智宏思博环保科技 图 ,渗透汽化分子筛膜,渗透汽化

随着燃料乙醇工业的快速发展，开发高1效的乙醇脱水技术受到人们广泛关注。基于NaA型分子筛膜的渗透汽化分离脱水技术具有显著的节能降耗优势，在燃料乙醇的生产领域具有广阔的应用前景。NaA型分子筛膜利用规则的分子筛孔道 (～4.2(A))实现物质分子水平的分离，研究乙醇/水在NaA型分子筛中的吸附和扩散行为有助于深层次地认识NaA型分子筛膜分离过程，从而为膜材料的结构设计和优化提供理论指导。分子模拟方法在实验现象的微观解释和实验结果预测等方面具有巨大应用潜力，本文采用分子模拟方法研究了水和乙醇纯组份及乙醇/水混合组份在NaA型分子筛中的吸附... 展开 随着燃料乙醇工业的快速发展，开发高1效的乙醇脱水技术受到人们广泛关注。基于NaA型分子筛膜的渗透汽化分离脱水技术具有显著的节能降耗优势，在燃料乙醇的生产领域具有广阔的应用前景。 NaA型分子筛膜利用规则的分子筛孔道(～4.2(A))实现物质分子水平的分离，研究乙醇/水在NaA型分子筛中的吸附和扩散行为有助于深层次地认识 NaA型分子筛膜分离过程，从而为膜材料的结构设计和优化提供理论指导。分子模拟方法在实验现象的微观解释和实验结果预测等方面具有巨大应用潜力，本文采用分子模拟方法研究了水和乙醇纯组份及乙醇/水混合组份在NaA型分子筛中的吸附和扩散行为，渗透汽化，并结合渗透模型预测了纯组份及混合组份透过NaA型分子筛膜时的渗透通量。 首先，采用巨正则系综蒙特1卡洛(GCMC)模拟方法计算了不同温度下水和乙醇纯组份及乙醇/水混合组份在NaA型分子筛中的吸附等温线，并利用 Langmuir和DSL吸附模型分别描述了水和乙醇纯组份在分子筛中的吸附行为。吸附密度分布计算结果表明水和乙醇会吸附于分子筛内的不同区域，乙醇主要吸附于α笼中，而水则能在分子筛孔道内均匀分布。乙醇/水混合组份吸附时，分子筛中有限的吸附位及分子间相互作用使得各组分吸附量均小于其处于纯组份状态下的吸附量。采用模拟方法同时考察了温度和浓度对吸附行为的影响，并分析混合组份在分子筛中的竞争吸附现象。在竞争吸附作用下，竞争吸附能力较强的水组份的吸附量随其分逸度不断增大，并导致部分己占据吸附位的乙醇分子发生脱附。 其次，采用平衡分子动力学(EMD)模拟方法研究了纯组份及混合组份在分子筛中的扩散行为。通过分析扩散轨迹的均方位移计算了水和乙醇在分子筛中的自扩散系数及扩散活化能，并由径向分布函数分析了分子间相互作用对扩散行为的影响。结果表明，温度对纯组份及混合组份的扩散行为影响显著，温度升高扩散速率加快，且水的扩散速率表现出更为明显的温度敏感性。混合组份在分子筛中扩散时，渗透汽化设备，其扩散行为受浓度影响较小，未表现出明显的浓度依赖性。扩散较慢的乙醇分子对扩散较快的水分子的扩散行为存在阻滞作用，这种阻滞作用使得水分子的扩散速率降低，但同时加快了乙醇分子自身的扩散。径向分布函数分析表明水分子之间及水分子和乙醇分子之间形成的氢键作用主导着分子筛内的扩散，升高温度会削弱了分子间的氢键作用，有利于分子筛内扩散过程的进行。 较后，基于Fick扩散理论和Maxwell-Stefan理论推导出纯组份及混合组份渗透模型。利用模拟获得的模型参数预测纯组份及混合组份的渗透通量。纯组份通量计算结果表明，分子筛中的扩散行为主导着组份在分子筛膜中的渗透过程，水和乙醇组份间的扩散行为差异是导致两者通量悬殊的主要因素。对乙醇 /水混合组份的渗透过程而言，水的通量随着料液中水含量的增加而增大，而乙醇的通量则呈现相反的变化趋势，且这些变化趋势在高温下表现得尤为明显。纯组份和混合组份的渗透通量的模拟结果与实验值在变化趋势上表现出良好的一致性，但由于模拟方法和模拟过程中的理想假设，使得模拟值在数值上比实验值约大一个数量级以上