膜组件
原料
截留物
冷凝器
按结构分：均质膜、非对称膜和复合膜； 按基本分离体系分：优先透水膜、优先透有机物膜和有机物分离膜； 按膜材料分：有机高分子膜、无机膜和有机/无机复合物膜；
7.7 传递过程的基本理论
渗透蒸发过程涉及到复杂的渗透物与膜、渗透物组分之间的相互作 用。目前已提出的描述模型有数十个，最主要的是溶解扩散模型和孔流 模型，其中溶解扩散模型应用比较普遍。
第十章_渗透汽化(PV)
31
32
20
乙二醇/水
Glycol/water separation process
21
Dehydration of Ethylene Dichloride (EDC) 1,2-二氯乙烷
22
Photograph of a 50-m2 GFT plate-and-frame module and an ethanol dehydration system fitted with this type of module.
29
Pervaporation on Debutanizer Sidedraw
Methods of integrating pervaporation membranes in the recovery of methanol from the MTBE production process
30
（共沸物）
差小，则组分与聚合物间的亲和力大，组分在聚合物中
的溶解量大。 C. 极性相似和溶剂化原则 D. 定性的亲憎水平衡理论
16
膜材料选择性的预测 ① 溶解度参数 ② 聚合物的亲水性、疏水性 如，亲水性聚合物能
优先透过水，是脱水膜最好的候选材料。 ③ 弹性体聚合物与玻璃态聚合物 弹性体材料通
常优先吸附有机溶剂，是从水中脱除有机溶剂渗 透汽化膜最好的候选材料。
19
8. 渗透汽化的应用
1. 有机溶剂脱水 这是PV过程研究最多，产业化最早，
应用最普遍，技术最成熟的领域。无水乙醇的生产、异 丙醇的脱水浓缩、苯中微量水的脱除、碳六溶剂中微量 水的脱除。 一般采用亲水性的聚乙烯醇(PVA)为分离层，聚丙烯腈 (PAN)多孔膜为支撑层的PVA/PAN复合膜。 从国际上已投产的PV工业装置的运行结果表明，与传统 的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，采用PV技术生产无水乙醇， 可使能耗大大降低，仅为蒸馏法的1/2 ~ 1/3，整个生产装 置总投资为传统分离方法总投资的40%~80%。
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乙二醇/水
Glycol/water separation process
21
Dehydration of Ethylene Dichloride (EDC) 1,2-二氯乙烷
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Photograph of a 50-m2 GFT plate-and-frame module and an ethanol dehydration system fitted with this type of module.
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Pervaporation on Debutanizer Sidedraw
Methods of integrating pervaporation membranes in the recovery of methanol from the MTBE production process
30
（共沸物）
差小，则组分与聚合物间的亲和力大，组分在聚合物中
的溶解量大。 C. 极性相似和溶剂化原则 D. 定性的亲憎水平衡理论
16
膜材料选择性的预测 ① 溶解度参数 ② 聚合物的亲水性、疏水性 如，亲水性聚合物能
优先透过水，是脱水膜最好的候选材料。 ③ 弹性体聚合物与玻璃态聚合物 弹性体材料通
常优先吸附有机溶剂，是从水中脱除有机溶剂渗 透汽化膜最好的候选材料。
19
8. 渗透汽化的应用
1. 有机溶剂脱水 这是PV过程研究最多，产业化最早，
应用最普遍，技术最成熟的领域。无水乙醇的生产、异 丙醇的脱水浓缩、苯中微量水的脱除、碳六溶剂中微量 水的脱除。 一般采用亲水性的聚乙烯醇(PVA)为分离层，聚丙烯腈 (PAN)多孔膜为支撑层的PVA/PAN复合膜。 从国际上已投产的PV工业装置的运行结果表明，与传统 的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，采用PV技术生产无水乙醇， 可使能耗大大降低，仅为蒸馏法的1/2 ~ 1/3，整个生产装 置总投资为传统分离方法总投资的40%~80%。
渗透汽化实验课件
piw , permeate
xi
a b c d δ e
yi
膜
δsupport
实验的参数： 渗侧压力： 1013Pa 膜有效面积： A1=72.35cm2
2、渗透汽化装置
A2=46.5cm2
17
3、渗透汽化膜过程传质机理 发生了相 变
18
渗透汽化主要应用与哪些方面呢？
19
4. 渗透汽化的使用范围
1.44 1.42 1.4 1.38 1.36 1.34 1.32 0 0.2 0.4 26 0.6 0.8
系列1 线性 (系列1)
2
b）通量的计算（flux calculation）
渗透通量反映了膜处理能力的大小
27
c）分离因子的计算（separation factor calculation）
分离因子反映了膜的选择性能
28
思考题
