PDMS/PVDF中空纤维复合膜接触器用于醇/水体系分离的性能研究

论文摘要

膜接触器是将膜分离和传统化工单元操作有机结合而成的一种新型高效分离器,可不通过两相的直接接触而实现相间传质。膜填料替代过程作为一种新型膜接触器与常规精馏设备相比,由于气/液两相由膜相阻隔,传质面积大,可突破液泛、起泡等传统精馏设备难以逾越的难点,具有操作范围宽,分离效率高,气液两相的流速可独立控制,可直接线性放大和结构紧凑等优点。本文采用PDMS对膜材料进行改性以期优化膜组件性能,因为PDMS具有对有机物良好的亲和力和疏水性,优异的耐热耐寒性,良好的化学稳定性,渗透性,耐酸碱,耐溶剂性,无毒且具有良好的粘接性等性质,是迄今为止醇/水分离的代表性材料,因此本实验选用PDMS为改性材料。本文以乙醇/水、异丙醇/水为分离体系,采用新型中空纤维膜接触器（HFMCs）作为精馏结构填料,分别比较了单纯PVDF膜和经PDMS涂覆改性后PDMS/PVDF复合膜的分离性能,结果表明无论是否经过改性,系统均能保持稳定高效的分离效果,操作气速可在常规填料液泛线以上,改性后分离效率明显增加,且对乙醇/水体系的改善效果好于异丙醇/水,精馏效率分别增加了59%和35%,液相总传质系数分别从1.242×10-3cm/s增加到5.815×10-3cm/s,6.831×10-3cm/s增加至1.38×10-2cm/s。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1.1 两种醇的性质及生产
• 1.1.1 乙醇的物化性质
• 1.1.2 乙醇的常规生产工艺
• 1.1.3 异丙醇的物化性质
• 1.1.4 异丙醇的生产工艺
• 1.2 分离工艺
• 1.2.1 常规分离方法
• 1.2.1.1 共沸精馏
• 1.2.1.2 萃取精馏
• 1.2.1.3 吸附法
• 1.2.2 膜分离工艺
• 1.2.2.1 渗透汽化
• 1.2.2.2 膜蒸馏
• 1.3.2.3 新型膜接触器
• 1.3 膜材料的选择及常用膜材料
• 1.3.1 膜接触器材料的选择
• 1.3.2 常用膜材料
• 1.3.2.1 聚四氟乙烯（PTFE）
• 1.3.2.2 聚丙烯（PP）
• 1.3.2.3 聚偏氟乙烯（PVDF）
• 1.3.2.4 无机材料
• 1.4 膜材料的制备方法
• 1.4.1 相转化法
• 1.4.2 熔融拉伸法
• 1.4.3 热致相分离法
• 1.4.4 烧结法
• 1.4.5 制备新方法
• 1.4.5.1 高湿度诱导相分离法
• 1.4.5.2 超临界二氧化碳制备法
• 1.4.5.3 自组装制备法
• 1.5 膜材料的改性方法
• 1.5.1 化学接枝法
• 1.5.2 等离子体改性
• 1.5.3 共混改性
• 1.5.4 表面活性剂改性
• 1.5.5 表面涂覆改性
• 1.6 课题意义、研究内容和创新点
• 1.6.1 课题意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 创新点
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料和实验设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 主要实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 复合膜的制备
• 2.2.2 复合膜的固定
• 2.2.3 实验装置
• 2.3 测试与分析方法
• 2.3.1 取样
• 2.3.2 色谱分析
• 2.3.3 乙醇/水、异丙醇/水溶液的标准曲线
• 2.4 膜的表征
• 2.4.1 扫描电镜（SEM）分析
• 2.4.2 孔隙率实验
• 2.4.3 溶胀度分析
• 第三章 理论部分
• 3.1 传质单元数（NTU）和传质单元高度（HTU）的计算
• 3.2 实验传质系数计算方法
• 3.3 理论传质系数的计算
• 3.3.1 液相传质系数
• 3.3.2 气相传质系数
• 3.3.3 膜相传质系数
• 3.4 精馏效率的计算
• 第四章 实验分析与讨论
• 4.1 膜材料及膜组件
• 4.1.1 改性前后膜形态结构比较
• 4.1.2 改性前后膜的溶胀性能分析
• 4.2 膜组件对醇/水体系分离效果的比较
• 4.2.1 PDMS的涂覆对馏出液浓度的影响
• 4.2.2 操作弹性
• 4.2.3 精馏效率
• 4.2.4 改性前后传质系数的影响
• 4.2.4.1 改性前后对液相传质系数的影响
• 4.2.4.2 改性前后对膜相传质的影响
• 4.2.4.3 改性前后对液相总传质系数的变化
• 4.3 膜结构填料稳定性研究
• 4.3.1 溶剂作用对两种膜分离乙醇的影响
• 4.3.2 溶剂作用对传质的影响
• 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文