1、膜分別技術(shù)在無水乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用班級(jí)：化工 1309摘要：工業(yè)上的應(yīng)用實(shí)例,并對(duì)前景做了展望。關(guān)鍵字：(PVA)；工業(yè)名目TOC o “1-2“ h z u HYPERLINK l “_TOC_250004“ 緒論3 HYPERLINK l “_TOC_250003“ 用于無水乙醇生產(chǎn)的膜材料的選用3 HYPERLINK l “_TOC_250002“ 膜分別法5 HYPERLINK l “_TOC_250001“ 膜法生產(chǎn)無水乙醇的工業(yè)應(yīng)用8 HYPERLINK l “_TOC_250000“ 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和進(jìn)展展望9緒論2070資源的利用。無水酒精作為一種清潔的可再生資源,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占料

2、。將無水酒精添參加汽油中可以提高燃料的抗震性能,同時(shí)免去汽1。美國(guó)和巴西等國(guó)家都大力推行無水酒精的生產(chǎn)和消費(fèi),及無水酒精的爭(zhēng)辯工作。由于乙醇與水形成恒沸物(在 101.323kPa 下恒沸液組成為含乙0.89478.15e),所以不能通過一般的精餾水法、醋酸鉀及醋酸鈉混合液脫水法、萃取蒸餾法、真空蒸餾法、恒沸精餾法等。而作物吸附法、分子篩法、膜分別法作為型的分別方法在實(shí)際生產(chǎn)中已得到很好的應(yīng)用。特別是膜分別法有很多優(yōu)點(diǎn),諸如無外加的化學(xué)添加劑(萃取劑或恒沸劑);滲透液(含乙醇 5%50%質(zhì)量)直接返回精餾塔,幾乎沒有乙醇的損失(通常的恒沸精餾中乙醇平4%);無廢水排放,熱能消耗小、設(shè)備體積小,

3、操作便利等。用于無水乙醇生產(chǎn)的膜材料的選用目前用于無水乙醇生產(chǎn)的膜材料很多,關(guān)于它的爭(zhēng)辯也很多。但無外乎兩種:親水性的膜和疏水性的膜,也就是優(yōu)先透水和優(yōu)先透醇兩種。對(duì)于乙醇與水的近沸或共沸混合物,分別過程中選用高選擇性的膜,無論是何種復(fù)合膜,起主要分別作用的活性層總是外表極薄的Lonsdale2等人提出的。假設(shè)溶質(zhì)和溶劑都能均質(zhì)的在多孔膜外表,然后在化學(xué)勢(shì)推動(dòng)下集中通過膜,再?gòu)哪は掠谓馕?由于膜的選擇性,使氣體混合物或液體混合物得以分別。而物質(zhì)的滲透力量,不僅取決于集中系數(shù),還取決于在膜中的溶解度。親水性的膜正是由于其均質(zhì)層的高分透醇的膜也是同樣道理。聚乙烯醇(PVA)是廣泛使用的水-乙醇滲透

4、分別均質(zhì)層的膜材料。PVA 膜顯示出較高的滲透選擇性和相對(duì)較低的滲透性;它的較高的滲透選擇性是由于擁有好的親水性和優(yōu)先的吸水性能;而低的滲透性則PVAPVAPVA3(GFT此技術(shù)德國(guó)GFT19821300 99.2%無水乙醇的滲透蒸發(fā)工業(yè)裝置)牢牢地占據(jù)著醇類脫水的滲透汽化膜市場(chǎng);二是通過與其他高分子材料共混來轉(zhuǎn)變其選擇性和滲透性,如聚乙烯醇-g-聚丙烯酸膜4;三是參加一些無機(jī)物,XuPVA 膜中參加納米尺寸的SiO2;還有報(bào)道納米分子的PVAcPVA 的熱力學(xué)穩(wěn)定性和選擇性。殼聚糖(簡(jiǎn)稱 CS)也稱甲殼素,其化學(xué)構(gòu)造為乙酰胺基葡萄糖,含有-NH2-OHCS/水的分別系數(shù)較低且透量較大,須對(duì)其