1、渗透蒸发膜性能衡量指标是什么？ 2、渗透汽化分离的主要领域有哪些？ 3、渗透汽化分离的主要的优点是什么？ 4、渗透汽化和超滤膜分离有何不同点？ 5、结合本次渗透蒸发实验的结果,试从理论 上解释温度对渗透蒸发膜性能的影响。
29
提出实验要求： 实验中按时到课，迟到早退 扣分 每个人都动手做实验，在等待时间内注意观察 不能串岗或者离岗，不做与实验无关事情 扣分
22
复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强 度高、稳定性能好等特点受到广泛重视。
23
2、评价渗透汽化膜的特性 四个指标：
衡量一张渗透汽化膜的实用性一般用下面的 1：膜的分离因子α；
2：膜的渗透通量J；
3：膜的机械强度；
[详细讲解]渗透汽化膜分离实验
![[详细讲解]渗透汽化膜分离实验](https://img.taocdn.com/s3/m/b29ca12d86c24028915f804d2b160b4e767f8160.png)
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(pervaporatioion，PV)是一种新型膜分离技术，它利用膜对液体混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馏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酌应用前景，正得到不断的开发和利用。
渗透蒸发(渗透汽化) 是有相变的膜渗透过程。
渗透蒸发是在膜的下游侧减压，组分在膜两侧蒸汽压差的推动下，首先选择性地溶解在膜的料液表面，再扩散透过膜，最后在膜的透过侧表面气化、解吸。
渗透蒸发可使含量极低的溶质透过膜，达到与大量溶剂分离的目的。
显然，用渗透蒸发技术分离液体混合物，特别是恒沸物、近沸物，具有过程简单、操作方便、效率高、能耗低和无污染等优点。
一、实验目的与内容1.理解渗透蒸发的分离原理。
2.掌握渗透蒸发分离乙醇——水的操作方法。
3.研究影响渗透蒸发分离性能的主要因素及其影响规律。
二、实验原理当液体温合物在一张高分子膜的表面流动时，膜在高分子所含官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产品。
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。
第七章渗透汽化及蒸气渗透
第八页，共25页。
7.4.2 热渗透汽化 通过加热进料液和透过测冷凝的方法，形成膜两侧组分的蒸汽压差。
原料
加热器
膜组件
截留物
冷凝器
气-液分离器
不凝气
能耗比抽真空小，分离效率低；
缺点是不能有效的保证不凝气从系统排除，实际很少应用
2020/12/13
膜材料与膜过程
9
第九页，共25页。
7.4.3 载气吹扫法
膜材料与膜过程
20
第二十页，共25页。
7.8.3 有机物分离膜 工业上分离有机混合物渗透汽化膜的尚处于开发阶段。
醇/醚分离膜
主要的例子有甲醇/甲基叔丁基醚和乙醇/乙基叔丁基醚。
膜材料主要有乙酸纤维素、聚酰亚胺、聚苯醚等。
芳烃/烷烃分离膜 例如苯/环己烷、甲苯/正辛烷或异辛烷的等的分离。
同分异构体的分离膜 如混合二甲苯、丁醇异构体等的分离 。
2
第二页，共25页。
2020/12/13
Hale Waihona Puke 膜材料与膜过程3第三页，共25页。
7.2 渗透汽化基本概念
渗透汽化 pervaporation， PV（缩写） 是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下，利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程。 蒸气渗透 vapour permeation， VP（缩写）
利用蒸气混合物或蒸气与不凝性气体混合物在致密膜中的溶解度与扩散速率的不同而实现的分离过程。 分离目的：挥发性液体混合物的分离。
推动力：分压差、浓度差。
截留组分：不易溶解组分或较大、较难挥发物。
透过组分：膜内易溶解或易挥发组分。
透过组分在料液中的含量：少量组分。
2020/12/13
第十章 渗透汽化(PV)PPT课件
目前，用PV技术提取或脱除有机物的主要应用有：1）从废 水中去除有机污染物，如酚、苯、各种有机酸、酯、卤代烃 等；2）从酒类饮料中回收乙醇；3）从果汁、饮料中回收芳 香物质，包括酯类、醛类和一些烃类。
Once-through pervaporation system design. This design is most suitable for removal of VOCs with modest separation factors for which concentration polarization is not a problem
② 通过扩散在膜内渗透； ③ 在膜的另一侧变成气相
脱附而与膜分离。
PV过程原理示意图
10
下游抽真空或惰气吹扫渗透汽化过程示意图
11
12
Cross-section of a composite membrane
13
5. 渗透汽化过程传递机理
1。溶解~扩散模型 ① 料液中组分吸收进入膜料液测表面； ② 组分扩散透过膜； ③ 从下游侧表面解吸进入气相。 2。孔流模型 ① 液体组分通过孔道传输到膜内某处的液~气相界
8
渗透汽化适用的分离过程
① 具有一定挥发性的物质的分离(先决条件); ② 从混合液中分离出少量物质; ③ 恒沸物的分离; ④ 精馏难以分离的沸点相近物质的分离; ⑤ 与反应过程结合.
