第九章 渗透汽化

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。

渗透汽化膜分离技术的进展及应用摘要: 综述了渗透汽化膜传递理论研究的现状, 分析了各种模型的特点, 并就渗透汽化膜传递理论的研究方向提出了建议。

叙述了渗透汽化过程的新进展,并着重介绍了它在石化中的四方面应用,即(1) 有机溶剂及混合溶剂的脱水；(2) 废水处理及溶剂回收；(3) 有机混合物的分离；(4) 化学反应过程中溶剂的脱水。

关键词:渗透汽化；传递理论；模型；膜组件；脱水膜前言渗透汽化(Pervaporation, 简称PV ) 是用于液体混合物分离的一种新型膜技术。

自80年代以来, 渗透汽化技术得到了很大的发展, 目前世界范围内有100 多套工业装置。

然而, 渗透汽化膜分离的机理由于涉及到渗透物和膜的结构和性质, 渗透物组分之间、渗透物与膜之间复杂的相互作用, 涉及到化学、化工、材料、非晶态物理、统计学等学科的交叉, 研究工作的难度较大, 认识也不够深入。

也提出了几种描述渗透汽化膜传递机理的模型, 其中主要有溶解扩散膜型和孔流模型[1]。

膜技术作为一种高新技术,近30 多年来获得了极为迅速的发展，已在石油化工、海运、冶金、电子、轻工、纺织、食品、医疗卫生、生化制药、环保、航天等领域内广泛应用，形成了独立的新兴技术产业。

据专家断言:“今后，谁掌握了膜技术,谁就掌握了石油化工技术的未来”。

1 渗透汽化过程传递机理1.1溶解扩散模型溶解扩散模型认为PV 传质过程分为三步: 渗透物小分子在进料侧膜面溶解(吸附) ; 在活度梯度的作用下扩散过膜; 在透过侧膜面解吸(汽化)。

在PV 的典型操作条件下, 第三步速度很快, 对整个传质过程影响不大。

而第一步的溶解过程和第二步的扩散过程不仅取决于高聚物膜的性质和状态, 还和渗透物分子的性质、渗透物分子之间及渗透物分子和高聚物材料之间的相互作用密切相关。

因而溶解扩散模型最终归结到对第一步和第二步, 即渗透物小分子在膜中的溶解过程和扩散过程的描述。

一般研究者都认为PV 过程的溶解过程达到了平衡[2]。

渗透汽化膜分离法在脱除汽油中有机硫化物的应用王雪1013207077 化学工艺13级博渗透汽化技术又称渗透蒸发（Pervaporation，简称PV）技术作为一项新兴膜分离技术，以其高效、经济、安全、清洁等优点，在石油化工、医药、食品、环保等领域广泛应用，成为目前膜分离研究领域的热点之一。

该技术用于液体混合物的分离，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统方法难于完成的分离任务。

它特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物及同分异构体的分离；对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术和经济优势。

一、基本原理渗透汽化是利用膜对液体混合物中各组分的溶解扩散性能的不同，实现组分分离的一种膜过程，见图1（a）。

在渗透汽化过程中，料液侧（膜上游侧）通过加热提高待分离组分的分压，膜下游侧通常与真空泵相连，维持很低的组分分压，在膜两侧组分分压差的推动下，各组分选择性地通过膜表面进行扩散，并在膜下游侧汽化，最后通过冷凝的方式移出1。

有机溶剂脱水渗透汽化分离的原理见图1（b）。

图1（a）Schematic diagram of pervaporation process2图1 （b）有机溶剂脱水渗透汽化分离的原理二、渗透汽化膜1.有机膜渗透汽化的主要作用元件是渗透汽化膜，膜的性能对渗透汽化过程有决定性的影响。

渗透汽化膜按照功能可分为亲水膜、亲有机物膜和有机物分离膜3种。

亲水膜又称为优先透水膜，其活性分离层又含有一定亲水性基团的高分子材料制成，具有一定的亲水性。

目前应用最广泛的亲水性商品膜是GFT膜，其分离层是聚乙烯醇。

在全球商业化的渗透汽化装置中，约90%的GFT膜都是由德国预案GFT公司及其相关单位开发的。

目前已有相关学者开始研究亲水性膜在火箭燃料肼、不对称二甲肼和甲肼脱水过程中的应用3456。

亲有机物膜又称优先透有机物膜，通常由低极性、地比表面积和溶解度参数小的聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、有机硅聚合物、含氟聚合物、纤维素衍生物和聚苯醚等材料）制成。

渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思
考
渗透汽化和汽体渗透膜技术是一种新型的分离技术，它可应用于
各种环保、水处理、化工等领域。

其基本原理是通过半透膜，将两种
含有浓差差异的物质分离开来。

渗透汽化技术主要应用于海水淡化、
废水处理、纯水生产等方面，而汽体渗透膜技术则主要应用于气体分离，如二氧化碳、氢气等的分离。

通过渗透汽化技术，可以将海水中的盐分和杂质去除，从而得到
纯净的淡水。

此外，该技术还可用于集中生产工业废水，减少对环境
的污染。

通过汽体渗透膜技术，可以有效地分离出所需的纯净气体，
广泛应用于石油化工、天然气加工和制氢等领域。

然而，渗透汽化和汽体渗透膜技术仍有其局限性。

技术成本高，
难以普及应用，同时膜材质的选择也需要更多的研究。

此外，技术在
使用中也需要频繁进行维护和更换。

总之，渗透汽化和汽体渗透膜技术是一种非常有前景的分离技术，对环保、能源等领域的发展具有重要的意义。

但此技术仍然存在一些
不足之处，需要不断的研究和改进，以提高技术的稳定性和成本效益。

渗透蒸发试验讲义一.简单介绍渗透蒸发（简称PV）是近年来发展起来的一种新的膜分离技术，利用膜对液体混合物中各组分的溶解与扩散性能的不同来实现其分离的膜过程。

该过程伴有组分的相变过程。

渗透蒸发是一种无污染，低能耗高的膜分离过程具有广泛的应用前景。

1：用亲水膜或荷电膜对醇类或其他有机溶剂进行脱水，典型的应用是处理生化发酵液，处理共沸精馏的液体。

2：利用憎水膜提取水中低含量有机物，如卤代烃、酚类以及醇类等。

3：用于有机合成，如对于酯化反应。

由于反应本身是可逆的，在反应物和产物之间有平衡关系，通常为得到更多的反应产物常常加入廉价的反应物质，使平衡向产物移动，提高产率，这牵涉了很多的问题如反应物大量消耗等，若采用渗透蒸发在反应的同时连续的把产物中的水除去，就可以使平衡向右移动，得到更多的产物，这在工业应用中意义重大。

总之:渗透蒸发在分离过程不受汽液平衡的限制,对共沸物系，沸点相近物质、同分异构体混合物、受热易分解物质以及水中微量有机物质的脱除等方面具有独特的优势。

与传统的分离过程相比，它具有高选择性，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，无污染的等优点.1.1 实验原理利用膜对液体混合物中各组分的溶解与扩散性能的不同来实现其分离的膜过程；该过程伴有组分的相变过程。

当液体混合物与渗透汽化膜表面接触时，其中某一组分优先在膜中溶解，由于膜下游侧抽真空，这一组分又优先汽化通过膜，实现了组分之间的分离。

1.2 传递机理溶解-扩散模型渗透汽化是兼有传热和传质的过程，通常用溶解-扩散模型来描述膜的传递，整个传质过程有五步组成：1．组分从料液主体通过边界层传递，达到膜的表面，这个是对流传质问题；2．渗透组分吸附在膜的表面；也可以认为膜和液体混合物接触了发生溶胀，各组分在液体和膜之间进行分配，从而产生选择性吸附；3．渗透组分扩散通过膜至膜的下游，这个是分子扩散；4．透组分在渗透侧解吸；5．渗透组分由气-膜界面扩散至气相主体（浓度或者压力）。

