第八章氣體分離膜第八章氣體分離膜第一節(jié)概述1831年，天然橡膠膜具有透氣性，發(fā)現(xiàn)H2和CO2透過膜的速率不同1950年，乙基CA膜可進(jìn)行空氣分離，得到富氧空氣1965年，含氟高分子膜可分離出氦氣，同年美國DuPont公司首創(chuàng)中空纖維膜及其裝置分離氫氣、氦氣，并申請專利1979年，美國Monsanto公司，研制出“Prism”氣體膜（聚砜-硅橡膠復(fù)合膜）分離裝置，商業(yè)化后廣泛回收合成氨以及石油煉廠中氫氣的回收耗能低、操作簡單、裝置緊湊等優(yōu)點(diǎn)，O2、N2等富集膜相繼開發(fā)使用第一節(jié)概述1831年，天然橡膠膜具有透氣性，發(fā)現(xiàn)H2和CO第二節(jié)氣體膜分離機(jī)理氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜一、非多孔均質(zhì)膜的溶解-擴(kuò)散機(jī)理該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另一側(cè)逸出。二、多孔膜的透過擴(kuò)散機(jī)理用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的。其傳遞機(jī)理有分子擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、毛細(xì)管冷凝、分子篩分等。第二節(jié)氣體膜分離機(jī)理氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多氣體分離膜過程是以壓力差為驅(qū)動(dòng)力的分離過程，在膜兩側(cè)混合氣體各組分分壓差驅(qū)動(dòng)下，不同氣體分子透過膜的速率不同，滲透速率快的在滲透側(cè)富集，慢的在原料側(cè)富集——滲透速率差使氣體在膜兩側(cè)富集氣體分離膜過程是以壓力差為驅(qū)動(dòng)力的分離過程，在膜兩側(cè)混合氣體氣體分離膜氣體分離膜第二節(jié)氣體分離膜材料一、高分子膜橡膠高分子具有高滲透系數(shù)，分離系數(shù)低；玻璃態(tài)高分子具有低滲透系數(shù)，分離系數(shù)高。橡膠、CA、PC；聚酰亞胺、含硅化合物、聚苯胺二、無機(jī)膜金屬及其合金膜、陶瓷膜、分子篩膜等三、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料分子篩填充聚合物膜、聚合物裂解膜第二節(jié)氣體分離膜材料一、高分子膜無機(jī)材料有機(jī)高分子材料多孔質(zhì)多孔質(zhì)玻璃、燒結(jié)體（陶瓷、金屬）微孔聚乙烯，多孔乙酸纖維非多孔質(zhì)（均質(zhì)）離子導(dǎo)電性固體（ZrO2），（-氧化鋁）鈀合金均質(zhì)乙酸纖維，合成高分子（硅氧烷橡膠，聚碳酸酯等）表9-1選擇性氣體分離膜材料無機(jī)材料有機(jī)高分子材料多孔質(zhì)多孔質(zhì)玻璃、燒結(jié)體（陶瓷、金屬）第三節(jié)氣體分離膜的制備（1）影響氣體分離膜性能的因素1）化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響

2）形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

根據(jù)不同的分離對象，采用適合的材料、合適的方法制備（2）制備氣體分離膜的主要方法燒結(jié)法、溶膠-凝膠法、拉伸法、熔融法、蝕刻法、包覆法、相轉(zhuǎn)移法和水上展開法第三節(jié)氣體分離膜的制備（1）影響氣體分離膜性能的因素第八章氣體分離膜分解課件第四節(jié)氣體分離膜組件一、膜組件平板式中空纖維式卷式第四節(jié)氣體分離膜組件一、膜組件二、氣體膜分離系統(tǒng)及工藝流程分離效率由膜滲透系數(shù)、分離系數(shù)及操作條件確定高壓氣源時(shí)，氣體分離效率高低壓氣源時(shí)，采用圖a可獲得較大的滲透流量，圖b能耗低。二、氣體膜分離系統(tǒng)及工藝流程工藝流程：循環(huán)氣流工藝流程：循環(huán)氣流多級串聯(lián)滲透流程多級串聯(lián)滲透流程第五節(jié)氣體分離膜的應(yīng)用一、H2的分離

美國Monsanto公司1979年首創(chuàng)Prism中空纖維復(fù)合氣體分離膜，主要用于氫氣的分離。其材料主要有醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺等。其中聚酰亞胺是近年來新開發(fā)的高效氫氣分離膜材料。它是由二聯(lián)苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化學(xué)腐蝕、耐高溫和機(jī)械性能高等優(yōu)點(diǎn)。第五節(jié)氣體分離膜的應(yīng)用一、H2的分離合成氨廠施放氣和其他石油化工含氫混合氣中分離和回收氫合成氨廠施放氣和其他石油化工含氫混合氣中分離和回收氫從煉油廠烴類加工過程弛放氣體中分離和回收氫從煉油廠烴類加工過程弛放氣體中分離和回收氫第八章氣體分離膜分解課件二、膜法富氧制備富氧膜的材料主要兩類：聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改性產(chǎn)品和含三甲基硅烷基的高分子材料。PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點(diǎn)：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。二、膜法富氧第八章氣體分離膜分解課件三、膜法富氮三、膜法富氮四、天然氣脫CO2、H2S和H2O四、天然氣脫CO2、H2S和H2O第八章氣體分離膜分解課件第八章氣體分離膜分解課件五、易揮發(fā)有機(jī)化合物（VOC）的回收五、易揮發(fā)有機(jī)化合物（VOC）的回收第八章氣體分離膜分解課件六、水果保鮮系統(tǒng)一般說來，水果在收獲后，仍會繼續(xù)呼吸作用，果品將逐漸劣化以至腐爛，為抑制果品的呼吸，可適當(dāng)降低其保藏容器中的氧氣濃度，增加二氧化碳濃度。目前廣泛采用由硅氧烷膜使氧氣與二氧化碳等進(jìn)行交換分離的方法。外界氣氛%O221CO20N279倉庫氣氛%O2CO292N2硅氧烷膜