硅橡胶（PDMS）复合膜结构及渗透蒸发应用研究

硅橡胶（PDMS）复合膜结构及渗透蒸发应用研究作者：石尔学位授予单位：四川大学相似文献(10条)1.期刊论文钟月华.肖泽仪.黄卫星.伍勇.ZHONGYuehua.XIAOZeyi.HUANGWeixing.WUYong细胞对硅橡胶复合膜渗透蒸发分离性能的影响-膜科学与技术2005,25(5)利用自制的硅橡胶复合膜对乙醇-水模型溶液、含有干酵母的乙醇-水模型溶液、以及实际发酵液进行渗透蒸发分离乙醇实验,研究了细胞对膜性能的影响.结果表明:与纯乙醇模型溶液的分离相比,膜对含有干酵母的乙醇-水模型溶液、真实发酵液的分离表现出更好的性能,显示细胞的存在和活动对膜传质有一定的促进作用.连续发酵过程中,在一定的细胞浓度下(10g/L),硅橡胶膜维持了长期稳定的分离性能;产品乙醇的有效分离降低了其对酵母细胞的抑制作用,使沉积在膜面上的细胞层促进了膜的分离性能;但提高细胞浓度(15g/L)后却因更厚的细胞层的堆积造成膜面传递状况劣化,使膜性能下降.因此发酵液中的细胞浓度、膜面上的细胞沉积以及膜性能之间存在一种最佳的相互促进和搭配关系.2.学位论文许荣强新型硅橡胶复合膜对多元有机物-水混合溶液的渗透汽化分离研究2004该研究中,采用实验室自制的新型硅橡胶复合膜来渗透汽化分离多元有机物-水混合溶液,对模型乙醇-水溶液和实际酿造白酒(多元有机物-水混合溶液)中风味物质的分离性能、过程操作参数对膜分离性能及膜持续运行的稳定性等进行了实验研究和分析.该论文分为以下三个部分:首先,综述了膜分离及渗透蒸发技术的现状、应用和前景;介绍了膜渗透蒸发技术的基本理论及特点.在综合分析国内外发展趋势的基础上,提出该论文的立论依据及研究方案.然后,具体针对渗透蒸发膜及渗透蒸发过程进行理论论述,主要介绍了膜的种类、制造及渗透蒸发膜器,接着,对影响膜分离性能的主要参数进行了逐一论述,并对渗透蒸发过程模型进行了探讨.最后,我们把新型硅橡胶膜运用于多元有机物-水混合溶液的渗透汽化分离进行了研究.首先用新型硅橡胶复合膜分别对52°成品酒及72°基酒中风味物质的进行了分离实验.实验结果发现,新型PDMS复合膜对白酒风味物质具有良好的选择分离性能:原酒中5种酯类(乳酸乙酯除外)和乙缩醛的分离脱除率在86﹪以上,对高级醇也有良好的分离表现,乙醛的脱除率也超过70﹪.膜在高浓度的乙醇中能保持良好稳定性,对52°成品酒的平均总渗透通量达到2070g/(m'2·h),平均分离因子(按乙醇-水计算,下同)为4.9;对72°基酒的平均总渗透通量为2330g/(m'2·h),平均分离因子为3.1.且在高浓度乙醇中膜仍能保持较稳定渗透蒸发性能.渗透酒液感官评价大大好于原酒.接着我们在不同温度下对52°新型白酒进行了渗透蒸发分离实验,研究了温度对分离性能的影响.实验结果表明,5种酯类(乳酸乙酯除外)和乙缩醛的分离脱除率达100﹪,对高级醇也有良好的分离表现,乙醛的脱除率也超过87﹪.将分离后的酒液进行重组,得到较原酒品质更高的新酒.膜在高浓度乙醇中能保持良好的稳定性,30℃时,对新型白酒的平均总渗透通量达到2297g/(m'2·h),平均分离因子(均按乙醇-水体系计算,下同)为5.22;35℃时,对新型白酒的平均总渗透通量为2753g/(m'2·h),平均分离因子为5.22;40℃时,对新型白酒的平均总渗透通量为3539g/(m'2·h),平均分离因子为5.32.通过这些研究,有可能发展一些新的渗透蒸发分离应用技术,如新型白酒勾兑,发酵产物分离回收,白兰地酒生产,天然芳香物质分离,等等.同时也为硅橡胶膜生物反应器发酵生产技术的下一步研究工作提供了一些初步的实验依据和经验.3.期刊论文李磊.肖泽仪.蒲亮.张志炳硅橡胶复合膜用于渗透蒸发的膜传质动力学(Ⅱ)膜内的扩散传质-化工学报2002,53(12)引言在硅橡胶膜的渗透蒸发传质动力学研究中,膜内的扩散传质是一个主要问题.