PVA膜渗透汽化分离正丁醇/水溶液的实验研究

摘要

正丁醇作为一种非常重要的有机溶剂和化工原料,用途极其广泛,社会对其需要量也越来越多,因此正丁醇的生产方法越来越受到社会各界的关注。传统的正丁醇生产方法主要是发酵法,产物为正丁醇、丙酮和乙醇。但是在发酵过程中,发酵液中正丁醇的浓度一般都很低,而且正丁醇对发酵过程有严重的产物抑制作用。为了解决这一问题,考虑采用渗透汽化法分离浓缩低浓度正丁醇,减小产物抑制作用,保证发酵过程的连续进行。渗透汽化作为一种新型的膜分离方法,具有许多其他分离方法所不能比拟的优点,适合于传统精馏法难以分离的近沸物或者恒沸物的分离,在低浓度正丁醇/水溶液的分离中有着广阔的应用前景和发展潜力。
　　 首先,本文采用PVA(聚乙烯醇)膜对低浓度正丁醇/水溶液进行了渗透汽化性能的实验研究,通过改变实验操作条件如实验温度、原料浓度、膜后真空度等对,对PVA膜的渗透汽化行为进行实验研究和探索。实验结果表明:随着实验温度的升高,渗透通量和分离因子均呈增加的趋势,其中分离中因子在60℃时达到最高值;随着原料浓度的增加,渗透通量呈减小的趋势,分离因子呈先增大后减小的趋势,并出现极值;随着膜后真空度的增加,渗透通量和分离因子均而呈增加的趋势。
　　 其次,考察了PVA膜在乙醇/水和丙酮/水中的渗透汽化现象,实验结果表明:渗透通量均随温度的升高而呈增加的趋势,对于乙醇/水体系,分离因子随着实验温度的升高而呈减小的趋势,而对于丙酮/水体系,分离因子随着实验温度的升高而呈增加的趋势;随着原料浓度的增加,对于乙醇/水体系,渗透通量先增大后减小,在55％附近时最大,分离因子呈减小的趋势;对于丙酮/水体系,渗透通量和分离因子均原料浓度的升高呈现增加的趋势。在原料液浓度5%,膜后真空度0.085MPa的操作条件下,三种体系渗透通量大小顺序为:正丁醇＞乙醇＞丙酮;分离因子大小顺序为:乙醇＞正丁醇＞丙酮。
　　 最后,考察了正丁醇-乙醇-丙酮-水体系在PVA膜中的渗透汽化行为,结果表明渗透通量和分离因子均随实验温度的升高而呈增加的趋势。