中空纖維滲透汽化復合膜強化乙酸乙酯酯化脫水的研究

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1、2008年12月新膜過程研究與應用研討會論文集·237·中空纖維滲透汽化復合膜強化乙酸乙酯酯化脫水的研究許振良*，袁海寬，程亮(華東理工大學化學工程研究所，上海200237)摘要：針對乙酸乙酸滲透汽化脫水，以自制PAN中空纖維超濾膜為底膜，PFSA共混改性材料，以酒石酸(Tac)，馬來酸(Mac)為交聯(lián)劑，制備了酒石酸(’rac)交聯(lián)PVA伊AN滲透汽化復合膜、馬來酸(Mac)交聯(lián)PVA／PAN滲透汽化復合膜、Tac交聯(lián)PVA—PFSA／PAN滲透汽化復合膜、Mac交聯(lián)PVA—PFsA伊AN滲透汽化

2、復合膜，以及采用溶膠一凝膠法制備了PFSA—TEOS／PAN滲透汽化復合膜．以聚丙烯腈(PAN)中空纖維超濾膜為底膜，以酒石酸(Tac)為交聯(lián)劑，制備了聚乙烯醇(PVA)與全氟磺酸(PFSA)共混復合膜，并用于乙酸乙酯／水、乙酸乙酯／乙醇／水溶液的脫水研究．考察了分離乙酸乙酯／水二元溶液時，料液溫度和水含量對復合膜分離性能的影響，40℃下分離含水質(zhì)量分數(shù)2％的乙酸乙酯水溶液時，其總滲透通量和分離因子分別為81．1g／(m2．h)和1890．另外，復合膜用于分離乙酸乙酯／乙醇／水(90／2／8(質(zhì)量分

3、數(shù))三元溶液時，考察了料液溫度的影響及脫水效果，40℃時復合膜對三元溶液的總滲透通量可達251．0g／(ms．h)，此溫度下，12h可將初始含水質(zhì)量分數(shù)為8％的三元溶液脫水至4．66％．PvA—PFsA伊AN復合膜對乙酸乙酯體系的脫水效果良好，可應用于滲透汽化強化乙酸乙酯酯化生產(chǎn)工藝．利用AspenPlus11．1軟件對工藝流程進行了模擬，模擬結(jié)果表明，在同等操作條件下，滲透汽化強化酯化工藝流程相對于普通的反應精餾，提高了乙酸乙酯的單程收率和原料的轉(zhuǎn)化率，同時也簡化了乙酸乙酯生產(chǎn)流程．關(guān)鍵詞：聚乙烯

4、醇；全氟磺酸；滲透汽化；強化酯化；模擬乙酸乙酯是一種重要的有機化工原料，具有優(yōu)異的溶解性、快干性，廣泛應用于涂料、粘合劑、醫(yī)藥等領(lǐng)域．目前，國內(nèi)乙酸乙酯生產(chǎn)一般采用醇酸酯化法，產(chǎn)品分離和提純過程難度大且能耗高．近年來有關(guān)滲透汽化(滲透蒸發(fā))與反應精餾耦合過程的研究較多【1．6J．在乙酸乙酯生產(chǎn)中考慮應用透水膜及時脫除酯化反應過程產(chǎn)生的水，可以省掉脫水塔，加速反應進程，明顯提高收率，節(jié)約能耗．滲透汽化強化酯化工藝是乙酸乙酯生產(chǎn)的新方向，其核心技術(shù)是分離膜的開發(fā)，但是用于乙酸乙酯脫水滲透汽化膜的研究并不

5、是很多．Salt等[7,8]用酒石酸(Tac)交聯(lián)的聚乙烯醇(PVA)膜對乙酸乙酯和水的共沸物進行了脫水研究，Shaban[9,10]用PVA膜進行了乙酸乙酯水解的滲透汽化實驗，脫水效果均不錯．但PVA的高結(jié)晶度使得膜的滲透性很低，影響了其應用價值．可通過共混改性以適當降低PVA的結(jié)晶度，提高膜的滲透通量．全氟磺酸(P飚～)具有優(yōu)良的機械、熱和化學穩(wěn)定性11lJ，可從廢棄的全氟離子膜中加以回收利用[12]．PFSA能用于水或親水性有機物的滲透汽化分離過程[13]，但對水的選擇性并不高．根據(jù)PVA與P

6、FSA兩種材料的特點，本文將二者共混，以Tac作交聯(lián)劑，制備了交聯(lián)PVA—PFSA／PAN復合膜，用于乙酸乙酯／水二元溶液及乙酸乙酯／乙醇／水三元溶液的脫水，考察了不同操作條件下，復合膜對乙酸乙酯的脫水效果，并將PVA—PF—SA伊AN復合膜應用于滲透汽化強化乙酸乙酯酯化工藝過程，同時利用AspenPlus軟件對工藝過程進行了模擬．收稿日期：2008—11—07*通訊聯(lián)系人(chemxuzl@t℃-tlst．edu．cll>基金項目：上海華誼(集團)公司一華東理工大學先進化學與化工技術(shù)研究中心基金資

7、助(A200一8608)·238·膜科學與技術(shù)2008在1實驗部分1．1試劑與儀器聚乙烯醇(PVA)，聚合度1750±50，國藥集團上?；瘜W試劑有限公司；酒石酸(Tac)，上海菲達工貿(mào)有限公司；全氟磺酸(PFSA)，上海佰純化工材料有限公司；乙酸乙酯，分析純，國藥集團上?；瘜W試劑有限公司；粗酯[組成為EAc／EtOH／H20=90／2／8(質(zhì)量比)]，上海吳涇化工有限公司．聚丙烯腈(PAN)中空纖維超濾膜[實驗室自制，純水通量：1．4L／(m2·h·MPa)]．氣相色譜儀(GC7890T)，上海天美

8、科學儀器有限公司，色譜柱填料為GDX一102有機擔體，熱導池(TCD)檢測器；測試條件：載氣為氫氣，柱溫120℃．1．2復合膜的制備文獻[14]對PVA與PFSA共混制備復合膜用于異丙醇脫水作了初步研究，本文在其基礎(chǔ)上以Tac作交聯(lián)劑制備了PVA—PFSA／PAN中空纖維復合膜并將其應用于乙酸乙酯脫水．復合膜的制備過程如下，分別配制質(zhì)量分數(shù)為5％的PVA與PF—SA的水溶液，按質(zhì)量比m(PVA)：優(yōu)(麟)=1：1將兩溶液混合，攪拌均勻后，按質(zhì)量比仇(Tac)：m(PV