利用PDMS膜对乙醇-水溶液进行渗透汽化分离和半经验建模

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:26
文章英文标题
Separation and Semi-Empiric Modeling of Ethanol–Water Solutions by Pervaporation Using PDMS Membrane
正文
高能源需求、竞争激烈的燃料价格以及对环境友好工艺的需要，导致了酒精工业的不断发展。渗透汽化被看作是一种分离过程，能耗低，在乙醇的发酵脱水方面具有很高的应用潜力。本工作给出了渗透汽化回收乙醇的实验和部分通量的半经验模型。在乙醇进料浓度为4 ~ 37 mM ( 1 ~ 9 wt % )、温度为34 ~ 50 μ mol / L ~ ( - 1 )、渗透通量为15.6 ~ 68.6 mol · m ~ ( - 1 ) ~ ( - 1 ) ( 289 ~ 1565 ) g · m ~ ( - 1 ) ~ ( - 2 ) h ~ ( - 1 ) )、分离因子为3.4 ~ 6.4、乙醇摩尔分数为16 ~ 171 mM ( 4 ~ 35 wt % )的条件下，采用商业聚二甲基硅氧烷( PDMS )膜，获得了总渗透通量为15.6 ~ 68.6 mol · m ~ ( - 1 ) ( 289 ~ 1565 ) g · m ~ ( - 2 ) · h ~ ( - 1 )，分离因子为3.4 ~ 6.4。从实验数据出发，综合考虑温度和进料组成的影响，以及表观活化能的行为，建立了描述部分渗透通量行为的半经验模型。因此，所得到的模型显示出一种修正的Arrhenius型行为，能够高精度地计算部分渗透通量。此外，模型在乙醇回收、乙醇和丁醇脱水等过程中显示了通用性。
文章内容（英文）
High energy demand, competitive fuel prices and the need for environmentally friendly processes have led to the constant development of the alcohol industry. Pervaporation is seen as a separation process, with low energy consumption, which has a high potential for application in the fermentation and dehydration of ethanol. This work presents the experimental ethanol recovery by pervaporation and the semi-empirical model of partial fluxes. Total permeate fluxes between 15.6–68.6 mol m−2 h−1 (289–1565 g m−2 h−1), separation factor between 3.4–6.4 and ethanol molar fraction between 16–171 mM (4–35 wt%) were obtained using ethanol feed concentrations between 4–37 mM (1–9 wt%), temperature between 34–50 ∘C and commercial polydimethylsiloxane (PDMS) membrane. From the experimental data a semi-empirical model describing the behavior of partial-permeate fluxes was developed considering the effect of both the temperature and the composition of the feed, and the behavior of the apparent activation energy. Therefore, the model obtained shows a modified Arrhenius-type behavior that calculates with high precision the partial-permeate fluxes. Furthermore, the versatility of the model was demonstrated in process such as ethanol recovery and both ethanol and butanol dehydration.
来源出处
Journal|[J]PolymersVolume 13, Issue 1. 2020. PP 93-93
DOI
https://doi.org/10.3390/POLYM13010093

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