Pervaporation ist eine technische Membranenmethode für die Trennung von Mischungen von Flüssigkeiten durch die teilweise Eindampfung durch eine nichtporöse oder poröse Membran.

Theorie

Der Name dieses membranenbasierten Prozesses wird aus den zwei grundlegenden Schritten des Prozesses, erstens die Durchdringung durch die Membran durch das Durchdringen, dann seine Eindampfung in die Dampf-Phase abgeleitet. Dieser Prozess wird durch mehrere Industrien für mehrere verschiedene Prozesse, einschließlich der Reinigung und Analyse, wegen seiner Einfachheit und Reihennatur verwendet.

Die Membranentaten als eine auswählende Barriere zwischen den zwei Phasen, dem flüssigen Phase-Futter und der Dampf-Phase dringen durch. Es erlaubt dem gewünschten Bestandteil (En) des flüssigen Futters, dadurch durch die Eindampfung überzuwechseln. Die Trennung von Bestandteilen basiert auf einem Unterschied in der Transportrate von individuellen Bestandteilen durch die Membran.

Gewöhnlich stromaufwärts ist die Seite der Membran am umgebenden Druck, und die abwärts gelegene Seite ist unter dem Vakuum, um die Eindampfung des auswählenden Bestandteils nach der Durchdringung durch die Membran zu erlauben. Die treibende Kraft für die Trennung ist der Unterschied im teilweisen Druck der Bestandteile auf den zwei Seiten und nicht der Flüchtigkeitsunterschied der Bestandteile im Futter.

Die treibende Kraft für den Transport von verschiedenen Bestandteilen wird durch einen chemischen potenziellen Unterschied zwischen der Flüssigkeit feed/retentate zur Verfügung gestellt, und Dampf dringen an jeder Seite der Membran durch. Der retentate ist der Rest des Futters, den Membranenfutter-Raum verlassend, der durch die Membran nicht durchdrungen wird.

Das chemische Potenzial kann in Bezug auf fugacity ausgedrückt werden, der durch das Gesetz von Raoult für eine Flüssigkeit und nach dem Gesetz von Dalton für (ein Ideal) Benzin gegeben ist. Während der Operation, wegen der Eliminierung des mit dem Dampf phasigen dringen durch, der wirkliche fugacity des Dampfs ist niedriger als vorausgesehen auf der Basis des (kondensierten) gesammelten dringen durch.

Die Trennung von Bestandteilen (z.B Wasser und Vinylalkohol) basiert auf einem Unterschied in der Transportrate von individuellen Bestandteilen durch die Membran. Dieser Transportmechanismus kann mit dem Lösungsverbreitungsmodell beschrieben werden, das auf der Rate / Grad der Auflösung eines Bestandteils in die Membran und seine Geschwindigkeit des Transports gestützt ist (ausgedrückt in Bezug auf diffusivity) durch die Membran, die für jeden Teil- und Membranentyp verschieden sein wird, der zu Trennung führt.

Anwendungen

Pervaporation ist wirksam, um Lösungen zu verdünnen, die Spur oder geringe Beträge des zu entfernenden Bestandteils enthalten. Gestützt darauf werden wasserquellfähige Membranen für Wasserentzug von alcohols verwendet, der kleine Beträge von hydrophoben und Wassermembranen enthält, werden für die Eliminierung/Wiederherstellung von Spur-Beträgen von organics von wässrigen Lösungen verwendet.

Pervaporation ist ein sehr milder Prozess und folglich sehr wirksam für die Trennung jener Mischungen, die die harten Bedingungen der Destillation nicht überleben können.

• Lösender Wasserentzug: das Entwässern vom Vinylalkohol/Wasser und isopropanol/water azeotropes
• Dauernde Vinylalkohol-Eliminierung von der Hefe fermentors.
• Dauernde Wassereliminierung von Kondensationsreaktionen wie Esterifizierungen, um Konvertierung und Rate der Reaktion zu erhöhen.
• Membraneneinführungsmassenspektrometrie
• Das Entfernen organischer Lösungsmittel von überflüssigem Industriewasser.
• Kombination der Destillation und pervaporation/vapour Durchdringung
• Die Konzentration des hydrophoben Geschmacks vergleicht sich in wässrigen Lösungen (hydrophobe Membranen verwendend)

Kürzlich sind mehrere organophilic Membranen von Pervaporation in den Markt eingeführt worden. Membranen von Organophilic Pervaporation können für die Trennung von organisch-organischen Mischungen z.B verwendet werden:

• Die Verminderung des aromatics Inhalts in Raffinerie-Strömen
• Das Brechen von azeotropes
• Reinigung von Förderungsmedien
• Reinigung des Produktstroms nach der Förderung
• Reinigung von organischen Lösungsmitteln

Materialien

Hydrophobe Membranen sind häufig polydimethylsiloxane gestützt, wo der wirkliche Trennungsmechanismus auf dem Lösungsverbreitungsmodell basiert, das oben beschrieben ist.

Wasserquellfähige Membranen sind weiter verfügbar. Das gewerblich erfolgreichste pervaporation Membranensystem basiert bis heute auf Polyvinylalkohol. Mehr kürzlich sind auch auf polyimide gestützte Membranen verfügbar geworden. Um die inneren Nachteile von polymeren Membranensystemen zu überwinden, sind keramische Membranen im Laufe des letzten Jahrzehnts entwickelt worden. Diese keramischen Membranen bestehen aus nanoporous Schichten oben auf einer makroporösen Unterstützung. Die Poren müssen groß genug sein, um Wassermoleküle irgendwelche anderen Lösungsmittel durchführen und behalten zu lassen, die eine größere molekulare Größe wie Vinylalkohol haben. Infolgedessen wird ein molekulares Sieb mit einer Porengröße von ungefähr 4 Å erhalten. Das am weitesten verfügbare Mitglied dieser Klasse von Membranen ist, der auf zeolite A. gestützt

Wechselweise zu diesen kristallenen Materialien kann die poröse Struktur von amorphen Kieselerde-Schichten zur molekularen Selektivität geschneidert werden. Diese Membranen werden durch das Sol-Gel chemische Prozesse fabriziert. Die Forschung in neuartige wasserquellfähige keramische Membranen ist titania oder Zirkoniumdioxid konzentriert worden. Sehr kürzlich ist ein Durchbruch in der Hydrothermalstabilität durch die Entwicklung eines organisch-anorganischen hybriden Materials erreicht worden.

Links

• www.membrane-guide.com Lieferanten, Produkte, Nachrichten und Tatsachen für Ingenieure, die am Design oder der Operation von pervaporation Systemen beteiligt sind.
• Technologie von pervaporation Pervaporation mit keramischen Membranen
• http://www.epa.gov/nrmrl/std/cppb/pervapor/index.html Umweltwichtigkeit & als eine Grüne Chemie-Lösung.
• Hybride Kieselerde-Anwendungen, Technologie und Hintergrundinformation.