隨著工業的發展,在石油工業、制藥工業和油氣 輸送等過程中產生了大量的可揮發性有機蒸汽 (VOCs).這些有機蒸汽直接排放到環境中不僅會 產生污染,而且還會浪費大量的資源和能源.因此, 有機蒸汽的回收就受到了越來越廣泛的關注.而在 眾多的回收手段中,膜分離法以其設備簡單,無二次 污染和能耗低等優點受到廣泛的關注. 通過研究,人們發現有機橡膠膜,如聚二甲基硅 氧烷(PDMS)或者它與其他聚合物形成的復合膜, 如聚醚酰亞胺(PEI)都有著較好的選擇性和通 量[1].因此以PDMS膜為分離介質的傳質過程的模 擬也就得到了廣泛關注.例如:Lee[2]利用阻力串聯 模型計算了水和VOCs混合物在PDMS膜中滲透 蒸發過程中的濃差極化問題,Lue[3] 利用 UNIQUAC與Fick定律組合模型研究了VOCs和 水的混合物在PDMS 膜中的滲透蒸發問題. Mahoammadi等[4,5]研究了甲烷和丙烷等氣體在 PDMS/PES和PDMS/PA復合膜中的滲透性能并 且利用非線性擬合的方法得到了Flory-Huggins方 程的參數.Yeom等[6]測定了氮氣、氧氣和二氧化碳 等氣體在PDMS膜中的滲透性能并且分析了壓力溫度對于滲透性能的影響.在另一篇文章中, Yeom[7]利用氮氣和VOCs 混合的方法測定了 VOCs在PDMS膜中的滲透性能.Freeman等[8,9] 測定了甲烷和正丁烷滲透性能和混合氣中的滲透性 能做了對比和分析.同時,MS(Maxwell-Stefan)方 程充分考慮了氣體組分之間的影響及氣體對于膜的 塑化作用;因此,MS方程在膜分離過程的模型模擬 中有著廣泛的應用.例如,Krishna等[10]利用MS方 程模擬了氮氣/甲烷,氫氣/甲烷和氮氣/甲烷/二氧 化碳等混合氣在SAPO-34膜中的滲透過程并與實 驗值進行了對比.Nobrega等[11]利用MS方程模擬 了兩組分和多組分芳香烴和脂肪烴在PDMS膜中 的滲透蒸發過程并與實驗值進行了對比. 通過上面的研究可以看出,對于混合物在 PDMS膜中的滲透過程多集中在氣體在PDMS膜 中的滲透性能的測定或者兩組份混合物在PDMS 膜中的分離過程的模擬.對于多組分氣體混合物,尤 其是含有VOCs的多組分混合物在PDMS膜中的 氣體滲透過程則很少提及.因此,在本文中,作者提 出利用MS與UNIQUAC的組合模型來模擬含有 VOCs的多組分氣體在PDMS膜中的滲透過程.同時,作者還利用文獻中的實驗數據驗證了模型的準 確性并利用模型分析了溫度,壓力和進料相組成等 條件對于滲透過程的影響. |