渗透气化膜分离技术渗透气化法是一种用来分离液体混合物的膜分离方法。

渗透气化(pervaporation即permeation-Vaporation)是膜分离技术中较年轻的一种, 是继气体膜分离后又一新的化工操作单元。

被认为是可以代替“ 精馏”最有希望的一种方法, 尤其对共沸物系和近沸物系等难分物系的分离, 显示特有的优越性。

渗透气化法根据溶质间透过的相互作用决定溶质的渗透速度，根据相似相溶的原理，疏水性较大的溶质易溶于疏水膜，因此渗透速度高，在透过一侧得到浓缩。

渗透气化的原理示于图。

疏水膜的一侧通入料液，另一侧（透过侧）抽真空（图4.5）或通入惰性气体,使膜两侧产生溶质分压差.在分压差的作用下,料液中的溶质于膜内,扩散通过膜,在透过侧发生气化,气化的溶质被装置外设置的冷凝器回收。

渗透气化过程中溶质发生相变，透过侧溶质以气体状态存在，因此消除了渗透压的作用，从而使渗透气在较低的压力下进行，适于高浓度混合物的分离。

渗透气法利用溶质之间膜透过性的差别，特别适用于共沸物和挥发度相相差较小的双组分溶液的分离。

例如，利用渗透气化法溶缩乙醇。

因此，渗透气化又称膜蒸渗透气化又称膜蒸馏。

渗透汽化可经济地用于较宽的领域, 但浓度范围有一定限制, 如料液中要脱除者在100ppm以下, 用活性炭吸附可能较便宜；同样, 若大于5%~10%,则精馏, 吹除等法可能仍较渗透汽化为便宜, 而中间区域100ppm~5%之间,渗透汽化法较有优势, 可有不少重要的用途。

当前渗透气化主要有三方面应用，即溶剂脱水, 水的纯化以及有机物一有机物的分离。

现已大规模工业应用的只有乙醇脱水和异丙醇脱水, 由于乙醇一水, 异丙醇一水都有共沸物, 难以普通精馏分离, 用此方法比传统方法—萃取精馏等大量节约能量, 很受重视。

其它方面的应用正在不断开发, 特别是有机物/有机物的分离列为膜分离中重要研究课题的第一项, 也是因为它能代替或部分代替精馏。

精馏为重要的操作单元, 但也是高能耗操作单元, 据美国能源部统计报导，美国化学工业和石油炼制工业中的28%能耗为精馏所用, 认为如果用渗透汽化技术, 只要能节约10%就非常可观了。

渗透汽化技术（PV)的应用杨丽琴、阴秋萍摘要：综述了渗透汽化膜传递理论研究的现状，叙述了渗透汽化膜分离技术的基本原理及传质过程的机理，叙述了渗透汽化过程的进展，叙述了渗透汽化分离水中微量有机物及其在化工生产上的应用进行了介绍.关键词：渗透汽化；传递理论；原理；膜组件；脱水膜；应用1 引言渗透汽化（pervaporation，简称PV)是一种新型膜分离技术。

该技术用于液体混合物的分离,其突出的优点是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.它特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离；对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势;还可以同生物及化学反应耦合，将反应生成物不断脱除,使反应转化率明显提高。

所以,渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景及市场。

它是目前处于开发期和发展期的技术，国际学术界的专家们称之为21世纪最有前途的高技术之一。

2 渗透汽化膜分离技术2. 1 基本原理渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能的不同实现组分分离的一种膜过程(如图1—1所示）。

液体混合物原料经加热器加热到一定温度后,在常压下送入膜分离器与膜接触,在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。

渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度）的作用下透过膜，并在膜的下游侧汽化，被冷凝成液体而除去。

不能透过膜的截留物流出膜分离器。

2. 2 PV膜过程的特点(1）PV最突出的特点是分离系数大，单级即可达到很高的分离效果；（2) PV分离过程不受组分汽．液平衡的限制，适用于精馏等传统方法难以分离的近沸物和恒沸物的分离;(3) PV过程中透过物虽有相变，但因透过量较少，汽化与随后的冷凝所需能量不大；(4）便于放大及与其它过程耦合或集成;（5）能耗低，一般比恒沸精馏法节能1／2～1／3。

