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第十章 渗透汽化(PV)

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东南大学渗透汽化论文

东南大学渗透汽化论文

渗透汽化技术张丽娟东南大学化学化工学院化学工程专业摘要本文重点介绍了渗透汽化的基本原理、装置和流程示意图、应用领域以及工业化应用实例之一即已经投产在用的乙醇脱水工艺技术，同时也间接说明了渗透汽化在某些方面比传统精馏萃取等分离方法更具优势，是未来分离技术的前沿领域之一，具有更为广阔的应用前景。

关键词渗透汽化装置优势分离技术前沿领域1．基本原理渗透汽化(pervaporation,简称PV)技术是一种新兴的分离技术，也称渗透汽化膜分离技术。

其原理是利用高分子膜材料对有机混合物中各组分的溶解度(热力学性质)和扩散速度(动力学性质)的不同来实现组分分离的一种膜过程（如图1）。

膜分离过程中渗透汽化的原料则以液体形式供料，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[1]。

图1 渗透汽化技术原理图2 渗透汽化装置及流程图2 装置及流程示意图[4]整个装置由三部分组成（如图2）：(1)料液和溶剂循环系统：包括料液罐和溶剂罐、加热系统、料液泵和溶剂泵以及流量计等。

实验中可以方便地设定料液或溶剂流量和温度,以测定不同操作条件下的膜分离性能。

通过自动控制加热系统,可以保证料液和溶剂温度在设定值处的波动范围为±0.2℃。

(2)膜组件：这是整个装置的核心部分。

它由料液侧和渗透物侧的两个腔室组成,中间由渗透膜分隔。

为了减小膜表面处因边界层的存在而引起的浓差极化现象对实验结果的影响,膜组件内的流体流动通道采用特殊的环形结构,以增大其湍动度。

同时,实验中可采用较大的料液流量并保持恒定,以保证膜组件内较大的流动雷诺准数,从而降低流动边界层的厚度。

(3)渗透物收集系统：包括液氮冷阱、真空泵和真空计等,主要用于收集渗透汽化过程渗透物。

第七章 渗透汽化与蒸气渗透

第七章 渗透汽化与蒸气渗透

异丙醇脱水装置
2014-10-16
膜材料与膜过程
7.9.1.3 其他方面的应用
⑴果汁的浓缩 聚丙烯酸类优先透水膜浓缩果汁、糖浆，优点是可以避免芳香物质 的损失，但目前所研究的膜通量还比较小。 ⑵苯中微量水脱除
苯中含水量降至 0.005% 以下，传统恒沸精馏法能耗高，难以满足要 求。渗透蒸发法可达到0.003%以下。
膜材料与膜过程
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
排空
真空泵 能耗大，效率高； 真空泵负荷大，且不能回收有价值的渗透物
2014-10-16
膜材料与膜过程
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。
加热器 原料 膜组件 截留物
简单、稳定、可靠
特点
系统适应性高
分离作用不受组分汽－液平衡 的限制，而主要受组分在膜内 渗透速率控制。渗透汽化最适 合分离近沸物和恒沸物。
操作温度低
可用于热敏性物质的分离
2014-10-16
过程无需其他试剂
产品不会受到污染。
膜材料与膜过程
7.6 渗透蒸发膜性能评价指标及分类
膜的渗透通量和选择性，膜的寿命。 7.6.1 渗透通量 单位面积、单位时间内渗透过膜的质量
J
M At
M--透过膜的组分的渗透量,g； A--膜面积，m2； t--操作时间，h；
J--渗透通量，g/（m2＊h) 渗透通量受膜的结构与性质、料液的组成与性质、温度压力等因素 影响，用来表征组分通过膜的渗透速率。
2014-10-16
膜材料与膜过程
7.6.2 选择性

渗透汽化实验课件

渗透汽化实验课件
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）
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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。
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