9
4. 渗透汽化(PV)的原理
其分离机理可分为3步： (溶解~扩散模型)
① 被分离的物质在膜表面 上有选择地被吸附并被 溶解；
2. 渗透汽化的分类
I. 减压渗透汽化 II. 加热渗透汽化 III. 吹扫渗透汽化 IV. 冷凝渗透汽化
3
4
Once-through pervaporation system design. This design is most suitable for removal of VOCs with modest separation factors for which concentration polarization is not a problem
② 通过扩散在膜内渗透； ③ 在膜的另一侧变成气相
脱附而与膜分离。
PV过程原理示意图
10
下游抽真空或惰气吹扫渗透汽化过程示意图
11
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Cross-section of a composite membrane
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5. 渗透汽化过程传递机理
1。溶解~扩散模型 ① 料液中组分吸收进入膜料液测表面； ② 组分扩散透过膜； ③ 从下游侧表面解吸进入气相。 2。孔流模型 ① 液体组分通过孔道传输到膜内某处的液~气相界
8
渗透汽化适用的分离过程
① 具有一定挥发性的物质的分离(先决条件); ② 从混合液中分离出少量物质; ③ 恒沸物的分离; ④ 精馏难以分离的沸点相近物质的分离; ⑤ 与反应过程结合.
9
4. 渗透汽化(PV)的原理
其分离机理可分为3步： (溶解~扩散模型)
① 被分离的物质在膜表面 上有选择地被吸附并被 溶解；
2. 渗透汽化的分类
I. 减压渗透汽化 II. 加热渗透汽化 III. 吹扫渗透汽化 IV. 冷凝渗透汽化
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汽化现象PPT精品课件
植物体内 的有机物
土壤
土壤中的水 和无机盐
为什么海带不能生活在深海?
海带是自养生物，需要 阳光进行光合作用。深海里 光线太弱，无法进行正常的
光合作用。
1、新陈代谢是生物最基本的特征，什么是新 陈代谢？ 活着的生物体要不断与外界环境
进行物质和能量的_交__换__,同时生物体内又 不断进行物质和能量的_转__变__。 2、在新陈代谢包括 物质代谢 和_能__量__代__谢___ 两个方面；同时既有 同化作用 ，又 有异化作用 ，这两者有怎样的关系？
二、教学目标：
1、知识要求： （1）知道蒸发现象 （2）知道蒸发过程中要吸热 （3）理解影响蒸发快慢的因素，并能用其解释简单的现象
2、能力要求： （1）初步培养学生动手实验能力，观察能力和分析、归纳概括能力。 （2）培养学生将学到的物理知识及技术与生活密切联系的能力。
3、德育要求： （1）培养学生探索热现象的兴趣，认识学习科学知识的重要。 （2）培养学生珍惜水资源节约用水的意识。
③ 腐生：一种生物从另一种生物的遗体或其他有机物中吸 收营养来维持自身生命活动的营养方式。
（蘑菇）
（木耳）
二、微生物的代谢
它们是怎样获得营养的？
⑴腐生生物： 异 养
分解生物的遗体、粪便或脱落物来获得营养 的生物。
生
（包括绝大多数真菌、细菌等微生物）
物 ⑵寄生生物： 从活生物身上夺取营养来养活自己的生物。
3、生物的新陈代谢类型是怎样划分的？
2 、异养：从外界摄取现存的有机物来获得 营养，这种营养方式叫异养。
思考: 同学们还能举出哪些异养的例子呢？
例:牛把草转变 为自身的营养。
动物有哪些适应异养生活的特征？
呵呵，我可
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A）温度影响 （Effect of operating temperature） 温度升高，通量增加，选择性系数影响不大 B）进料组分影响 （Effect of the feed composition） 渗透组分含量越高，通量越大，选择性下降 C)渗透侧压力影响（ Effect of the permeate pressure ） D)流量的影响 （ Effect of the feed flow）
9
3、反渗透
本章着重讨论渗透汽化（PV)的一些参数及其
操作情况。
10
二、渗透汽化
1、渗透汽化的分离原理：溶质与膜的亲和 作用,与某一物质的极性相关 ➢具体工作原理：利用膜对液体混合物中 各组分的溶解性不同，及各组分在膜中的 扩散速度不同从而得以达到分离目的。 ➢优点： 高选择性，低消耗，为物理分离机制，操作灵活，
不需要额外的添加剂以及易于放大，无污染。
11
