一種實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置及其滲透分離工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置及其滲透分離工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離技術(shù)是一門(mén)迅速發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，可用于分離、濃縮、提純以及精華等方面。滲透蒸發(fā)(pervaporat1n,簡(jiǎn)稱PV)是在膜的滲透邊側(cè)形成真空，以膜的前后兩側(cè)的化學(xué)位差為推動(dòng)力伴隨著相變，由膜選擇吸附及在膜中滲透速率不同而進(jìn)行分離。由于分離過(guò)程中只需要汽化一種組分，從而可以降低能耗和成本，分離過(guò)程中沒(méi)有引入其他組分，所以該技術(shù)本身具有污染少甚至零污染的優(yōu)勢(shì)。
[0003]滲透蒸發(fā)的過(guò)程主要依靠分離膜與被分離體系的相互作用而進(jìn)行分離，因而不受氣液平衡的限制，對(duì)于一些用傳統(tǒng)方法難以分離的恒沸、近沸體系分離具有明顯優(yōu)越性，與傳統(tǒng)的蒸餾、萃取等分離方法相比具有分離系數(shù)高、操作簡(jiǎn)單、能耗小以及易于實(shí)施等明顯優(yōu)勢(shì)。
[0004]滲透蒸發(fā)的效果關(guān)鍵在于使用的滲透蒸發(fā)膜的理化性質(zhì)，同時(shí)溫度、壓力等操作工藝也會(huì)對(duì)其有一定的影響。滲透蒸發(fā)的核心在于滲透蒸發(fā)所用的膜，要求該膜要有良好的選擇性和高分離系數(shù)以及足夠的滲透通量，有些還要求耐高溫、抗微生物和化學(xué)腐蝕性。
[0005]常用于滲透蒸發(fā)的分離膜可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。無(wú)機(jī)膜例如陶瓷分子篩膜雖然耐有機(jī)腐蝕，但其制備復(fù)雜；有機(jī)膜例如聚聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)膜，具有良好的滲透汽化性能，因此常被作為基本成膜材料。張雅琪使用純PVA膜作為脫水膜，研究了它的滲透蒸發(fā)和分離選擇性，以乙酸和正丁醇反應(yīng)為操作條件，最大限度的提高置換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度為80-90°C，反應(yīng)投料醇/酸為1.5，催化劑用量為原料液總質(zhì)量的5被％時(shí)，與空白實(shí)驗(yàn)(未使用PVA膜)相比，酯化反應(yīng)的產(chǎn)率提高了 28.72%。然而有機(jī)膜存在化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐高溫，機(jī)械穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，因此，如何改善有機(jī)膜的化學(xué)性、穩(wěn)定性以及機(jī)械性等性能是研究滲透蒸發(fā)膜的重點(diǎn)。對(duì)于聚乙烯醇膜，經(jīng)常采用加入其它物質(zhì)進(jìn)行雜化來(lái)提高其性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是運(yùn)用聚乙烯醇(PVA)和正硅酸乙酯(TE0S)雜化膜作為滲透蒸發(fā)膜，分離乙酸與正丁醇反應(yīng)所得產(chǎn)物。能有效解決以往傳統(tǒng)分離技術(shù)的能耗大、分離效率低等問(wèn)題。提供一種用于分離酯化反應(yīng)產(chǎn)物的復(fù)合聚乙烯醇滲透蒸發(fā)膜的制備方法，改善了聚乙烯醇膜的溶脹性、脆性等機(jī)械性能，提高聚乙烯醇膜的致密性，減小膜的滲透通量，提高了膜的選擇性，有利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行，提高酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置，該裝置包括原料腔體、滲透蒸發(fā)膜、滲透?jìng)?cè)腔體、滲透蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)裝置、熱交換裝置、滲透液冷凝裝置、滲出罐和滲透?jìng)?cè)真空栗裝置；滲透蒸發(fā)膜位于原料腔體與滲透?jìng)?cè)腔體之間，采用法蘭固定，設(shè)有不銹鋼網(wǎng)保護(hù)滲透蒸發(fā)膜；，滲透蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)裝置連通滲透?jìng)?cè)腔體，滲透?jìng)?cè)腔體連通滲透液冷凝裝置，滲出罐連通滲透液冷凝裝置，滲透?jìng)?cè)真空裝置連通原料腔體與滲透?jìng)?cè)腔體，所述滲透蒸發(fā)裝置預(yù)先加入原料，同時(shí)也可與外加原料罐連通，熱交換裝置位于原料腔體底部或與外接原料罐連通。