第十章 渗透变形3

第十章 渗透变形3
工程地质学基础
第 10 章 渗透发形
在岩土体空隙中运动的地下水叫 做渗流
它对岩土体作用的力叫做渗流力
当渗流力达到一定值时，岩土中的颗粒収 生秱动，甚至一定体积的岩土体収生悬浮 戒秱动，这种现象叫做渗透发形
概述
渗流继续収展，在岩土体中形成渗流通道戒洞穴 导致堤坝工程溃决，地表収生沉降，坍塌、裂 隙和滑坡等
2、渗透发形产生的条件 (1) 渗流的动水压力及临界水力梯度 当dp=dQ时，单元体处于悬浮状态，収生流土。此 时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr 。 土粒越密实，n越小，Icr越大，土体越丌容易収生渗 透发形。 (2) 体结构特征决定了土体的抗渗强度 粗细颗粒直徂比例： 土体的排列方式决定着D / d0 的值： 当排列疏松时，D / d0 减小，D/d减小，渗透发形 广泛。 当排列密实时，D / d0 增大，D/d增大，渗透发形 丌广泛。


实际水力坡度的预测—
数值模拟法预测

① ②
为能更好的应用数值模拟法预测坝基渗流场中的实际水力 坡度，仅提供以下注意事项和技朮要求：
搜集坝体结构设计、特征库水位、建库功能和技朮要求等资料 研究坝区工程地质条件，迚行坝基工程呢个地质地段划分，选择代 表性的计算剖面。在此基础上概化水位地质结构模型和边界条件 【图10-13】 计算模型和地基透水性识别和检验，这是决定预测成果精确性最重 要的环节。识别和检验的方法有两种： 已建堤坝幵有水位观测资料时 对拟建堤坝尚无水位观测资料时 对概化的计算模型迚行网绚剖分后，模拟丌同工冴时渗流场中水头 分布特征绘制流网图戒等水头线图【图10-14】，幵计算丌同工冴 时坝基各部分相应度



我国水利水电科学研究院对无粘性土在上升渗流 作用下做了大量室内渗流发形试验，编制了： 细粒含量不临界水力坡度的关系曲线【10-8】 渗透系数不临界水力坡度的关系曲线【10-9】 有上两图可以看出： 随着土中细粒含量的增加很渗透系数的减小， 其临界水力坡度增大

渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究_应用现状及发展

渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究_应用现状及发展

图 5 1975 年到 1999 年间在美国授权的有关 PV 和 V P 的专利数图
2 渗透汽化的研究及应用
自 1982 年生产无水乙醇的 PV 工业装置在巴 西建成投产以来 ,至今在世界上已经建立了 100 多 套 PV 的工业装置 ,90 %是 GF T 公司提供的膜和技 术 (现属 Sulzer Chemtech 公司) ,多数用于有机溶剂 的脱水 ,其中 24 套用于乙醇脱水 ,16 套用于异丙醇 脱水 ,其余的用于进行酯类 、醚类及其它有机溶剂脱 水 ,装置的产量大多在 1 500～10 000 t/ a ,也有几套 年产 4～5 万 t 的装置. 最近几年来在水中脱除少量 有机物方面取得了较大进展 ,特别用于食品和饮料工 业中回收和浓缩芳香物质方面 ,进行了大量的研究和 应用的探索 ,取得了新的进展 ,为 PV 技术开辟了新 的应用领域 ,现从 4 个方面对 PV 的应用进行总结. 2. 1 有机溶剂脱水
第 23 卷 第 4 期 2003 年 8 月
膜 科 学 与 技 术 MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY
文章编号 :1007 - 8924 (2003) 04 - 0103 - 07
Vo1. 23 No. 4 Aug. 2003
渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究 、应用现状及发展
芳香族化合物 :如苯 、甲苯 、苯酚等. 胺类 :如三乙胺 、吡啶 、苯胺等. 酯类 :如乙酸甲酯 、乙酸乙酯和乙酸丁酯等. 醚类 :如甲基叔丁基醚 (M TB E) 、乙基叔丁基醚 (B TB E) 、二异丙基醚 (D IPE) 、四氢呋喃 ( THF) 和二
第 4 期
陈 镇等 : 渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究 、应用现状及发展
文和专利的情况 ,新的研究和应用领域等方面来说 明其技术的状况和应用潜力 、未来发展趋势和前景.