5、承受交聯(lián)5、化學(xué)改性、與共混6使膜在具有很好的分別系數(shù)的同時(shí)有適當(dāng)?shù)耐噶?目前國(guó)內(nèi)很多院校單位都在爭(zhēng)辯8,并且日本已在這方面實(shí)現(xiàn)了小型工業(yè)化9。疏水性膜材料主要是含硅聚合物和含氟聚合物。硅橡膠(聚二甲基硅氧烷)被用于優(yōu)先透醇的滲透汽化過程用膜10,但透量太低,在膜中添硅基丙炔(PTMSP)也可用于分別乙醇-水,且透量和乙醇/水選擇性均高于硅橡膠,但存在著通量隨時(shí)間下降的問題。Lee 等首先承受疏水有報(bào)導(dǎo)以偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物(PVDF-PTFE)作為優(yōu)先透醇用膜,PVDF到高的滲透系數(shù)和教好的穩(wěn)定性能。疏水性的膜材料和親水性的膜材料相比 ,由于其優(yōu)先透醇,所以一般用于低濃度酒精的濃縮,這是

6、由于搬遷少量的乙醇而實(shí)現(xiàn)混合物體系中兩種組分的分別,比搬遷大量的水實(shí)現(xiàn)分別在能量消耗上合算件下經(jīng)過疏水性膜的濃縮,然后再利用親水膜的優(yōu)先透水性來進(jìn)展無水酒精的生產(chǎn)。膜分別法滲透汽化法(PV汽化是以混合物中組分蒸汽壓差為推動(dòng)力,依靠各組分在膜中的溶解膜分別器,膜后側(cè)保持低的組分分壓,在膜兩側(cè)組分分壓差的驅(qū)動(dòng)下,組分通過膜向膜后側(cè)集中,并汽化成蒸汽而離開膜器。其中集中快的11 滲透汽化典型工藝流程;2)泵;3,4)預(yù)熱器;5)滲透汽化膜分別器;6)冷凝器;真空泵及下游的汽化,從而使膜通量上升;但升溫又將加大膜的溶脹度和減弱水與膜的氫鍵相互作用,使分別系數(shù)在溫度較高時(shí)略有下降。膜后側(cè)壓力是打算滲透汽

7、化推動(dòng)力大小的另一個(gè)因素,膜后側(cè)壓力低、推件的摩擦損失而定,選擇較高流速有利于削減濃度與溫度極化的不利影響,但將使流體通過膜組件的摩擦損失增加。因此必需依據(jù)實(shí)際狀況選擇合理的工藝條件。蒸汽滲透(VPPVVP。2 乙醇脫水的蒸汽滲透裝置流程圖膜蒸發(fā)器;2,3,4)膜組件;5,6)冷卻系統(tǒng);7)蒸汽壓縮機(jī)PV 和VP集中通過膜的規(guī)律等方面都是一樣的。但VPPV的特點(diǎn),主要有:(1)在一樣的質(zhì)量流量下,蒸汽滲透加料的體積流量一般比滲透汽化大,因此在膜組件上蒸汽滲透需要更大的流通截面。但同時(shí)氣體的流淌狀況較液體好,所以蒸汽滲透的濃差極化的影響比(2)在絕熱條件下,滲透蒸發(fā)有相變,料液溫度降低,在相慮流

