CA膜分離MeOH/MTBE混合體系的滲透汽化傳質(zhì)模型

滲透汽化 (Pervaporation，PV)是近 40年來(lái)頗受注 目的一項(xiàng)新的膜分離技術(shù)，具有一次性分離度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)污染、低能耗等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于共沸或近沸的混合物體系、脫除微量水、有機(jī)溶劑脫除等傳統(tǒng)分離方法難以奏效的領(lǐng)域 ，PV分離效果突 出，顯示出可喜的應(yīng)用前景 。其中有機(jī)物 ／有機(jī)物的 PV分離倍受關(guān)注 ，醇 ／醚混合物的 Pv分離是有機(jī)混合物分離體系 中 的一個(gè)研 究 熱 點(diǎn) ，其研 究重 點(diǎn) 為 甲醇(MeOH)／甲基叔丁基醚 (MTBE)和 乙醇 (EtOH)／乙基叔丁基醚 (ETBE)的分離。

目前 ，MeOH／MTBE混合物 的 PV分 離研 究主要集 中在膜材料 的開(kāi)發(fā)和對(duì)其分離機(jī)理的探索兩個(gè)方面 。在膜材料的開(kāi)發(fā)上己取得了很大進(jìn)展Ⅲ，已研制出接近工業(yè)化的等離子改性膜 。PV的分離機(jī)理，由于涉及到滲透物和膜 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) ，滲透物組分之間、滲透物與膜之間復(fù)雜的相互作用，涉及到化學(xué)、化工、材料、非 晶態(tài)物理學(xué)等學(xué)科的交叉，研究工作的難度較大。但到 目前為止，也已提出了幾種描述PV傳遞機(jī)理的模型，主要包括溶解一擴(kuò)散模型[2]、孔流模型『3]、虛擬相 變?nèi)芙鈹U(kuò) 散模 型 51等，其 中溶解 一擴(kuò)散模型是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛描述 PV過(guò)程 的傳質(zhì)模型。其基本假設(shè)為膜兩側(cè)界面保持熱力學(xué)平衡，并認(rèn)為 PV傳質(zhì)分為 3步 ，即：滲透物 小分子在進(jìn)料側(cè)膜面吸著 (sorption)溶解 ；在濃度梯度作用下擴(kuò)散透過(guò)膜；在滲透?jìng)?cè)膜面汽化解吸 (desorption)。

在 PV 的典型操作條件下 ，第 3步速度很快，對(duì)整個(gè)傳質(zhì)影響不大 ，因而溶解 一擴(kuò)散模型最終歸結(jié)為第 l步和第 2步，即滲透物小分子在膜中的溶解(吸著 )過(guò)程和擴(kuò)散過(guò)程的描述 。目前用于解釋 PV溶解過(guò)程的熱力學(xué)模型主要有 Flory-Huggins理論同、UNIQUAC模型[71以及 Doong和 Ho模型閻等 。大量研究表 明，UNIQUAC模型對(duì)高度偏離理想狀態(tài)的混合物體系的預(yù)測(cè)性較好[9-砌。

本 文采 用 二醋 酸 纖 維 素 (Celluloseacetate，CA)膜進(jìn)行了 MeOH／MTBE混合物 的 PV分離，討論了 CA膜的溶脹及滲透汽化行為，基于溶解 一擴(kuò)散模 型建立 了 MeOH／MTBE混合物在 CA膜 中的傳質(zhì)模型，采用 UNIQUAC模型預(yù)測(cè)混合物組分在膜 內(nèi)的溶解度 。