2、分类 2.1 真空渗透汽化 膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组
分的分压差，该法简单，传质推动力大。
2.2 热渗透汽化
通过料液侧加热或透过侧冷凝的方法，形成 膜两侧组分的蒸汽压差。
2.3 不凝性载气吹扫渗透汽化
用不凝性载气吹扫膜的透过侧，带走渗透组 分，吹扫气冷凝回收透过组分，载气循环 使用，若不需要回收透过组分，载气可直 接放空。
液膜技术、气体渗透、渗透蒸发
6
膜分离发展过程和趋势
膜
反
活 化
闸 膜
应 器
传
递
电
渗
控析
制
气 体
释 放
渗 透
分 离
汽
双化
极
膜 液
膜
反 超 微透 渗 滤 滤析 透
低增长
高增长
可用？
7
1、透析 小分子
透析膜
水 大分子
透析原理
8
2、超滤和微滤： 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压
差微传质推动力，用于截留高分子溶质或 固体微粒。
实验 20 渗透汽化膜DMC-MeOH和己内酰 胺和水分离体系
1
目录
1 膜分离绪论 2 渗透汽化膜概论和工作原理 3实验要求和说明
2
碳酸二甲酯-甲醇体系
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，DMC)是 一种绿色新型化工原料，作为有机合成中 间体在农药、医药、高分子合成中得到广 泛应用 DMC 的工业生产方法主要有甲醇(MeOH) 氧化羰基化法、酯交换法 等．但由于反应 后得到的MeOH—DMC 混合物存在共沸组 成，需进行分离．
溶解 扩散 膜
汽化
a
bc d
e
δ
δsupport
实验的参数： 渗侧压力： 1013Pa 膜有效面积： A1=72.35cm2
A2=46.5cm2
2、渗透汽化装置
17
3、渗透汽化膜过程传质机理 ➢发生了相 变
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渗透汽化主要应用与哪些方面呢？
19
4. 渗透汽化的使用范围
渗透汽化因为分离过程不受汽液平衡的限制，能够以低 的能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成 的分离任务
主要应用于: l、有机溶剂脱水，
⑴共沸物系（乙醇/水、叔丁醇/水、异丙醇/水） ⑵受热易分解物质的分离（己内酰胺/水） 2、水中微量有机物的脱除; 3、有机一有机混合体系 ⑴沸点相近物质（环己烷/乙酸乙酯） ⑵同分异构体混合物（20 二甲苯异构体体系的分离）
我们是怎么选择的 这个膜的呢？如何 评价呢？
工业上大都采用三效蒸发减压蒸馏装置从水/己内 酰胺溶液中结晶制备己内酰胺。这种方法存在中 压蒸汽消耗大、热传质效率低、污染物转入第二 相、操作费用高等缺点，研究人员开始寻找新的 技术来改进或替代CPL水溶液的脱水工艺。
膜分离是不错的选择！ 大家都知道有哪一些膜分离过程？
5
一、膜分离法的分类及原理 透析、超滤及反渗透、微滤、电渗析、
25
实验要求和说明
碳酸二甲酯和甲醇：原液和渗透液浓度
分析：气相色谱分析浓度：FID检测器，
柱室温35oC，检测室：180oC，汽化室 温度180oC，载汽N2=20ml/min。 己内酰胺和水：阿贝折光仪分析浓度
25 C标准曲线： o
1.46
y = 0.1704x + 1.3303
1.44
R2 1.38 1.36
系列1 线性 (系列1)
1.34
1.32 0
0.2
0.246
0.6
0.8
b）通量的计算（flux calculation）
渗透通量反映了膜处理能力的大小
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c）分离因子的计算（separation factor calculation）
分离因子反映了膜的选择性能
2.4 可凝性载气吹扫渗透汽化
当透过组分与水不互溶时，可用低压水蒸气 为吹扫气，冷凝后水与透过组分分离，水 进行蒸发重新使用。
渗透汽化膜分离的传质模型
Membrane active layer PAN support layer
Feed
pw i, feed
Permeate
xi,m
xi
pw i, permeate yi
21
三、渗透汽化膜的种类及特性
1、渗透汽化膜的种类 选择渗透汽化膜应考虑的因素：膜本身的性质、分
离能力；分离速度；化学、机械稳定性。 （1）均质膜或致密膜 （2）非对称膜 （3）复合膜 复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强度高、稳定性
能好等特点受到广泛重视。
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复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强
