PES/PS/PP中空纤维膜接触器的物化特性对IPA/水体系精馏分离性能的影响及分析

摘要

膜接触器是以非选择性微孔膜作为两相接触界面实现相间传质的高效分离过程。本文主要采用了聚醚砜PES、聚砜PS和聚丙烯PP三种中空纤维膜构建的新型膜接触器进行异丙醇/水体系的精馏分离研究。由于中空纤维膜接触器具有比表面积巨大和气液相彼此独立的显著优势，由其构成的膜结构填料可以较常规填料获得更好的分离效果和更宽的操作弹性。在分离过程中，膜接触器中分离膜的物化特性至关重要。在前期工作基础上，实验采用全回流操作，冷凝液在中空纤维膜管内流动，蒸汽通过壳程与液相逆向流动。实验考察了不同膜接触器对异丙醇/水体系的分离效果，详细比较了不同材料的新型膜接触器在传质单元高度(HTU)、塔顶产物浓度以及膜的物化特性和总传质系数K值等方面的异同。结果表明，与异丙醇相容性好，且在液相侧具有致密层的非对称结构微孔疏水膜表现出更好的操作稳定性和分离效果。在相近膜组器空间结构下，PES膜接触器的性能整体上要优于PP和PS。实验还进一步讨论了润湿对分离过程中传质的影响，发现即使只发生轻微润湿(＜20％)，也会造成膜相传质系数的剧烈下降（约70%）。理论总传质系数(KL)与实验总传质系数（KL）产生差异的原因可能与三相阻力结构、膜润湿以及流体特征有较大关联。在以上试验中，所有的膜组件在稳定运行时均显示出优异的分离效率，其HTU＜0.1m。