膜内扩散传质阻力决定于有机物在膜-水两相中的分配系数(K)、有机物在膜内的扩散系数(Dmem)和膜厚度(δ).4.期刊论文李磊.肖泽仪.张志炳.谭淑娟硅橡胶复合膜用于渗透蒸发的膜传质动力学(Ⅰ)膜面上的对流传质-化工学报2002,53(11)利用自制的硅橡胶平板复合膜对低浓度乙醇水溶液进行渗透蒸发分离乙醇实验,研究了过程的传质动力学.基于液-膜的串联传质阻力模型,通过实验测定了膜的总传质系数,采用对比差值方法将总传质系数拆分为膜面上的液膜传质系数和膜内的扩散传质系数两部分,分析了液相边界层阻力和膜扩散阻力对总传质系数的影响.特别针对膜面上液体流动状况对膜传质的影响进行了探讨,得出了液膜传质系数与Reynolds数及温度的关联式.5.学位论文钟月华新型硅橡胶膜生物反应器制造乙醇连续发酵动力学研究2003硅橡胶膜作为一种均相聚合物材料无孔膜,具有不透无机盐成分、疏水性和对乙醇有较高的选择透过性等优点,已被研究用于构成连续发酵制造乙醇的膜生物反应器.在过去的十几年,硅橡胶膜生物反应器制造乙醇的连续发酵已被研究者们认为具有技术和经济的优越性,但相关的基础研究并没有取得显著进展.该文利用自制的硅橡胶复合膜构造了乙醇连续发酵膜生物反应器进行了系统的实验,对反应器系统中的发酵反应动力学和膜传质动力学及其相互关系进行了研究.6.会议论文李磊.肖泽仪.张志炳.蒲亮硅橡胶复合膜用于渗透蒸发的膜传质动力学实验研究2002利用自制的硅橡胶平板复合膜对低浓度有机物(甲醇,乙醇,正丙醇,丙酮)-水溶液进行渗透蒸发分离有机物实验.基于液-膜的串联传质阻力模型,通过实验测定了膜的总传质数,采用对比差值方法将总传质系数拆分为膜面上的液膜传质系数和膜内的扩散传质系数两部分,分析了液相边界层阻力和膜扩散阻力对总传质系数的相对影响.特别针对膜面上液体流动状况和料液温度对膜传质的影响进行了探讨,分别得出了两种传质数与雷诺数及温度的关联式.且所得到的醇类在硅橡胶膜内的扩散系数具有具有10'-11m'2·S'-1数量级,与文献报道相一致.7.学位论文张慧敏硅橡胶复合膜渗透萃取研究2006渗透萃取是一项新型的分离技术，其过程原理及现有研究表明，渗透萃取技术在生物转化和生物降解领域具有很好的技术优势和应用前景，因此研究渗透萃取分离技术本身以及研究与生物转化与生物降解过程相关有机物的渗透萃取分离行为很有意义。目前，渗透萃取的研究主要还处于实验室阶段，使用的膜器基本上都是管式膜器，应用多集中在废水处理上，研究通过膜分离后生物降解废水中的挥发性有毒有机物。但是要想使渗透萃取这项分离技术用于实际的工业生产中，还有许多问题值得深入研究，例如膜及膜的材料，膜器，膜的传质动力学以及过程设备和系统的等等。本文利用实验室自制的硅橡胶复合平板膜(PDMS-PA)构造渗透萃取系统，研究了渗透萃取的传质特点。所选择的五种物系为与生物转化和生物降解过程密切相关的有机物：香草醛、邻苯二酚、丙酮、木糖醇以及乙醇，分别测量了不同操作条件下这几种物质的总传质系数，研究了改变操作条件对每种物质传质效果的影响，其中又对香草醛的传质特点做了较为详细地研究，研究了改变接收液对总传质效果的影响。另外，本文还对渗透萃取和渗透蒸发这两种传质过程进行了比较。本文重点研究了用香草醛溶液作为进料液，水为接收液时渗透萃取的传质特点。测量了渗透萃取过程中，膜上下游浓度差跟通量的关系，得出了两者的线性关系，以及总传质系数是唯一常数的结论。分别测量了五种有机物：香草醛、邻苯二酚、丙酮、木糖醇以及乙醇，渗透萃取的总传质系数，以及改变操作条件对各种物质总传质系数的影响。试验表明，升高操作温度或增大膜上游的料液流量，每种物质的总传质系数均增加；增大膜下游的接收液流量，每种物质的总传质系数变化则不尽相同；当使用对渗透物溶解能力更强的有机溶液为渗透萃取的接收液时，如乙醇溶液，物质透过膜的总传质系数明显增大，大于用水做接收液时的总传质系数。最后，文章从理论和试验上对渗透萃取和渗透蒸发传质过程进行了比较，用串联阻力模型来描述复合膜的渗透萃取过程。