滲透汽化(滲透蒸發(fā),Pervaporation,簡(jiǎn)稱PV)是一種以混合物中組分滲透壓差為推動(dòng)力,依靠各組分在膜中的溶解與擴(kuò)散速率差異來實(shí)現(xiàn)混合物分離的新型膜分離技術(shù)過程。
均相流體混合體系中各組分在物理化學(xué)性質(zhì)上是存在差異的,各組份在膜中的熱力學(xué)性質(zhì)(溶解度)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)(擴(kuò)散速度)存在著差異,導(dǎo)致滲透汽化膜對(duì)不同組分具有選擇透過性,使得各組分得以分離。
滲透汽化膜將料液和滲透物分離為兩股獨(dú)立的物流,料液側(cè)一般維持常壓,滲透物側(cè)則通過抽真空的方式維持較低的組分分壓。在膜兩側(cè)組分分壓差的推動(dòng)下,料液中各組分?jǐn)U散通過膜,并在 膜后側(cè)汽化為滲透物蒸汽。由于料液中各組分的物理化學(xué)性質(zhì)不同,它們?cè)谀ぶ械臒崃W(xué)性質(zhì)(溶解 度)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)(擴(kuò)散速度)存在差異,因而料液中各組分滲透通過膜的速度不同,易滲透組分在滲 透物蒸汽中的份額增加,難滲透組分在料液中的濃度則得以提高。
滲透汽化用于液體混合物的分離,其突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠以低的能耗實(shí)現(xiàn)蒸餾、萃取、吸附等傳統(tǒng)的方法難于完成的分離任務(wù),在石油化工、精細(xì)化工、日用化工、食品、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景及市場(chǎng),被專家們稱之為二十一世紀(jì)最有前途的高技術(shù)之一。
1)節(jié)能,降低運(yùn)行成本
滲透汽化技術(shù)
——僅少量物料汽化,所需相變潛熱少。
傳統(tǒng)的萃取蒸餾技術(shù)和分子篩技術(shù)
——物料必須全部汽化,所需相變潛熱多;
——萃取劑也需要蒸餾處理,分子篩再生也需要大量熱能。
2)環(huán)保,減少排污
滲透汽化技術(shù)
——透過液可以回收處理實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,整個(gè)流程中僅產(chǎn)生很少量的蒸餾殘液。
萃取蒸餾技術(shù)
——低濃度有l(wèi)機(jī)溶劑量多,萃取劑也需要蒸餾處理,有大量的殘?jiān)a(chǎn)生。
3)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定
滲透汽化技術(shù):
——不引入第三組分,產(chǎn)品不會(huì)受到污染。
萃取蒸餾技術(shù):
——萃取劑殘留不僅污染有l(wèi)機(jī)溶劑,還有可能污染產(chǎn)品。
4)物耗低,資源利用率好
滲透汽化技術(shù):
——生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單,原料損耗少,過程中不引入雜質(zhì)組分,沒有額外的物料消耗;
萃取蒸餾技術(shù):
——產(chǎn)生大量殘?jiān)蠐p耗大,萃取劑損耗也很大。
總之,采用滲透汽化技術(shù)既符合國家降耗減排要求的大趨勢(shì),也會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量得到切實(shí)的保障。
滲透汽化膜按材料分為滲透汽化有l(wèi)機(jī)膜和滲透汽化無機(jī)膜。滲透汽化無機(jī)膜采用分子篩作為膜層材料(核心分離膜層),利用其規(guī)則的孔道實(shí)現(xiàn)不同組分間分子尺寸的分離,A型分子篩滲透汽化無機(jī)膜是通過A型分子篩晶體在管式陶瓷多孔支持體生長形成一層緊密堆積的膜層,孔徑約為4.1A,大于水分子的動(dòng)力學(xué)直徑(~2.9A)而小于大多數(shù)有l(wèi)機(jī)溶劑的分子直徑,對(duì)水分子表現(xiàn)出良好的擇形選擇性;另一方面,分子篩骨架中硅鋁含量(Si/Al=1)使其具有極強(qiáng)的親水性,使得A分子篩滲透汽化無機(jī)膜特別適用于有l(wèi)機(jī)溶劑脫水。
在滲透汽化無機(jī)膜脫水過程中,含水混合有l(wèi)機(jī)溶劑經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入膜組件進(jìn)料側(cè),而滲透?jìng)?cè)采用抽真空方式維持一個(gè)低壓環(huán)境(絕壓2000pa以內(nèi))。在進(jìn)料側(cè),水分子優(yōu)先吸附于膜表面,在膜兩側(cè)水蒸氣分壓差推動(dòng)下透過膜,并在膜滲透?jìng)?cè)汽化為水蒸氣。經(jīng)分離操作后,膜進(jìn)料側(cè)出口得到無水的有l(wèi)機(jī)溶劑產(chǎn)品,而滲透?jìng)?cè)組分經(jīng)冷凝后去廢水處理。
武漢智宏根據(jù)滲透汽化膜分離過程的特點(diǎn),結(jié)合客戶實(shí)際需求等,將滲透汽化無機(jī)膜作為核心發(fā)展方向,并通過實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐,積累了大量的企業(yè),為企業(yè)提供更節(jié)能、環(huán)保的有l(wèi)機(jī)溶劑脫水套用新技術(shù)。