[0009]進(jìn)一步地，所述滲透蒸發(fā)裝置，材質(zhì)為Q235不銹鋼；所盛裝原料為液態(tài)溶劑混合物；原料腔體與滲透?jìng)?cè)腔體采用法蘭連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述滲透?jìng)?cè)真空裝置為栗裝置，所述栗裝置為齒輪栗、離心栗或活塞栗；所述滲透蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)裝置為閥門(mén)裝置，所述閥門(mén)裝置為調(diào)節(jié)閥、蝶形閥或減壓閥；所述熱交換裝置為加熱裝置，所述加熱裝置為水浴加熱裝置、油浴加熱裝置或加熱套。
[0011]利用上述的一種實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置的滲透分離工藝，包括以下步驟:
[0012]1)將分離原料直接加入滲透蒸發(fā)裝置的原料腔體，或者與外接原料罐連通；
[0013]2)將滲透蒸發(fā)裝置按照原料腔體-滲透蒸發(fā)膜-滲透?jìng)?cè)腔體組裝，滲透蒸發(fā)膜位于原料腔體與滲透?jìng)?cè)腔體之間，采用法蘭固定，同時(shí)有不銹鋼網(wǎng)保護(hù)滲透蒸發(fā)膜；
[0014]3)使用熱交換裝置控制反應(yīng)溫度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟滲透?jìng)?cè)真空栗裝置；
[0015]4)通過(guò)調(diào)節(jié)滲透蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)裝置將滲透?jìng)?cè)壓力調(diào)節(jié)為100-10000Pa ;
[0016]5)所得產(chǎn)物經(jīng)滲透液冷凝裝置冷凝后在滲出罐回收；
[0017]6)關(guān)閉熱交換裝置和滲透?jìng)?cè)真空栗裝置；
[0018]7)調(diào)節(jié)滲透蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)裝置使反應(yīng)腔體壓力恢復(fù)為大氣壓力，回收原料液。
[0019]進(jìn)一步地，所述的滲透蒸發(fā)膜是聚乙烯醇雜化膜，該膜以聚乙烯醇和正硅酸乙酯為原料，按照聚乙烯醇和正硅酸乙酯質(zhì)量比(4?50):(0.05?1)進(jìn)行配料，制備方法包括以下步驟:
[0020]1)將聚乙烯醇(PVA)加入去離子水中，水浴中攪拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；
[0021]2)冷卻后加入鹽酸和正硅酸乙酯(TE0S)，室溫下攪拌，靜置脫泡，得到鑄膜液；
[0022]3)將鑄膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，60°C通風(fēng)干燥18h，得到聚乙烯醇雜化膜。
[0023]進(jìn)一步地，所述聚乙烯醇雜化膜的制備包括如下步驟:
[0024]1)將去離子水預(yù)熱至90°C后，加入聚乙烯醇，維持90°C攪拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；
[0025]2)冷卻后加入鹽酸和正硅酸乙酯，室溫下攪拌8h，靜置脫泡，得到鑄膜液；
[0026]3)將鑄膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，60°C通風(fēng)干燥18h，得到聚乙烯醇雜化膜。
[0027]進(jìn)一步地，步驟1)所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。
[0028]進(jìn)一步地，步驟2)所述鹽酸的濃度為Imol/mL。
[0029]進(jìn)一步地，所述聚乙烯醇雜化膜用于乙酸丁酯的合成。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:通過(guò)上述裝置和工藝設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)分離工藝，提高分離效率，且分離工藝簡(jiǎn)單，分離裝置效率高，占據(jù)空間小。同時(shí)膜制備過(guò)程簡(jiǎn)單，原材料價(jià)格低廉，制膜成本低，加入正硅酸乙酯，也改善了聚乙烯醇薄膜的脆性以及溶脹性。采用本發(fā)明的工藝和裝置，能夠節(jié)約50%以上的能量消耗，從而改善了有機(jī)膜的經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置的示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置主體結(jié)構(gòu)的正視圖；
[0033]圖3是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透蒸發(fā)裝置主體結(jié)構(gòu)的左視圖；
[0034]圖4是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)室用聚乙烯醇雜化膜滲透