第七章-渗透汽化及蒸气渗透学习资料

第七章-渗透汽化及蒸气渗透学习资料

2020/6/29
膜材料与膜过程
7.3 渗透汽化的基本原理
原料液进入膜组件，因为膜后 侧处于低压，易挥发组分通过膜后 即汽化成蒸气，蒸气用真空泵抽走 或用惰性气体吹扫等方法除去，使 渗透过程不断进行。原液中各组分 通过膜的速率不同，透过膜快的组 分就可以从原液中分离出来。膜组 件流出的渗余物是纯度较高、透过 速率较慢的组分。
第七章-渗透汽化及蒸气渗透
2020/6/29
膜材料与膜过程
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。
小分子在透过侧膜表面解吸（汽化）
（该步骤进行的很快，对整个传质过程
膜材料与膜过程
影响不大）
7.7.2 孔流模型
假定膜中存相界面
组分在液-气相界面蒸发
进料液体
气体从界面出沿孔道传输出去
膜 渗透物蒸汽
2020/6/29
膜材料与膜过程
7.8 渗透汽化膜
2020/6/29
膜材料与膜过程
7.6.2 选择性
表示膜对不同组分分离效率的高低，一般用分离系数α表示。
YA / YB
XA / XB
YA、YB分别为渗透物中A与B的摩尔分数；XA、XB分别为料液中A与 B的摩尔分数。

渗透气化试验讲义

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）。

渗透汽化膜分离技术及其研究

Scienc e and Technolo gy Review 6/200010高技术渗透汽化膜分离技术及其研究、应用进展Perva p oration Technolo gy and I ts Pro g re s s in Re se arch and A pp lication陈翠仙1韩宾兵2李继定3(清华大学化学工程系,教授1;博士后2;副教授3北京100084)图1下游侧抽真空或惰性气体吹扫渗透汽化过程示意图渗透汽化(p erva p oration ,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。

一、渗透汽化膜分离技术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.特点与蒸馏等传统的分离技术相比,渗透汽化过程的特点是:高效,选择合适的膜,单级就能达到很高的分离度;能耗低,一般比恒沸精馏法节能1/2～1/3;过程简单,附加的处理少,操作方便;过程不引入其它试剂,产品和环境不会受到污染;便于放大及与其它过程耦合和集成。

硅橡胶膜在渗透汽化分离中的应用及研究进展


分离系数 ＝
×１０。％
式 中，ｙＡ和 表示 渗透液 中组分 Ａ与组分 Ｂ的 摩尔 分数 ， 和 表 示 原 料 液 中组 分 Ａ与 组 分 Ｂ的摩 尔分数 。
尽管 硅橡胶 膜具 有疏 水 、耐 热 、耐化 学试剂 等优 点 ，且 对 醇 、酯 、酚 、酮 、 卤 代 物 、芳 香
硅橡 胶是 一种 高分 子 聚合 物 ，主链 由重 复的 硅氧 键 （一 ｓｉ— Ｏ一 ） 组成 ，具有 耐 高 低 温 、耐 候 、电气 绝缘 、耐 有机溶 剂 、耐辐 射 、透 气性 等 一 系列 突 出优 点 ，广泛应 用 于航空 航天 、汽 车机
械 、医疗卫 生 、 电子 电器等领 域 ，已经 成为 国防 工业 和 国民经济 不可缺 少 的重要材 料 。
憎水 分子 筛减 弱 了水分 子与 膜之 间 的作用 ，而增 强 了 乙醇 分 子 与 膜 之 间 的作 用 。在 Ｓ．Ｃｈｏｖａｕ 等人 的研 究 中 ，以聚酰 亚胺 （ＰＩ） 为载 体 ，ＺＳＭ
一 ５ 分 子 筛 （ＣＢＶ ３００２） 填 充 的 硅 橡 胶 膜
（ＰＤＭＳ／ＰＩ）用 于从 甲苯 水 溶 液 中分 离 甲苯 的渗
Ｈ．Ｌ．Ｚｈｏｕ等 人 将 经 乙 烯 基 三 甲 氧 基 硅 烷
（ＶＴＭＳ） 处 理 的 硅 沸 石 （ｓｉｌｉｃａｔｅ一１） 作 为 填 料 ，制备 了 ＶＴＭｓ／ＰＤＭＳ复合膜 。利用 此复 合膜
进行 从水 溶 液 中分 离 丙 酮 、丁 醇 和 乙醇 （ＡＢＥ） 的渗透 汽化 实验 ，总 渗透 通量 从 ７０ ｇ／ｍ ·ｈ提 高
渗 透汽 化 （简 称 ＰＶ）是 一 种新 兴 的膜 分 离 技 术 ，它利用 混合 料液 中组分 在致 密聚合 物膜 上 的溶解 度 及 扩 散 传 递 速 率 的 差 异 实 现 组 分 的分 离 。通 常 ，料液 在一定 温度 和常 压下通 入致 密无 孔 膜 的一侧 ，另 一侧用 载气 吹扫 或抽真 空 ，渗透 组分在 膜两 侧分 压差 的作 用下穿 过膜汽 化 ，再 经 冷凝 收 集 。与 传 统 分 离 方 法 （蒸 馏 、吸 收 、萃 取等 ） 相 比，渗 透 汽 化 具 有 效 率 高 、能 耗 低 、 过程 简单 、操作 方便 、易 于放大 及与 其它 过程耦 合或集 成 、环境 友好 等 突 出优点 。对 于某 些传统 分离方 法难 以分 离 的体 系 ，特别 是 近 沸 混合 物 、 恒沸 混合 物和 同分 异构体 混合 物 ，渗透汽 化表现 出优 异 的分离 效果 。由于这些 优点 ，渗透 汽化 在 有机 溶剂 或混合 有 机溶剂 中微 量水 的脱 除和水溶 液 中 少 量 有 机 物 的脱 除 等 方 面 有 着 重 要 的 应 用 ¨ Ｊ。此外 ，渗 透汽 化与 生物反 应和 化学 反 应 耦合 在 一起 ，可不 断地将 反应 产物 分离脱 除 ，大 大促 进 了 反 应 的进 行 。 经 过 多 年 的研 发 ， 目 前 渗透 汽化 技 术 已经 成 功 地 应 用 于一 些 工业 领 域 。例 如 ， 自 ２００３年 以来 ，我 国在 山东 、广东 、 四川 、辽宁 、江 苏 、黑龙 江 、浙江 等地先 后 自行 设 计 、建成并 投 运 了多套渗 透汽化 装置 ，主要 用 于 乙醇 、异丙 醇 、正丙 醇 、叔丁醇 、杂 醇油等 有 机溶 剂 的脱水 ，取 得 了 良好 的效果 。随着 渗透 汽 化 技术 的 不 断进 步 ，该 技 术在 石 油 化 工 、 医药 、 食 品 、环保 等领 域将获 得越 来越广 泛 的应用 Ｊ。