8、淌時(shí)壓力降的影響,可通過中間加壓的方法來提高蒸汽壓力。同時(shí)依據(jù) Sander 等人的試驗(yàn),在一樣的條件下蒸汽滲透與滲透汽化具(3)蒸汽(4)滲透汽化過程命相對(duì)較短。膜法生產(chǎn)無水乙醇的工業(yè)應(yīng)用目前針對(duì)膜法生產(chǎn)無水乙醇的爭(zhēng)辯很多,但在實(shí)際工業(yè)中獲得大規(guī)模應(yīng)用的并不多,大多還處于試驗(yàn)室或小型工業(yè)中獲得大規(guī)模應(yīng)用的并不多,大多還處于試驗(yàn)室或小型工業(yè)化階段。其中代表性的有以70GFTBruschkeTusel出優(yōu)先透水的聚乙烯醇/聚丙烯腈復(fù)合膜(GFT1982,GFTGFT歐和美國(guó)建立了二十多個(gè)規(guī)模更大的裝置(每天生產(chǎn) 15002022L)。與此同時(shí),LurgeKarlsruhe套生產(chǎn)力量為 60001

9、2022L/dGFT 膜,Lurge1988 年,由 GFT 公司設(shè)計(jì),在法國(guó)Betheniville 建成世界上第一個(gè)最大的滲透汽化法脫水制無水乙醇150000L94%的乙醇水溶2022mg/L1984爭(zhēng)辯。1995 年浙江大學(xué)與衢化集團(tuán)建設(shè)公司和杭州水處理中心合脫水的工業(yè)裝置1319899HeilbronnBRGGEMANNSPRITHND94%(30m3 ,產(chǎn)品99.9%(質(zhì)量)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和進(jìn)展展望Sander 等對(duì)蒸汽滲透+精溜、滲透汽化+精溜、恒沸精溜+精溜、多效精溜+精溜四種無水乙醇生產(chǎn)方法進(jìn)展了比較15。如表 1 所示: 在肯定的生產(chǎn)規(guī)模 (生產(chǎn)力量 24t/d)與要求(從

10、90%的乙醇脫水到99.9%的產(chǎn)品),和一樣的工藝邊界條件(如一般精溜塔頂蒸出的94%的乙醇開頭等)下,四種方法的總費(fèi)用分別為:90.70、106.70、125.80、2在總費(fèi)用上四種方法中蒸汽滲透+精溜和多效精溜+精溜為較低。方法低壓蒸汽(40 馬方法低壓蒸汽(40 馬克/噸蒸汽電能(0.2馬克/kW#h)冷卻劑(0.1 馬克/m3)恒沸劑(3.0 馬克/mg)膜的更換設(shè)備費(fèi)蒸汽滲透+精餾滲透汽化+精餾恒沸精餾+精餾多效精餾+精餾6.4060.0016.0016.008.804.003.202.002.007.501.504.804.809.5015.3063.2074.2049.5063.

11、20總計(jì)總計(jì)/(/乙醇90.70106.70125.8088.70膜技術(shù)在無水乙醇中的應(yīng)用的前景是值得期盼的,但還是一種正在進(jìn)展中的技術(shù),要使其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用,在膜和膜組件的研制等方面還需要大量的爭(zhēng)辯和開發(fā)工作:合理的滲透系數(shù)和滲透通量、高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和耐溶劑性的膜材料的研制和在工業(yè)上的應(yīng)用;上的份額,膜組件本錢的下降對(duì)整個(gè)過程本錢的下降的重要性是明顯的;針對(duì)膜分別的數(shù)學(xué)模型的開發(fā)和工程放大問題的解決。數(shù)學(xué)模型的開發(fā)是膜分別在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的根底,可以為工藝設(shè)計(jì)供給合理的參數(shù)。謝林,呂西軍玉米酒精生產(chǎn)技術(shù)M.311312,杜連祥,趙繼湘.世界燃料酒精生產(chǎn)形勢(shì)J,釀酒,2022,(5):2413付圣權(quán)、戴亞、洪深求安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)J,2022,26(4):4995011 姚英明張可達(dá)方天如功能高分子學(xué)報(bào)J(Vol.7.No.1Mar.1994.5560)15張富堯,張一烽,沈之荃,高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)J1994,15(7):10811J,1992,5(3):193-117王平,沈之荃功能高分子學(xué)報(bào)J,1995,12(4):467,1J,2022,9(3):46481J.1995,(3):16316919王保國(guó),蔣維鈞水處理技術(shù)J1994,(8):2012041 10金子