滲透汽化膜分離技術是一種新型高新分離技術,具有選擇性分離功能,可實現不同組分的分離、純化、濃縮的過程,與傳統分離技術(精餾、吸附、微濾等)的不同在于,滲透汽化膜可以在分子范圍內進行分離,且為物理過程,不需添加助劑。
目前,在石油工業、精細化工、醫藥工業、新能源產業和環保領域中,經常遇到有機溶劑與水的分離、有機溶劑之間的分離、廢有機溶劑回收等操作過程,而這些過程通常伴隨著二元及以上組分的共沸或近沸,以及對熱不穩定物質的存在,對傳統分離技術造成很大的挑戰,而且操作過程復雜、能耗高、溶劑回收效率低,這時候就迫切需要引入新型節能、高效的分離技術。滲透汽化膜分離技術又稱滲透蒸發(Pervaporation,簡稱PV)技術作為一種新型高新膜技術,是目前膜分離研究領域的熱點之一。
滲透汽化膜分離技術應用領域
在循環經濟和可持續發展的理念日益深入人心的今天,滲透汽化膜分離技術以其固有的能耗低(精餾的1/2~1/3)、回收效率高(99%以上)、無污染(不需添加劑)、工藝過程簡單(撬裝設備)、操作簡便(PLC自動控制)等特點,普及程度越來越高,其中,寧波大膜科技有限公司是一家專業從事滲透汽化膜研發生產的企業,膜產品具有國際先進水平,產品已在多個領域的有機溶劑脫水工程中應用。
小編了解到,大膜科技與中科院、大連理工大學、天津大學等高水平研究機構的相關團隊在膜分離技術、膜分離/精餾/吸附分離集成技術方面建立了緊密合作關系,匯聚了千人計劃、教授、研究員等高層次創新人才,在耐酸性(pH<5)滲透汽化脫水膜產品領域處于行業領先,創始人共有膜制備、膜裝備和膜分離技術應用等方面發明專利14項。
大膜科技主要產品為滲透汽化膜(沸石分子篩膜、納孔無機膜)、多孔吸附材料及其成套膜裝備,主要應用于生物醫藥、新能源、精細化工、電子、環保等行業的有機溶劑脫水、高純試劑的生產及混合溶劑分離回收等。
管式膜產品
滲透汽化膜分離技術基本原理
滲透汽化膜分離技術主要是利用液體混合物中各組分在膜中熱力學性質(溶解速度)和動力學性質(擴散速度)之間的差異,各組分在膜兩側產生蒸汽(或濃度)分壓差成為滲透推動力,實現對液體混合物中各組分的分離。
該分離過程不受分離體系共沸影響,特別適合熱敏體系、恒沸物、近沸物的有機溶劑脫水,且不產生二次污染、操作溫度較低、便于放大和與其它過程的耦合。
滲透汽化膜分離原理圖
以有機溶劑脫水為例,在滲透汽化膜脫水過程中,含水有機溶劑經預熱、汽化后進入膜組件進料側,同時滲透側采用抽真空方式維持一個低壓環境,水分子在膜兩側分壓差推動下優先透過膜,從而使溶劑中的水脫除,并在進料側出口得到無水的有機溶劑產品,而滲透側組分在出口經冷凝液化后去廢水處理。
經研發團隊的不斷創新,大膜科技根據滲透汽化膜分離原理,并結合客戶的實際使用需求等,將耐酸性滲透汽化膜作為重點發展方向,其產品具有以下六大優勢:
1. 安全簡便。滲透汽化膜分離工藝流程簡單安全,運行條件溫和,操作過程簡單,施工安裝方便;
2. 高效節能。大膜科技滲透汽化膜分離技術具有效率高、能耗低(可節能>50%)、產品收率高(>99%)等優勢;
3. 環境整潔。滲透汽化膜分離過程無需引入第三組分,分離過程綠色無污染,產品質量高,同時少量透過液可以回收循環使用;
4. 節省空間。滲透汽化膜分離裝備結構緊湊,占地面積小,與精餾裝備相比可節省空間80%以上;
5. 耐酸性好。與NaA型沸石分子篩膜(適用PH:6.5~8.5,水含量:<20)相比,大膜科技的滲透汽化膜產品具有更優的耐酸堿性能(適用PH:2~8.5,水含量:<99);
