空气xx之膜法浅析--陕西维尔泰克
[原创 2010-04-23 14:06:21]
近年来随着膜技术研究的发展。与激进方法相比有许多优点，利用膜的选择透过性进行xx使得空气xx方法有了重大发展。
用膜法xx具有很多突出优点：xx连续进行，无腐蚀问题，无需阀门切换，无运动部件，系统可靠性高，易维护，能耗小。空调应用中，对空气脱湿度的要求并不像其它领域那样高，即并不要求将空气中的湿度降到很低，因此采用膜法xx比较合适。陕西维尔泰克压缩机有限公司依据多年在空压机行业的专业经验对此作简单的分析。
膜法xx过程实际上就是空气中的水蒸气优先通过膜而与空气中的氧气、氮气相分离的过程。
1 膜法空气xx模式
要使水蒸气透过膜，[1][1][1] 因为浓度是由温度和压力共同作用的结果。目前对膜空气xx基本都是以膜两边的水蒸气分压差作为驱动势，因此为了强化传湿，应尽量增大膜两侧的压力差。具体在系统方案上，有压缩法 [2] 真空法 [3] 吹扫气法 [4] 及膜 / xx剂混合系统 [5]
2 xx膜的种类
xx膜一般是采用亲水性膜。也可以是具有很高装填密度的中空纤维式。膜的种类可以是有机膜、无机膜和液膜；膜的形态可以是平板式。
2 ． 1 高分子聚合物膜
复合膜、均质膜、非对称膜都曾被应用于空气xx。
均质膜为致密膜。因此，通过均质膜的推动力为压力梯度、浓度梯度或电势梯度。这种膜的分离作用是由于各种化学物质在膜中的传送速度和溶解度不同而产生的主要是扩散率的影响。一般渗透率较低，制图时应使膜尽可能薄，可制成平板式和中空纤维式。均质的高分子膜多用于气体分离或渗透汽化，如硅橡胶膜就是用于气体分离（氮氧分离）中渗透率很高的均质膜。本文系陕西维尔泰克空压机整理，想了解更多空压机资料请搜索"陕西维尔泰克压缩机"，转载时请保留此信息！
非对称膜具有物质分离最基本的两种性质。其孔径和表层的性质决定了分离特性，即高传质速率和良好的机械强度。有很薄的表层（ 0.1 1um 和多孔支撑层（ 100 200um 这非常薄的表层为活性膜。而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，甚至几乎没有。连续性的非对称膜在同样的压力差推动下，其渗透速率与相似性能的对称膜相比为 10 100 倍。现在醋酸纤维素和多种高分子资料都可以用相似的方法制成非对称膜。
复合膜是将选择性膜层（或称活性膜层）堆积于具有微孔的支撑层（底膜）外表上，[6][6][6] 多孔膜结构的孔隙率愈高愈好，可以使膜表层与支撑层接触部分最小，而有利于物质传递。然而，孔径应愈小愈好，可使高分子层不起支撑作用的点间距离减小。此外，交联和未反应的高分子渗透作用的点间距离减小。此外，交联和未反应的高分子渗透入支撑层的情况，也是决定复合膜总体传递特性的重要因素。已制成的复合膜中，常用聚砚做多孔支撑，因其化学性能稳定，机械性能良好。现在也有用其它高分子化合物，如聚丙烯脯偏氟乙烯等。最近也有试用无机物，如石英玻璃和硅酸盐类做多孔支撑层。无机膜的一般分离系数小，但渗透率高，且可耐高温。
要求其有效厚度小于 1um 一般为 0.2 1um 因为渗透速率与其厚度成反比。作为复合膜极薄的皮层。
