[发明专利]一种陶瓷分子筛膜高效渗透蒸发装置及工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及化工分离技术领域，特别是涉及一种陶瓷分子筛膜高效渗透蒸发装置及工艺。

背景技术

众所周知，膜分离技术是一门近三十年内迅速发展起来的多学科交叉的高新技术，可用于分离、浓缩、提纯以及净化等方面；其中，渗透蒸发（Pervaporation，简称PV，又称渗透气化）技术作为一种新型的膜分离技术被称之为本世纪化工领域最有前途的技术之一。渗透蒸发技术利用液体中不同组分在膜中的吸附力与扩散系数的差别，通过竞争吸附、扩散渗透与蒸发，将两种或多种组分进行分离。

由于渗透蒸发分离过程依靠分离膜与被分离物系的相互作用进行分离，因而不受汽液平衡的限制，对于那些用传统分离难以处理的恒沸、近沸物系分离具有独特的优越性。采用渗透蒸发分离时，只需将被分离的少量或微量物质（如水分）气化，大量物料在分离过程中不产生相变，因此相比传统的精馏分离，渗透蒸发能够节约至少50%的能耗，同时设备占地面积小，操作简单，无需加入第三组分，污染小，分离效率高。对于某些微量组分的脱除，渗透蒸发更显示出无可替代的高效性。

用于渗透蒸发的分离膜分为有机膜和无机膜两种。有机膜虽然发展得早，但由于其化学稳定性差，应用领域受到了限制，同时有机材料不耐高温，机械稳定性差，应用中难以获得高的通量和选择性。用于渗透蒸发的无机膜主要是陶瓷分子筛膜。由于分子筛膜化学性质稳定，耐有机溶剂和化学腐蚀，并且不被微生物降解，应用领域广阔，因而近二十年得到了越来越多的重视。陶瓷分子筛膜能够耐受1000°C的高温且机械强度高，即使在压力的作用下其表面依然平滑，不会变形。根据膜分离的传递模型，无论是溶解-扩散模型或修正的Maxwell-Stefan模型预测，在分离温度升高、压力增大的情况下，分离驱动力增强，通量增大，单位面积膜的处理量变大。由于单位膜面积的陶瓷分子筛膜成本比有机膜高，所以提高陶瓷分子筛膜的效率对于其应用领域拓宽和发展非常重要。陶瓷分子筛膜应用于其更有优势的高温高压条件下渗透蒸发分离，处理量将增大，所需膜面积变小，占地更节省，综合成本进一步降低。

虽然陶瓷分子筛膜的耐高温耐高压的性能优势被广泛认可，并时时提及，但在渗透蒸发实际应用中并没有使用到有机膜较难达到的温度125°C以上，以及压力200,000Pa以上。例如于晓波等综述NaA分子筛膜用于醇水分离的研究进展（现代化工：2011, 31 (12): 24-28），所应用的醇水分离温度基本上都在75°C，常压条件下进行。Stefan Sommer等考察了操作条件对于NaA分子筛膜渗透蒸发进行溶剂脱水效果的影响（Chem. Eng. Sci., 2005, 60: 4509-4523），得出温度增高，通量增大的模拟结果和实验结果，然而实验所用的最高温度为120°C。关于分子筛膜渗透蒸发的应用专利，如中国石油天然气股份有限公司申请的一种浓缩乙二醇水溶液的新方法（CN 101092329A），其渗透蒸发温度在50-70°C；大连理工大学申请的一种NaA沸石分子筛膜渗透蒸发脱除糠醛中水的方法（CN 101721920 A），其渗透蒸发温度在50-90°C，压力均为常压。陶瓷分子筛膜相对于有机膜的优势并未能得到体现。

发明内容

本发明的目的在于发挥陶瓷分子筛膜耐高温、耐高压、耐溶胀的优势，提供一种效率高、占地空间小，处理量大的陶瓷分子筛膜高效渗透蒸发分离工艺和装置，从而解决目前陶瓷分子筛膜渗透蒸发应用中，所需的膜管数量大、成本高的问题。采用该发明的工艺和装置，能够节约50%以上膜的用量，优选的能节约75%以上陶瓷分子筛膜的数量，从而改善陶瓷分子筛膜应用的经济性和竞争力。

本发明的陶瓷分子筛膜高效渗透蒸发装置，包括原料罐、原料进料压缩装置、原料热交换装置、陶瓷膜渗透蒸发分离装置、渗透蒸发压力调节装置、产品冷却装置、产品罐、渗透液冷凝装置、渗出液罐和渗透侧真空装置；所述原料罐与陶瓷膜渗透蒸发分离装置连通，并且原料进料压缩装置和原料热交换装置设置在原料罐与陶瓷膜渗透蒸发分离装置连通的管路上，所述陶瓷膜渗透蒸发分离装置的侧部与渗出液罐连通，所述陶瓷膜渗透蒸发分离装置的底部与产品罐连通，所述渗透蒸发压力调节装置分别与原料罐和陶瓷膜渗透蒸发分离装置连通的管路、所述陶瓷膜渗透蒸发分离装置和产品罐连通的管路连通，所述产品冷却装置设置在所述陶瓷膜渗透蒸发分离装置和产品罐连通的管路连通的管路上，所述渗透液冷凝装置和渗透侧真空装置安装在所述陶瓷膜渗透蒸发分离装置与渗出液罐连通的管路上。

本发明的陶瓷分子筛膜高效渗透蒸发装置，所述原料罐内的原料为液态溶剂混合物。