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PVA膜渗透汽化分离乙醇/水溶液的实验研究

陶旭鹏  
【摘要】:随着能源危机和环境污染等问题的日益严重,乙醇作为一种新型可再生能源得到了人们的广泛重视。但是,传统的乙醇生产方法存在着很多问题。诸如连续发酵以提高生产效率,降低乙醇/水分离过程中的能耗等。渗透汽化分离技术是膜分离技术与科学中发展相对较晚的一种膜分离技术。由于渗透汽化分离技术特别适用于传统蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点有机混合物溶液的分离,以及渗透汽化分离具有分离所需要能耗较小、产品纯度高等优点,近几十年来其成为人们研究的热点。 渗透汽化分离技术在乙醇生产中的应用可以很好地解决乙醇生产中的诸多问题。本课题以寻求一种可供分离乙醇/水系统的渗透汽化膜为目的,进行了试验研究。本论文主要分为以下三部分: 首先,综述了发酵法生产乙醇工艺,并且详细讨论了乙醇生产过程中的诸多问题。 其次,针对渗透汽化分离技术过程进行了详细的论述,主要介绍了渗透汽化的发展历程、渗透汽化分离技术的特点、影响渗透汽化过程的因素、渗透汽化分离机理和渗透汽化应用现状等内容。在综合分析国内外乙醇发酵生产工艺和渗透汽化分离技术发展趋势的基础上,提出本论文的立论依据和研究方案。 最后,我们采用实验室自制的直径为100mm,有效膜面积为72.35mm2的膜组件对聚乙烯醇(PVA)膜的渗透汽化分离性能进行了实验研究。主要考察了料液温度、料液浓度、料液流量和膜下游真空度等操作条件对PVA膜渗汽化分离性能的影响。实验结果表明,随着料液浓度的增加,PVA膜对乙醇/水混合溶液表现出反转现象。即当料液内乙醇浓度70%时,PVA膜表现出对乙醇的优先选择透过性;当乙醇浓度70%,PVA膜表现出对水的优先选择透过性。膜渗透通量随着浓度的变化呈现出先增大后减小的变化趋势。随着料液温度的变化,PVA膜的渗透通量与温度的关系符合Arrhenius方程:J=Joexp (-Ep/RT)。PVA膜的分离因子则表现出先增大后减小的趋势,在料液温度为50℃附近,分离因子达到最大。PVA膜的渗透通量随着膜下游真空度的增大而增大,而分离因子随着膜下游真空度的增大而减小。随料液流量的增加,膜的分离因子变化趋势不大,膜的渗透通量先增大,最后维持在某一数值不再升高。


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