滲透氣化膜分離技術

滲透氣化法是一種用來分離液體混合物的膜分離方法。 滲透氣化(pervaporation即permeation-Vaporation)是膜分離技術中較年輕的一種, 是繼氣體膜分離後又一新的化工操作單元。被認為是可以代替“ 精餾”最有希望的一種方法, 尤其對共沸物系和近沸物系等難分物系的分離, 顯示特有的優越性。
滲透氣化法根據溶質間透過的相互作用決定溶質的滲透速度，根據相似相溶的原理，疏水性較大的溶質易溶於疏水膜，因此滲透速度高，在透過一側得到濃縮。滲透氣化的原理示於圖。疏水膜的一側通入料液，另一側（透過側）抽真空（圖4.5）或通入惰性氣體,使膜兩側產生溶質分壓差.在分壓差的作用下,料液中的溶質於膜內,擴散通過膜,在透過側發生氣化,氣化的溶質被裝置外設定的冷凝器回收。
滲透氣化過程中溶質發生相變，透過側溶質以氣體狀態存在，因此消除了滲透壓的作用，從而使滲透氣在較低的壓力下進行，適於高濃度混合物的分離。滲透氣法利用溶質之間膜透過性的差別，特別適用於共沸物和揮發度相相差較小的雙組分溶液的分離。例如，利用滲透氣化法溶縮乙醇。因此，滲透氣化又稱膜蒸滲透氣化又稱膜蒸餾。滲透汽化可經濟地用於較寬的領域, 但濃度範圍有一定限制, 如料液中要脫除者在100ppm以下, 用活性炭吸附可能較便宜；同樣, 若大於5%~10%,則精餾, 吹除等法可能仍較滲透汽化為便宜, 而中間區域100ppm~5%之間,滲透汽化法較有優勢, 可有不少重要的用途。
當前滲透氣化主要有三方面套用，即溶劑脫水, 水的純化以及有機物一有機物的分離。現已大規模工業套用的只有乙醇脫水和異丙醇脫水, 由於乙醇一水, 異丙醇一水都有共沸物, 難以普通精餾分離, 用此方法比傳統方法—萃取精餾等大量節約能量, 很受重視。其它方面的套用正在不斷開發, 特別是有機物/有機物的分離列為膜分離中重要研究課題的第一項, 也是因為它能代替或部分代替精餾。精餾為重要的操作單元, 但也是高能耗操作單元, 據美國能源部統計報導，美國化學工業和石油煉製工業中的28%能耗為精餾所用, 認為如果用滲透汽化技術, 只要能節約10%就非常可觀了。
根據上述當前套用的主要方面, 滲透汽化技術未來的套用潛在勢頭可觀。
有機溶劑脫水是滲透汽化技術最主要的工業化套用, 也是科研中感興趣的領域,但還有一系列需進一步解決的問題, 主要是：GFT膜雖已工業化套用, 現已有幾種牌號, 其分離選擇性好, 而滲透通量還需進一步提高,其它類型的膜也在不斷開發, 從而提高其分離性能, 減少過程所需膜面積, 降低其組件的造價, 如電漿膜, 滲透通量提高2倍-3倍；滲透汽化過程的傳熱, 傳質問題, 在板框式組件中有所揭示, 在組件設計和針對新的膜性能, 還要進一步改善。現有的不鏽鋼板框式組件雖耐酸、耐鹼、耐溫、耐壓, 但造價太貴。若用中空纖維或卷式組件, 造價將減少, 但也有不少困難如封接、汽化空間等問題, 需進一步研究。
滲透汽化用於水中脫除有機雜質在工業規模作了一定的研究, 其套用和過程開發為一前沿的科研領域, 主要套用於污染的控制,有機溶劑回收和雜質含量的降低, 在食品、香料工業、廢水中回收色香味也是可行的。當前所用的膜對疏水性有機溶劑有相當高的選擇性, 但對親水性的甲醇、乙醇、甲酸、乙酸等還不夠適宜, 急需開發這類選擇性好的膜。
能分離有機溶劑混合物是可以節能最顯著, 套用最廣的領域, 特別是恆沸, 近沸體系的分離。要研究開發適用的膜和組件外, 還需研究其與精餾等體系的集成過程的最佳化設計和最佳化操作。這類分離過程的工業化, 只要有一、二個體系小規模的成功, 就可進一步拓寬到經濟性顯著的領域, 前景可觀。