用膜进行空气xx，[7 15][7 15][7 15] 如聚乙烯醇膜，赛璐玢膜，藻酸膜，壳聚糖膜，芳香聚酰亚胺，聚丙烯腈和醋酸纤维素膜。另一类值得注意的膜是浸渗剂改性膜。所谓 " 浸渗剂 " 指填充在膜中的高吸水性物质，常用 CsF LiBr 季胺盐等盐类。空气xx过程中只有蒸汽与膜接触，浸渗剂可长期保留在膜内不被洗脱，增加了膜对水蒸气的溶解和扩散能力。据报道，添加 CsF 聚乙烯醇复合膜处理乙醇 - 水蒸气时，坚持相当高分离系数的情况下，渗透通量提高一倍多；添加 CsF 纤维素膜处理丙醇 - 水蒸气时，渗透通量增加 10 倍数。
应用聚醚砚复合膜。而三醋酸纤维素膜则很容易被液态水破坏，非对称三醋酸纤维素中空纤维来对空气进行xx。标明这些膜具有较高的水蒸气透过度和选择度。但是聚醚砚复合膜比较昂贵。所以应避免接触液态水。复合膜的表层的任何小洞将严重影响复合膜的分离性能采用多孔均质纤维素膜来对空气xx，但是这种膜只适用于相对湿度较大的空气xx。因为相对湿度较小时，膜中空隙的存在将使空气很容易渗透通过，从而影响膜对水蒸气的分离性能。而当空气湿度较大时，水会在这些空隙中冷凝，从而使氮气、氧气难以通过，达到水和空气分离的目的
非对称三醋酸纤维素中空纤维在 35 ℃ ，-102-102-10g/ Pa cm2 s 纤维内径 70um 外径 225um 纤维的外表面是较厚的选择性活性层。实验采用的xx器单元类似于管壳式换热器，每个单元由 32 根 14cm 长的纤维组成。经过对膜透水结果的分析可知，膜的有效活性层厚度是 1.1um
研究中空纤维膜xx的传质过程。实验中使用的中空纤维膜单元参数如下：每个单元类似于一个管壳式换热器。外径 1.0 或 2.5cm 分别内含 30 根和 400 根纤维，外壳由尼龙做成。每根纤维长 94cm 外径 600um 纤维由充满微孔的聚砚做支撑层，内壁覆盖一层界面交联的硅氧烷酰胺做选择性活性层。这种膜的水蒸气与空气的选择性可以高达 4000 1 水在单位膜厚的透过度也很高，达 5cm/ 所以，传质过程不仅与膜本身的阻力有关，而且膜两侧的边境也有很重要的影响。通过对实验与模型对比的分析，认为：对于分离空气和水的膜过程，空气穿过膜的传质阻力主要由膜本身的扩散阻力组成；而水蒸气穿过膜的传质阻力主要由膜本身的扩散阻力构成。所以可以认为膜本身对水的透过度有无穷大。另外，水蒸气与空气的选择性并非越大越好，合理选取选择性，可以增加xx气产量，减小膜面积。引入吹扫气，或使部分空气渗透流过膜，可降低渗透侧的膜厚度，降低水蒸气传质阻力，增加水蒸气的透过。实验标明，多孔聚砚中空纤维在操作压力 0.7MPa 时，xx率 85% 干燥气露点可达 -20 ℃以下。
与纤维素膜不同。这种膜具有强烈的亲水性，同样为有机高分子膜的凝胶膜具有不同的除湿机理。研究了凝胶膜空气xx的过程。使用由再生的纤维素经过铜铵化处理获得的被称为 Cuprophan 膜。并且膜分子与水分子接触时，能立刻生成水凝胶，进一步将分子链撑大。这样，当膜与很湿的空气接触时，聚合物分子链遇水发生膨胀，膨胀后的分子链之间充满水，成为透水的良好通道。而由于空气在水中的溶解度很小，所以分子链间的这些水又成为使空气难以透过的屏障。当这种膜与较为干燥的空气接触时，聚合物分子链失水发生收缩，分子间距减小，空气同样难以从膜分子链之间透过去。
通过实验测定了这种凝胶膜的透湿性。真空xx模式下，结果标明。该膜的透湿率对空气的相对湿度非常敏感，膜的透湿率是膜进口空气相对湿度的指数函数。水蒸气与氮气的分离系数随相对湿度的不同而在 20 250 之间变化，水蒸气的透过度在 1.1 9.5 10-11 g/ Pa cm2 s 之内。
参考资料：
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