近年來，我國已開發(fā)出了中試規(guī)模的滲透汽化裝置^[1,2]，并將其成功地應(yīng)用于酒精脫水。為了進(jìn)一步推廣滲透汽化技術(shù)，本文在對PVA復(fù)合膜滲透汽化分離性能研究^[3]的基礎(chǔ)上，著重闡述自制的PVA復(fù)合膜，經(jīng)長期貯存或反復(fù)使用后，分離醇水溶液的滲透汽化性能，并計(jì)算得到復(fù)合膜滲透汽化分離性能預(yù)測方程。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 復(fù)合膜的制備
　　分別以聚丙烯腈(PAN)膜和醋酸纖維素(CA)膜為支撐層，以*(PVA)為活性層，制成PVA復(fù)合膜。
1.2 復(fù)合膜的貯存
　　各種復(fù)合膜在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度、濕度條件下貯存，貯存過程不作任何處理。
1.3 復(fù)合膜的性能測試
　　與前文[3]的同樣條件和方法，測定各種復(fù)合膜的滲透汽化性能。

2 結(jié)果與討論

2.1　 貯存時間對復(fù)合膜性能的影響
2.1.1 　貯存后復(fù)合膜的分離性能
　　實(shí)驗(yàn)測定了2個不同批號的PVA復(fù)合膜長期貯存前后的滲透汽化性能，結(jié)果見表1。

　　表1顯示，與基本上未經(jīng)貯存的膜性能對比，經(jīng)1年多時間貯存的復(fù)合膜，其滲透初中乙醇濃度均下降，即分離因子提高；5041號復(fù)合膜在貯存14.5個月后，其滲透通量從未經(jīng)長期 貯存時的419g／m²·h增高到746g／m²·h，而5503號復(fù)合膜在貯存12.5個月后的滲透通量 則從313g／m²·h下降到277g／m²·h。這些變化的原因可以認(rèn)為是由于膜下游的壓力，前者下降，后者提高所致。結(jié)果表明，PVA復(fù)合膜可以在室溫條件下長期貯存?zhèn)溆?，不會對?fù)合膜的使用性能產(chǎn)生不良影響。
2.1.2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過的膜再經(jīng)長期貯存后的分離性能
　　為了考察PVA復(fù)合膜反復(fù)使用的性能，將3個批號的復(fù)合膜(其中5510CA號復(fù)合膜的支撐層為CA膜，其余的支撐層為PAN膜)經(jīng)滲透汽化測試后取下，再經(jīng)長期貯存，然后再次組裝到測試設(shè)備中，測定結(jié)果見表2。

　　表2顯示，每個膜在實(shí)驗(yàn)使用過后從測試裝置中取下，再經(jīng)長達(dá)1年時間的貯存，復(fù)合膜仍具有極其優(yōu)異的分離性能。結(jié)果充分表明，PVA復(fù)合膜如果沒有機(jī)械或人為損壞，可以反復(fù)使用，從而可大大降低工業(yè)膜分離裝置的生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用。
　　從表2可以看到，以CA膜為支撐層的PVA復(fù)合膜，分離性能特別優(yōu)異。在實(shí)驗(yàn)條件基本相同情況下，PVA／CA復(fù)合膜經(jīng)反復(fù)使用后，在保持滲透物中檢測不出乙醇組分的同時，滲透通量遠(yuǎn)比用PAN膜為支撐層的高。該結(jié)果尚未見有文獻(xiàn)報(bào)道。
2.2 分離體系的活化能與通量預(yù)測方程
　　前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]已經(jīng)表明，料液濃度(X)和操作溫度(t)與PVA復(fù)合膜的滲透通量(J)均呈線性關(guān)系。對分離因子(α)的影響并不十分顯著(滲透物中乙醇組分的濃度均小于1.0wt％)。根據(jù)這些結(jié)果，可以計(jì)算得到分離醇水溶液體系的表觀活化能及滲透通量隨料液濃度和運(yùn)行溫度變化的滲透汽化分離性能預(yù)測方程。
2.2.1 分離體系總的表現(xiàn)活化能
　　以1nJ與(1／T×103)作圖，滲透通量與操作溫度成良好線性關(guān)系(見圖1)，符合Arrhe-nious公式：

　　　　　　　　　　 J＝re^-Ea/RT

　　用zui小二乘法曲線擬合，計(jì)算求得分離體系總的表觀活化能：
　　　　　　　　　 Ea＝7.04×10³J／mol
2.2.2 滲透通量預(yù)測方程
　　Arrhenious型預(yù)測方程：用Arrhenious型直線方程分別關(guān)聯(lián)J～X、J～t關(guān)系，Cramer法則求解方程系數(shù)，zui小二乘曲線擬合得到Arrhenious型通量預(yù)測方程：

　　　　　 Jt＝174.38e^0.00879t
　　　　　 Jr＝2682.7—22.85x

　　用上述的Jt、Jx式分別計(jì)算出的滲透通量與實(shí)圖1 1nJ與(1／T)的關(guān)系驗(yàn)值比較，相對誤差小于1.5％。因此，用上述的公式預(yù)測復(fù)合膜的滲透通量有較高的準(zhǔn)確性。
　　多項(xiàng)式預(yù)測方程：滲透通量(J)與料液濃度(x)或與操作溫度(t)的關(guān)系也可用多項(xiàng)式表達(dá)。計(jì)算得到多項(xiàng)式通量預(yù)測方程：
　　　　　　 Jt＝613.2867-46.70093t+1.96948t²-0.035032t³+0.00023216t⁴
　　　　　 Jx＝37749118.38-1599860.307x+25418.77773x²-179.43043x3+0.47480x⁴
　　用這兩個多項(xiàng)式方程計(jì)算的滲透通量與實(shí)驗(yàn)值比較，相對誤差小于1.0％。由此可見，多項(xiàng)式的通量預(yù)測方程月來預(yù)測復(fù)合膜的滲透通量也具有高度的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

　　PVA復(fù)合膜在室溫條件下長期貯存，分離醇水溶液的滲透汽化性能不變；經(jīng)運(yùn)行使用過的膜從測試裝置上拆下再經(jīng)長期貯存后使用，其分離性能仍然不變。這對于PVA復(fù)合膜的制備貯存、裝置中膜的使用壽命、應(yīng)用操作維護(hù)方案的確定都具有指導(dǎo)作用。
　　不同膜作為支撐層制備的PVA復(fù)合膜，其分離性能有很大的差別。PVA/CA復(fù)合膜與PVA／PAN復(fù)合膜相比，盡管都經(jīng)過反復(fù)使用，在保持高分離因子的情況下，前者的滲透通量遠(yuǎn)高于后者。
　　PVA復(fù)合膜分離醇水溶液體系的總表觀活化能較小。操作溫度對其分離性能的影響不大。使用這些膜的分離裝置，可在較低的溫度下運(yùn)行，即可得到較為優(yōu)良的滲透汽化結(jié)果。
　　計(jì)算分別得到了Arrhenious型和多項(xiàng)式的滲透通量預(yù)測方程。與滲透汽比實(shí)驗(yàn)值比較，在一定的料液濃度和操作溫度范圍內(nèi)，用這些方程預(yù)測復(fù)合膜的滲透通量都具有較高準(zhǔn)確性。PVA復(fù)合膜的這些通量預(yù)測方程，對于工程設(shè)計(jì)有十分更要的意義。