[00705742]渗透蒸发和渗透蒸发与化学反应耦合过程研究

渗透蒸发是分离有机物/水及有机物/有机物溶液有效的膜分离技术，与精馏相比，前者对分离挥发度相近的物系具有显著优越性。如醋酸/水体系，由汽液平衡曲线知，当水的质量分数接近90％时，二者形成近沸物，此时若采用普通的精馏方法进行分离，所需理论板数急剧增加，设备投资和生产成本随之增大。对于该体系，理论计算分析了渗透蒸发和精馏联合过程的可行性。分别考察了膜组件和精馏塔的相对位置、膜组件和精馏塔之间流量及膜分离性能对过程的影响。表明膜组件在过程中起重要作用，而膜选择至关重要。渗透蒸发用于化学反应时，能选择性地脱去部分或全部生成物，使逆反应受到抑制，从而使最终转化率超过平衡转化率。该研究考察了渗透蒸发脱水速率与反应生成水速率的交互作用,提出了耦合因子概念。为进一步探索制膜条件，课题组对溶剂在高聚物中的扩散行为进行了模拟计算，利用UNIQUAC-FV热力学活度系数模型预测小分子在膜中的扩散系数，考察了自由体积对小分子扩散的影响。基于Flory-Huggins热力学理论和膜气两相平衡理论，建立了膜-气两相吸附相平衡模型，并预测了水/乙二醇分子在交联PVA膜透过侧表面的浓度，表明了透过侧浓度近似为零。研究了溶解选择性与渗透选择性的关系，并进而基于实验结果和Flory-Huggins自由体积理论，建立了膜体系溶胀平衡预测模型和膜内小分子扩散模型，模型计算值与实验结果吻合。考虑到聚二甲基硅氧烷的疏水性和优良的加工性能，实验制备了硅橡胶膜，研究了用该膜体系制备无醇饮料和啤酒的可行性，并研究了过程传质特性。与国内外同类技术比较，该研究理论上具有先进性，有些研究结论有一定创新性，如催化膜的不同制备方法和膜表面流体传质特性等。研究具有潜在推广应用价值，适用于无醇饮料，无水酒精和精醋酸的生产等，环保行业如含有机物废水的净化处理。