试验结果表明，对于同一物系用相同的膜器，在相同的操作条件下，渗透萃取的总传质系数明显小于渗透蒸发的总传质系数，这一结果可以用渗透萃取和渗透蒸发的串联阻力模型来解释。但是另一方面，渗透萃取的串联阻力模型还不能够解释试验中所出现的一些现象，例如增加接收液的流量对总传质系数的影响，不同的物质其影响趋势不同，有的总传质系数增加，而有的总传质系数则减少。因此渗透萃取的传质阻力还需进一步的研究和完善，特别是膜多孔支撑层和膜下游侧的液膜边界层的传质阻力。8.会议论文钟月华.赵扬.肖泽仪新型硅橡胶复合膜在乙醇连续发酵中的应用2002建立了一个由游离酵母细胞反应器和膜组件组成的连续膜发酵分离器(CMFS).膜组件由新型硅橡胶复合膜构成,通过渗透蒸发连续除去和浓缩发酵产生的乙醇.连续膜发酵分离器有两个单元组成:一个是包括发酵罐\膜组件和循环管路的发酵区;另一个是有冷凝器和真空泵构成的乙醇渗透蒸汽的冷凝和回睡区.在膜的渗透蒸汽一侧保持约30mmHg真空度,透过膜的产品蒸汽被连续地收集在两个有冷冻装置的温度分别为-5℃和-30℃冷凝器中.当发酵液中的乙醇浓度为5-8﹪(W/V)时,冷阱1和2中的产品乙醇浓度分别为1.9-7.5w﹪和30-56w﹪.结果表明,多级浓缩能得到较高浓度的产品乙醇.实验中,硅橡胶膜的通量为1400-2400g/m'2.h,平均通量为1500g/m'2.h.9.学位论文何娟娟SRMBR乙醇连续发酵分离及膜器流场模拟2006硅橡胶膜生物反应器(SRMBR)用于连续发酵制造乙醇，在目前被认为是最具有市场开发前景的清洁能源技术之一。其中的硅橡胶膜作为一种均相聚合物材料无孔膜，具有不透无机盐成分、疏水和对乙醇有较高选择透过性等特点；与传统分离技术相比，硅橡胶膜的渗透蒸发分离过程具有低能耗、污染少等优点，尤其适用于在有机物．水或有机物一有机物体系中分离挥发性有机物组分，现已用于发酵下游产物分离处理的试验研究中，并取得初步成效。但渗透蒸发硅橡胶膜生物反应器制造乙醇要实现工业化生产，尚需大量研究工作。作者用自制的新型硅橡胶复合膜构造渗透蒸发乙醇连续发酵膜生物反应器，进行了系统的发酵与分离实验。利用耐高温活性干酵母作为发酵物，在中温(35℃)条件下进行乙醇连续发酵，实现了260h的连续发酵实验。实验发现采用间歇补加原料糖和渗透蒸发新型硅橡胶复合膜进行乙醇原位分离操作，能使细胞维持长久的稳定性和生物活性，维持系统的连续稳定运行。硅橡胶膜表现出了良好的分离性能，下游得到了不含无机盐和细胞的乙醇溶液。对三种不同结构膜器内的流动进行计算模拟，获得了三种膜器内的流场分布，并根据流动分布形态对不同结构膜器中的传质分离性能进行分析和预测，从动力学的角度揭示了膜器中的传质分离机理。分析表明：膜器中的导流槽促使流体分布均匀，减少或消除流体死区，有助于提高传质效率，同时次流和主流的叠加将增大流体的混合作用，强化传质；膜性能评价实验装置和膜分离反应器设计必须在流体动力学方面保证流体均匀地流过膜面积，减少或消除流体停滞区。由实验数据计算获得了总传质系数与流量的关系，同样流量下三种膜器传质效率高低与流体流动模拟计算分析和预测结果一致。10.期刊论文许荣强.肖泽仪.黄卫星.曾凡骏.曾里.严志勇硅橡胶复合膜用于新型白酒风味成分渗透汽化分离-精细化工2004,21(11)用自制硅橡胶PDMS平板复合膜,分别在30、35、40℃和1325Pa膜下侧压力的条件下,渗透蒸发分离50°新型白酒中的风味物质.实验结果表明,PDMS复合膜对新型白酒风味物质具有良好的选择分离性能:5种酯类(乳酸乙酯除外)和乙缩醛的分离脱除率达100%,对高级醇也有良好的分离表现,乙醛的脱除率也超过87%.将分离后的酒液进行重组,得到较原酒品质更高的新酒,其感官评价大大好于原酒.膜在高浓度乙醇中能保持良好的稳定性,30、35和40℃时,对新型白酒的平均总渗透通量分别可达2297g/(m2·h)、2753g/(m2·h)和3539g/(m2·