己内酰胺-水体系
己内酰胺(CPL)，作为尼龙-6的单体，是一种重要 的有机化工原料，广泛应用于制备高质量的聚酰 胺-6纤维、尼龙-6工程塑料和药物等。
由于CPL是热敏性物质且沸点比水高，少许痕量的 水和其他杂质都会影响生产化纤和树脂的质量。
传统的己内酰胺脱水技术有薄膜蒸馏、结晶和熔 融结晶等方法，
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思考题
1、渗透蒸发膜性能衡量指标是什么？ 2、渗透汽化分离的主要领域有哪些？ 3、渗透汽化分离的主要的优点是什么？ 4、渗透汽化和超滤膜分离有何不同点？ 5、结合本次渗透蒸发实验的结果,试从理论
度高、稳定性能好等特点受到广泛重视。
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2、评价渗透汽化膜的特性 衡量一张渗透汽化膜的实用性一般用下面的
四个指标： 1：膜的分离因子α； 2：膜的渗透通量J； 3：膜的机械强度； 4：膜的稳定性（化学稳定性，热稳定性，
耐溶剂性等）；
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3、影响渗透汽化膜的几个因素 （Effects on PV properties）
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3、反渗透
本章着重讨论渗透汽化（PV)的一些参数及其
操作情况。
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二、渗透汽化
1、渗透汽化的分离原理：溶质与膜的亲和 作用,与某一物质的极性相关 ➢具体工作原理：利用膜对液体混合物中 各组分的溶解性不同，及各组分在膜中的 扩散速度不同从而得以达到分离目的。 ➢优点： 高选择性，低消耗，为物理分离机制，操作灵活，
不需要额外的添加剂以及易于放大，无污染。
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2、分类 2.1 真空渗透汽化 膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组
分的分压差，该法简单，传质推动力大。
2.2 热渗透汽化
通过料液侧加热或透过侧冷凝的方法，形成 膜两侧组分的蒸汽压差。
2.3 不凝性载气吹扫渗透汽化
用不凝性载气吹扫膜的透过侧，带走渗透组 分，吹扫气冷凝回收透过组分，载气循环 使用，若不需要回收透过组分，载气可直 接放空。
液膜技术、气体渗透、渗透蒸发
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膜分离发展过程和趋势
膜
反
活 化
闸 膜
应 器
传
递
电
渗
控析
制
气 体
释 放
渗 透
分 离
汽
双化
极
膜 液
膜
反 超 微透 渗 滤 滤析 透
低增长
高增长
可用？
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1、透析 小分子
透析膜
水 大分子
透析原理
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2、超滤和微滤： 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压
差微传质推动力，用于截留高分子溶质或 固体微粒。
实验 20 渗透汽化膜DMC-MeOH和己内酰 胺和水分离体系
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目录
1 膜分离绪论 2 渗透汽化膜概论和工作原理 3实验要求和说明
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碳酸二甲酯-甲醇体系
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，DMC)是 一种绿色新型化工原料，作为有机合成中 间体在农药、医药、高分子合成中得到广 泛应用 DMC 的工业生产方法主要有甲醇(MeOH) 氧化羰基化法、酯交换法 等．但由于反应 后得到的MeOH—DMC 混合物存在共沸组 成，需进行分离．
溶解 扩散 膜
汽化
a
bc d
e
δ
δsupport
实验的参数： 渗侧压力： 1013Pa 膜有效面积： A1=72.35cm2
A2=46.5cm2
2、渗透汽化装置
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3、渗透汽化膜过程传质机理 ➢发生了相 变