水合肼渗透汽化膜的原理水合肼渗透汽化膜是一种在分子尺寸下实现水分离和纯化的薄膜分离技术。

其原理是利用水合肼分子在温度和压力的作用下，对水分子进行选择性渗透和气化，实现水的分离和纯化。

水合肼是一种氨基酮类化合物，其分子结构中含有多个氨基和酮基。

在常温下，水合肼以无色晶体存在，能够与水分子结合形成水合物。

水合肼的水合物具有的酮基与水分子形成氢键作用，从而增加了水分子的聚集能力。

这种聚集能力使水合肼具有较强的溶剂性能和水合作用。

水合肼渗透汽化膜的关键是利用温度和压力的变化，调控水和水合肼之间的水合平衡，实现水分子由溶液中渗透到膜表面的过程。

具体来说，水合肼渗透汽化膜将溶液一侧与膜表面一侧加以渗透和汽化压力差。

当压力差作用下，水分子在渗透汽化膜内部的孔隙中发生气化和蒸发，通过膜的通道和孔隙被排出，从而实现水的分离和纯化。

水合肼渗透汽化膜的原理主要基于以下几个方面的作用机制：1. 温度影响：水合肼渗透汽化膜的渗透汽化过程与溶液温度密切相关。

随着温度的升高，水合肼分子的扩散速度加快，从而增强了水分子的渗透汽化能力。

因此，提高温度可以促进水分子的渗透汽化，加快分离和纯化速度。

2. 压力影响：水合肼渗透汽化膜的压力差是促使水分子渗透汽化的重要驱动力。

在膜表面一侧施加高压，能够增加水分子的渗透压差，促进水分子由溶液中向膜表面的渗透流动。

而在渗透汽化膜另一侧维持较低的压力，则可以实现水分子的逆向传导和浓缩。

3. 水合作用：水合肼渗透汽化膜利用水合肼的溶剂性能和水合作用来增强水分子的聚集能力。

水分子与水合肼之间形成氢键作用，从而在膜内部形成一种水合系统。

水合作用具有较高的选择性，能够辨别水分子和其他溶质分子之间的差异，实现水的分离和纯化。

总的来说，水合肼渗透汽化膜的原理基于水合肼分子在温度和压力作用下对水分子的选择性渗透和气化。

通过调节温度、压力和膜结构，可以实现对水的高效分离和纯化。

这种薄膜分离技术具有运行成本低、能源消耗少、操作简单等优点，有望应用于海水淡化、污水处理、化工过程中的水分离和纯化等领域。

渗透汽化法可行性研究报告一、渗透汽化法的原理简介渗透汽化法是一种利用高温和高压条件下，将固体物质通过液态或气态介质对其进行渗透，将其转化为气态状态的技术。

在渗透汽化过程中，固体物质受到介质的渗透作用，使得分子间的相互作用力被削弱，从而使分子间的间隙增大，固体内部的结构被破坏，进而使得固体逐渐转化为气态。

这种转化过程具有高效、环保、资源回收等优点，因此在能源利用和资源开发方面具有广泛的应用前景。

二、渗透汽化法的应用领域1. 能源利用：渗透汽化法可将固体燃料转化为气态燃料，用于发电、供暖等领域，提高能源利用效率；2. 环境保护：渗透汽化法可以将固体废弃物转化为气态或液态形态，避免废物对环境造成污染；3. 资源回收：渗透汽化法可将废弃物转化为有价值的产品，实现资源的回收和再利用。

三、渗透汽化法的优势和挑战1. 优势：（1）高效：渗透汽化法具有高效的转化率和能量利用率，可以提高能源利用效率；（2）环保：渗透汽化过程中不产生固体废物，能够降低环境污染；（3）资源回收：渗透汽化法可以将废弃物转化为有价值的产品，实现资源的回收和再利用。

2. 挑战：（1）技术复杂：渗透汽化法需要高温和高压条件下的操作，技术难度较大；（2）成本高昂：渗透汽化设备和操作成本较高，需要投入大量资金进行研发和应用；（3）安全隐患：高温和高压操作存在一定的安全风险，需要加强安全措施和监控。

四、渗透汽化法的可行性研究1. 技术应用：（1）能源利用：渗透汽化法可将固体燃料转化为气态燃料，用于发电、供暖等领域，提高能源利用效率；（2）环境保护：渗透汽化法可将固体废弃物转化为气态或液态形态，避免废物对环境造成污染；（3）资源回收：渗透汽化法可将废弃物转化为有价值的产品，实现资源的回收和再利用。

