PVA膜渗透汽化分离正丁醇/水溶液的实验研究

论文摘要

正丁醇作为一种非常重要的有机溶剂和化工原料,用途极其广泛,社会对其需要量也越来越多,因此正丁醇的生产方法越来越受到社会各界的关注。传统的正丁醇生产方法主要是发酵法,产物为正丁醇、丙酮和乙醇。但是在发酵过程中,发酵液中正丁醇的浓度一般都很低,而且正丁醇对发酵过程有严重的产物抑制作用。为了解决这一问题,考虑采用渗透汽化法分离浓缩低浓度正丁醇,减小产物抑制作用,保证发酵过程的连续进行。渗透汽化作为一种新型的膜分离方法,具有许多其他分离方法所不能比拟的优点,适合于传统精馏法难以分离的近沸物或者恒沸物的分离,在低浓度正丁醇/水溶液的分离中有着广阔的应用前景和发展潜力。首先,本文采用PVA（聚乙烯醇）膜对低浓度正丁醇/水溶液进行了渗透汽化性能的实验研究,通过改变实验操作条件如实验温度、原料浓度、膜后真空度等对,对PVA膜的渗透汽化行为进行实验研究和探索。实验结果表明：随着实验温度的升高,渗透通量和分离因子均呈增加的趋势,其中分离中因子在60℃时达到最高值；随着原料浓度的增加,渗透通量呈减小的趋势,分离因子呈先增大后减小的趋势,并出现极值；随着膜后真空度的增加,渗透通量和分离因子均而呈增加的趋势。其次,考察了PVA膜在乙醇/水和丙酮/水中的渗透汽化现象,实验结果表明：渗透通量均随温度的升高而呈增加的趋势,对于乙醇/水体系,分离因子随着实验温度的升高而呈减小的趋势,而对于丙酮/水体系,分离因子随着实验温度的升高而呈增加的趋势；随着原料浓度的增加,对于乙醇/水体系,渗透通量先增大后减小,在55%附近时最大,分离因子呈减小的趋势；对于丙酮/水体系,渗透通量和分离因子均原料浓度的升高呈现增加的趋势。在原料液浓度5%,膜后真空度0.085MPa的操作条件下,三种体系渗透通量大小顺序为：正丁醇>乙醇>丙酮；分离因子大小顺序为：乙醇>正丁醇>丙酮。最后,考察了正丁醇-乙醇-丙酮-水体系在PVA膜中的渗透汽化行为,结果表明渗透通量和分离因子均随实验温度的升高而呈增加的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 膜分离
• 1.2 膜分离研究进展
• 1.3 正丁醇简介
• 2 渗透汽化
• 2.1 渗透汽化定义
• 2.2 渗透汽化的特点
• 2.3 渗透汽化传质机理
• 2.4 渗透汽化膜的分类
• 2.5 渗透汽化膜分离技术的应用
• 2.6 渗透汽化膜的发展历史
• 2.7 论文选题意义和主要研究内容
• 3 PVA膜的渗透汽化实验
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验仪器
• 3.3 膜组件
• 3.4 渗透汽化实验操作流程
• 3.5 渗透汽化实验操作步骤
• 3.6 渗透汽化过程的分离性能评价指标
• 3.7 原料液及渗透液浓度检测方法
• 3.8 渗透汽化分离过程的影响因素
• 4 实验结果与分析
• 4.1 数据处理算例
• 4.2 PVA膜在两组分体系中的渗透汽化性能
• 4.2.1 PVA膜在正丁醇/水体系中的渗透汽化性能
• 4.2.2 PVA膜在乙醇/水体系中的渗透汽化性能
• 4.2.3 PVA膜在丙酮/水体系中的渗透汽化性能
• 4.3 PVA膜在正丁醇-乙醇-丙酮-水体系中的渗透汽化性能
• 4.3.1 温度对PVA膜渗透汽化性能的影响
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历及硕士期间研究成果
• 致谢