第八章气体分离膜

, , , , , ,*,第八章气体分离膜,第一节概述,1831,年，天然橡胶膜具有透气性，发现,H,2,和,CO,2,透过膜的速率不同,1950,年，乙基,CA,膜可进行空气分离，得到富氧空气,1965,年，含氟高分子膜可分离出氦气，同年美国,Du Pont,公司首创中空纤维膜及其装置分离氢气、氦气，并申请专利,1979,年，美国,Monsanto,公司，研制出“,Prism”,气体膜（聚砜,-,硅橡胶复合膜）分离装置，商业化后广泛回收合成氨以及石油炼厂中氢气的回收,耗能低、操作简单、装置紧凑等优点，,O,2,、,N,2,等富集膜相继开发使用,第二节 气体膜分离机理,气体分离膜有两种类型：,非多孔均质膜,和,多孔膜,一、,非多孔均质膜,的溶解,-,扩散机理,该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分,四步,进行：气体与膜,接触,，分子,溶解,在膜中，溶解,的分子由于浓度梯度进行活性,扩散,，分子在膜的另,一侧,逸出,。,二、,多孔膜,的透过扩散机理,用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流过膜中细孔时产生的,速度差,来进行的。其传递机理有分子扩散、表面扩散、毛细管冷凝、分子筛分等。,气体分离膜过程是以,压力差为驱动力,的分离过程，在膜两侧混合气体各组分分压差驱动下，不同气体分子透过膜的,速率不同,，渗透速率快的在渗透侧富集，慢的在原料侧富集,渗透速率差使气体在膜两侧富集,气体分离膜,第二节气体分离膜材料,一、高分子膜,橡胶高分子,具有高渗透系数，分离系数低；,玻璃态高分子,具有低渗透系数，分离系数高。,橡胶、,CA,、,PC,；聚酰亚胺、含硅化合物、聚苯胺,二、无机膜,金属及其合金膜、陶瓷膜、分子筛膜等,三、有机,-,无机复合材料,分子筛填充聚合物膜、聚合物裂解膜,无机材料,有机高分子材料,多孔质,多孔质玻璃、烧结体（陶瓷、金属）,微孔聚乙烯，多孔乙酸纤维,非多孔质（均质）,离子导电性固体（,ZrO,2,），（,-,氧化铝,）钯合金,均质乙酸纤维，合成高分子（硅氧烷橡胶，聚碳酸酯等）,表,9-1,选择性气体分离膜材料,第三节气体分离膜的制备,（,1,）影响气体分离膜性能的因素,1,）化学结构的影响,2,）形态结构的影响,根据不同的分离对象，采用适合的材料、合适的方法制备,（,2,）制备气体分离膜的主要方法,烧结法、溶胶,-,凝胶法、拉伸法、熔融法、蚀刻法、包覆法、相转移法和水上展开法,第四节气体分离膜组件,一、膜组件,平板式,中空纤维式,卷式,二、气体膜分离系统及工艺流程,分离效率,由膜渗透系数、分离系数及操作条件确定,高压气源时，气体分离效率高,低压气源时，采用图,a,可获得较大的渗透流量，图,b,能耗低。,工艺流程：循环气流,多级串联渗透流程,第五节气体分离膜的应用,一、,H,2,的分离,美国,Monsanto,公司,1979,年首创,Prism,中空纤维复合气体分离膜，主要用于氢气的分离。其材料主要有,醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺,等。其中,聚酰亚胺,是近年来新开发的高效氢气分离膜材料。它是由二联苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。,合成氨厂施放气和其他石油化工含氢混合气中分离和回收氢,从炼油厂烃类加工过程弛放气体中分离和回收氢,二、膜法富氧,制备富氧膜的材料主要两类：聚二甲基硅氧烷（,PDMS,）及其改性产品和含三甲基硅烷基的高分子材料。,PDMS,是目前工业化应用的气体分离膜中最高的膜材料，美中不足的是它有两大缺点：一是分离的选择性低，二是难以制备超薄膜。,三、膜法富氮,四、天然气脱,CO,2,、,H,2,S,和,H,2,O,五、易挥发有机化合物（,VOC,）的回收,六、水果保鲜系统,一般说来，水果在收获后，仍会继续呼吸作用，果品将逐渐劣化以至腐烂，为抑制果品的呼吸，可适当降低其保藏容器中的氧气浓度，增加二氧化碳浓度。目前广泛采用由,硅氧烷膜,使氧气与二氧化碳等进行交换分离的方法。,外界气氛,%,O,2,21,CO,2,0,N,2,79,仓库气氛%,O,2,CO,2,92,N,2,硅氧烷膜,本章习题,非多孔和多孔气体分离膜的分离机理,气体分离膜分离混合气过程,橡胶和玻璃态高分子分离气体的特点,气体分离膜的实际应用,