聚砜/聚醚砜新型膜接触器分离醇水体系的性能与比较

论文摘要

膜接触分离器是以微孔膜为气液两相分离界面代替常规填料完成精馏操作的耦合膜过程,是一种新型高效、更加环保的相间接触传质方法。本文采用聚醚砜PES和聚砜PSf两种材料的新型膜接触器进行醇/水体系的精馏分离性能研究。由于中空纤维膜所具有的高比表面积和非分散气液相接触的独特优势,在精馏分离中可以获得较常规填料更好的分离效果与更宽的操作弹性,因此,分离膜及其材料的选择在新型接触器中起着至关重要的作用。在此前的可行性研究基础上,实验采用全回流操作,液体在中空纤维膜管内流动,蒸汽通过壳层与液体逆向流动。实验考察了甲醇/水、乙醇/水两种体系在不同材料的膜接触器中的分离效果,详细比较了两种不同材料的新型膜接触器在膜形态、塔顶馏出液浓度以及分离过程中的传质单元高度HTU值和传质系数K值等方面的异同,结果表明,在一定的空间结构下,聚醚砜(PES)膜接触器的分离性能要优于聚砜(PSf)膜接触器。实验还讨论了有机醇溶剂对膜接触器醇水分离效果的影响,发现经历长时间精馏后PES和PSf高分子膜材料均有一定的溶胀现象。膜微观结构受溶胀影响是导致过程HTU值变大的主要因素。溶胀情况下由于膜厚和长度等的变化,使膜内孔道有一定压缩和形变,影响了膜相的接触面积与流体流通,并相应增加了膜相阻力,导致膜接触器的分离效果最终略有下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 膜分离技术
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 膜分类与膜结构
• 1.1.3 膜分离过程
• 1.1.4 膜耦合技术
• 1.2 膜接触器
• 1.2.1 膜接触器的定义与分类
• 1.2.2 基本原理
• 1.2.3 膜接触器的应用
• 1.3 高分子膜材料
• 1.3.1 成膜材料
• 1.3.2 膜制备
• 1.3.3 多孔膜表征
• 1.3.4 膜接触器膜材料现状
• 1.4 醇水膜分离方法
• 1.4.1 渗透蒸发
• 1.4.2 膜蒸馏
• 1.4.3 新型膜接触器
• 1.5 研究思路和创新点
• 1.5.1 研究思路
• 1.5.2 课题创新点
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料、试剂及实验设备
• 2.1.1 膜材料与化学试剂
• 2.1.2 主要实验器材
• 2.2 膜的表征
• 2.2.1 中空纤维的膜厚及内外径
• 2.2.2 膜溶胀长度变化
• 2.2.3 扫描电镜（SEM）分析
• 2.2.4 压汞仪分析
• 2.3 膜接触器分离装置
• 2.4 测试与分析方法
• 2.4.1 取样
• 2.4.2 色谱测试
• 2.4.3 甲醇/乙醇水溶液标准曲线
• 第三章 计算分析方法
• 3.1 传质单元数（NTU）和传质单元高度（HTU）计算
• 3.2 平均传质系数与实验传质系数
• 3.3 理论传质系数
• 3.3.1 管程传质系数
• 3.3.2 壳程传质系数
• 3.3.3 膜相传质系数
• 第四章 膜结构填料精馏分离醇水体系研究
• 4.1 膜材料及膜组件
• 4.1.1 膜材料性能参数
• 4.1.2 膜形态
• 4.1.3 膜组件参数
• 4.2 膜结构填料对醇水体系分离效果比较
• 4.2.1 膜接触器操作弹性
• 4.2.2 分离甲醇/水的效果比较
• 4.2.3 分离乙醇/水的效果比较
• 4.2.4 不同体系对同一组件的影响
• 4.3 传质系数分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 膜结构填料稳定性研究
• 5.1 溶剂作用对膜材料结构的变化
• 5.1.1 膜形态变化
• 5.1.2 膜内径、膜厚、膜长变化
• 5.2 溶剂作用对PES膜分离乙醇的影响
• 5.3 溶剂作用对传质的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录