6. 膜穩定性。操作不受影響,可持續使用2年以上。
核心產品與技術
大膜科技目前的幾大核心產品技術分別為:沸石分子篩滲透汽化膜分離技術,耐酸性滲透汽化膜分離技術,低濃度有機物濃縮、回收利用技術。
1. 沸石分子篩滲透汽化膜分離技術
相對于有機膜,無機膜具有優良的熱穩定性、化學穩定性、機械穩定性、微生物侵蝕和耐氧化性等優點。其中分子篩膜通過調節硅鋁比可以調節分子篩膜的親疏水性,同時具有催化活性,可以從分子水平上實現分離和催化一體化;而沸石具有比表面積大、多孔、孔徑均勻等特點,是良好的膜分離材料,制備的膜分離性能高。
大膜科技的沸石分子篩膜采用多孔陶瓷管為支撐體,沸石分子篩在支撐體上形成致密膜分離層,利用其規則的孔道和表面化學性質實現不同組分間的分離,適用于中性體系。
沸石分子篩滲透汽化膜
典型案例:寧夏某公司1500噸/年乙醇脫水項目,水從15%→0.2%,與傳統精餾+吸附技術相比,每年節省能耗約30萬元。
2. 耐酸性滲透汽化膜分離技術
納孔膜對酸性溶劑環境的耐受性好,其適用pH范圍為2~8.5,耐酸性滲透汽化膜采用多孔陶瓷管/片為支撐體,納孔無機氧化物在支撐體上形成致密分離層,利用其孔尺寸和表面化學性質實現分子級別的篩分分離。
這類產品較NaA型沸石分子篩膜(pH:6.5~8.5)適用性更廣,可廣泛適用于氣相或液相溶劑脫水,是大膜科技的重點產品。
耐酸性滲透汽化膜(酸性環境具有性能優勢)
典型案例1:山東某公司500噸/年二氟乙醇脫水項目,水從4%→0.05%,與傳統精餾+吸附技術相比,每年節省能耗約15萬元。
典型案例2:福建某公司6000噸/年乙腈回收項目,水從80%→1%,每年溶劑回收效益約1000萬元。
3. 低濃度有機物濃縮、回收利用技術
該回收技術采用的是吸附法,與傳統蒸餾濃縮技術相比,這種吸附提濃工藝能耗較低,溶液中的大量水分不需要加熱汽化脫除,整個吸附過程不要加熱處理,而脫附時由于處理溶液中的有機物含量低,僅對少部分溶液進行汽化脫附即可。
吸附法工藝流程圖
吸附塔中采用滲透汽化VOCs膜耦合超疏水型納孔材料,其中滲透汽化VOCs膜可選擇性透過有機分子,從而從廢氣中回收有機物,而超疏水型納孔材料對特征小分子有機物(如乙醇、丙酮、二氯甲烷、乙酸、乙酸乙酯、甲苯等)具有優良的選擇吸附性,可以從低濃度有機物水溶液中優先吸取有機物。
經吸附處理后的水溶液COD值可以達到500ppm以下,脫附出來的有機物濃度可以達到40wt%以上,通過進一步提純處理可獲得相應的產品。
高效無機納孔吸附劑
基于實際應用需求的定制服務
滲透汽化技術在工業上應用廣泛,不同領域依據實際應用場景不同適合不同的應用方案,例如將滲透汽化與其他過程集成(如滲透汽化與精餾過程集成、滲透汽化與反應過程集成)則可充分發揮該技術的優勢,滲透汽化與其他過程進行耦合會提高系統的效率以及經濟性。
因此,大膜科技以市場為中心、用戶為導向,通過采集現場的環境要求,為客戶提供定制需求產品服務,實現更安全、高效、節能和環保的技術目標。
依據實際情況進行定制化技術方案設計
滲透汽化膜是一個新興的領域,作為一家聚攏了高層次人才、有著強大研發能力的企業,大膜科技不斷推進滲透汽化膜制膜工藝的提升,拓展分子級分離過濾技術的應用范圍,在不斷適應新的發展需求的同時,也為傳統提純過濾行業帶來了革新。
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