气体分离膜设备的实现方式
气体膜分离过程是一种以压力差为驱动力的分离过程,在膜两侧混合气体各组分分压差的驱动下,不同气体分子透过膜的速率不同,渗透速率快的气体在渗透侧富集,而渗透速率慢的气体则在原料侧富集。气体膜分离正是利用分子的渗透速率差使不同气体在膜两侧富集实现分离的。
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气体分离膜技术的发展历程
1831年,J.V.Mitchell系统地研究了天然橡胶的透气性,用高聚物膜进行了氢气和二氧化碳混合气的渗透实验,发现了不同种类气体分子透过膜的速率不同的现象,首先提出了用膜实现气体分离的可能性。1866年,T.Craham研究了橡胶膜对气体的渗透性能,并提出了现在广为人知的溶解—扩散机理。虽然在100多年前就发现了利用膜实现气体分离的可能性,但由于当时的膜渗透速率很低,膜分离难以与传统的分离技术如深冷分离法、吸附分离法等竞争,未能引起产业界的足够重视。
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多孔膜又分为非对称膜和复合膜
①非对称膜的膜体可分为表皮层和支撑层:表皮层质地致密,厚度很小(0.1~0.2μm),但它决定了膜的选择性和渗透性能;支撑层具有多孔结构,它提供必要的机械强度。膜的结构可通过调节铸膜液组成和凝胶形成条件予以控制。
②复合膜是以多孔膜作支撑层,覆以极薄的表皮层。用于工业分离的合成膜,可制成片状、管状和中空纤维状等,因此膜分离设备也随之具有多种结构形式。膜的结构形态,通常借助于电子显微镜技术、电子透射或扫描来观察。
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膜的种类
按微观结构分:
对称膜、不对称膜、复合膜、多层复合膜等。
按宏观结构分
平板膜、卷式膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维等。
无论在实验室或工业规模的生产中,膜都被制成一定形式的组件作为膜分离装置的分离单元。在工业上应用并实现商品化的膜组件主要有平板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型,相应的膜的几何形状分为平板式、管式、毛细管式和中空纤维式。后三种皆为管状膜,它们的差别主要是直径不同:直径>10mm的为管式膜;直径在0.5~10mm之间的是毛细管式膜;直径<0.5mm的为中空纤维膜。管状膜直径越小则单位体积里的膜面积越大。
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