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渗透汽化主要应用与哪些方面呢？
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4. 渗透汽化的使用范围
渗透汽化因为分离过程不受汽液平衡的限制，能够以低 的能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成 的分离任务
主要应用于: l、有机溶剂脱水，
⑴共沸物系（乙醇/水、叔丁醇/水、异丙醇/水） ⑵受热易分解物质的分离（己内酰胺/水） 2、水中微量有机物的脱除; 3、有机一有机混合体系 ⑴沸点相近物质（环己烷/乙酸乙酯） ⑵同分异构体混合物（20 二甲苯异构体体系的分离）
我们是怎么选择的 这个膜的呢？如何 评价呢？
工业上大都采用三效蒸发减压蒸馏装置从水/己内 酰胺溶液中结晶制备己内酰胺。这种方法存在中 压蒸汽消耗大、热传质效率低、污染物转入第二 相、操作费用高等缺点，研究人员开始寻找新的 技术来改进或替代CPL水溶液的脱水工艺。
膜分离是不错的选择！ 大家都知道有哪一些膜分离过程？
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一、膜分离法的分类及原理 透析、超滤及反渗透、微滤、电渗析、
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实验要求和说明
碳酸二甲酯和甲醇：原液和渗透液浓度
分析：气相色谱分析浓度：FID检测器，
柱室温35oC，检测室：180oC，汽化室 温度180oC，载汽N2=20ml/min。 己内酰胺和水：阿贝折光仪分析浓度
25 C标准曲线： o
1.46
y = 0.1704x + 1.3303
1.44
R2 1.38 1.36
系列1 线性 (系列1)
1.34
1.32 0
0.2
0.246
0.6
0.8
b）通量的计算（flux calculation）
渗透通量反映了膜处理能力的大小
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c）分离因子的计算（separation factor calculation）
分离因子反映了膜的选择性能
2.4 可凝性载气吹扫渗透汽化
当透过组分与水不互溶时，可用低压水蒸气 为吹扫气，冷凝后水与透过组分分离，水 进行蒸发重新使用。
渗透汽化膜分离的传质模型
Membrane active layer PAN support layer
Feed
pw i, feed
Permeate
xi,m
xi
pw i, permeate yi
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三、渗透汽化膜的种类及特性
1、渗透汽化膜的种类 选择渗透汽化膜应考虑的因素：膜本身的性质、分
离能力；分离速度；化学、机械稳定性。 （1）均质膜或致密膜 （2）非对称膜 （3）复合膜 复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强度高、稳定性
能好等特点受到广泛重视。
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复合膜以选择性高、渗透通量大、机械强
己内酰胺-水体系
己内酰胺(CPL)，作为尼龙-6的单体，是一种重要 的有机化工原料，广泛应用于制备高质量的聚酰 胺-6纤维、尼龙-6工程塑料和药物等。
由于CPL是热敏性物质且沸点比水高，少许痕量的 水和其他杂质都会影响生产化纤和树脂的质量。
传统的己内酰胺脱水技术有薄膜蒸馏、结晶和熔 融结晶等方法，
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思考题
1、渗透蒸发膜性能衡量指标是什么？ 2、渗透汽化分离的主要领域有哪些？ 3、渗透汽化分离的主要的优点是什么？ 4、渗透汽化和超滤膜分离有何不同点？ 5、结合本次渗透蒸发实验的结果,试从理论
度高、稳定性能好等特点受到广泛重视。
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2、评价渗透汽化膜的特性 衡量一张渗透汽化膜的实用性一般用下面的
四个指标： 1：膜的分离因子α； 2：膜的渗透通量J； 3：膜的机械强度； 4：膜的稳定性（化学稳定性，热稳定性，
耐溶剂性等）；
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3、影响渗透汽化膜的几个因素 （Effects on PV properties）