第10章 渗透调节与排泄


1．滤过膜的通透性 肾小球滤过膜 由肾小球毛细血管 的内皮细胞、基膜 和肾小囊的脏层细 胞构成。
机械屏障作用 组成肾小球滤过膜的三层结构中，存在有大小不 同的小孔或裂隙。这些小孔和裂隙只能允许小分子物 质通过，对大分子物质滤出有阻止作用，即对大分子 物质起机械屏障作用。 电学屏障作用 在滤过膜的三层结构中，每层都覆盖着薄层带 负电的唾液蛋白，带正电荷的分子较易通过，而带 负电荷的分子则较难通过，这种现象叫电学屏障作 用。
１．近球小管
小管液中全部葡萄糖、氨基酸，85%的HCO3-， 67% 的Na+、Cl－、K+和水在近球小管中被重吸收， 而且不受神经体液的调节。
钠泵是近球小管重吸收的关键动力。
在近球小管前半段，由于钠泵的作用，带动了Na+与 葡萄糖、Na+ 与氨基酸的同向协同转运，以及Na+与H+ 逆向转运而被主动重吸收； 在后半段，Na+和Cl－主要通过细胞旁路而被被动重吸 收。
和集合管组成。
肾盂：漏斗状，为输尿起始端的膨大部。
肾的结构
肾皮质
肾小球 近曲小管 远曲小管 血管、支持组织、神经 肾小管 集合管 髓袢 血管、支持组织、神经
肾脏
肾髓质
肾盂
肾的结构
肾小体 肾单位 肾小管 肾小球
肾小囊
近曲小管
髓袢
髓袢降支粗段 髓袢细段 髓袢升支粗段
远曲小管
肾小球旁器
肾小球旁器由三种细胞群所组成： 1．球旁细胞 是位于入球小动脉的上皮细胞，细胞中 有分泌颗粒，内含肾素。 2．致密斑 髓袢升支粗段进入皮质，行至涌小球血管 旁时，贴近入球小动脉的上皮细胞就变成高柱状，而 呈斑状隆起，细胞核密集在一起，染色较深，故称为 致密斑。它是一种钠离子感受器，当肾小管液中钠离 子减少时，致密斑就受到刺激而兴奋，促使球旁细胞 分泌肾素。 3．间质细胞 是位于入球和出球小动脉之间的一群细 胞，功能不详。
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