2. 经济效益：（1）能源利用：采用渗透汽化技术可以提高能源的利用效率，减少资源的浪费，降低能源成本；（2）环境保护：渗透汽化过程不产生固体废物，有利于环境保护，减少环境治理成本；（3）资源回收：采用渗透汽化技术可以将废弃物转化为有价值的产品，实现资源的再利用，降低资源开采成本。

渗透汽化分离异丙醇水溶液及传质机理的研究渗透汽化分离异丙醇水溶液及传质机理研究
渗透汽化分离异丙醇水溶液是一种新型的分离技术，它利用二相液体流体之间的影响和渗透汽化过程，有效地分离水溶液中的有机溶剂。

与传统的分离技术相比，渗透汽化可以大大降低能耗和费用，并可以获得高纯度的产品。

近年来，渗透汽化法分离异丙醇水溶液已引起了学术界重视，其传质机理也成为多方研究的焦点。

在分离异丙醇水溶液的渗透汽化中，中压分为两个主要步骤，即渗透和汽化。

在渗透步骤中，水溶液即通过操作条件（如压力、温度等）形成两个压力膜层，一个高压层放射有机溶剂，另一个低压层由水和水溶液组成。

水溶液和有机溶剂在膜上进行传质（即经过压力膜由高压到低压），其中有机溶剂被渗透到低压层，形成渗透液。

随后，在汽化步骤中，所得渗透液经过真空蒸发在真空过程中，205-219K的蒸发温度，蒸发液水转变为汽化物，最终形成一级产品。

传质机理是渗透汽化分离异丙醇水溶液的关键步骤。

该机理可以分为四个主要部分：储存溶剂驱动力的计算，渗透液流动特性的影响，渗透传质的影响以及多因素和多面向传质机理的考虑。

溶剂压驱力是水溶液中溶剂流动速度的主要因素，它取决于温度、压力、溶剂分子量等实验参数。

温度和压力是影响渗透汽化传质效率的重要因素，这些因子一起影响渗透通量的大小。

渗透传质
机理在渗透膜上的水溶液、有机溶剂和混合物之间也有所不同，例如，渗透汽化法分离异丙醇水溶液时，有机溶剂的储存驱动力比水溶剂要高得多。

多因素和多面向传质机理已被用于渗透汽化法分离异丙醇水溶液，以获得更好的全面认识和更好的计算结果。

多因素和多面向传质机理能够描述渗透膜表面的渗。

&第十章渗透汽化第一节概述一、渗透汽化的发展概况早在1917年Kober在他发表的一篇论文中第一个使用了渗透汽化（Pervaporation）这个词。

该文介绍了水从蛋白质－甲苯溶液通过火棉胶器壁的选择渗透作用。

但长期以来，由于未找到渗透通量高和选择性好的渗透蒸发膜材料，渗透蒸发过程一直没有得到应用。

直到上世纪50年代以后，对渗透汽化的研究才较广泛展开。

其中Binning等人对渗透蒸发过程进行了较系统的学术研究，发现了渗透蒸发过程潜在的工业应用价值，并于60年代在渗透汽化膜、组件和装置制造上申请了专利。

70年代后期至80年代初，随着对能源危机问题的日益重视，渗透汽化的优点又重新引起学术界和技术界的兴趣，德国GFT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。

到90年代初已有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、乙酸等溶剂的脱水。

我国在1984年前后开始对渗透汽化过程进行研究，主要工作集中在优先透水膜的研制与醇水溶液的脱水。

近年来主要开展优先透有机物膜、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的集中过程的研究。

二、渗透汽化的分类渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物分离的过程。

渗透汽化装置包括预热器、膜分离器、冷凝器和真空泵等四个主要设备。

料液进入渗透汽化膜分离器后，在膜两侧蒸汽压差的驱动下，扩散快的组分较多透过膜进入膜后侧，经冷凝后达到分离目的。

按照形成膜两侧蒸汽压差的方法，渗透汽化主要有以下几种形式：1．减压渗透汽化：膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组分的蒸汽压差。

在实验室中若不需收集透过侧物料，用该法最方便。

2．加热渗透汽化：通过料液加热和透过侧冷凝的方法，形成膜两侧组分的蒸汽压差。

一般冷凝和加热费用远小于真空泵的费用，且操作也比较简单，但传质动力比第一类小。