CN104918683B - 薄膜分离装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种膜分离装置。根据本申请的分离装置，可以以高的选择性来分离要使用具有小的面积大小的分离膜分离的组分，并且因此可以显著地改善处理效率和经济效率；并且，根据使用该膜分离装置的用于生产可膨胀的聚苯乙烯的方法，可以以高的选择性来分离要使用具有小的面积大小的分离膜分离的组分——特别是挥发性有机化合物(VOC)，并且因此可以显著地改善处理效率和经济效率；并且，通过分离和回收VOC，显示出在防止由全球变暖引起的环境污染上的效果。

Description

薄膜分离装置
技术领域
本申请涉及一种膜分离装置、膜分离方法、用于生产可膨胀的聚苯乙烯的设备和用于生产可膨胀的聚苯乙烯的方法。
背景技术
已知用于使用膜从气体混合物选择性地分离某种气体的方法。自从T.Graham在19世纪中叶提出了用于气体分离膜的溶液扩散模型，关于气体分离膜的研究一直积极地进行，并且气体分离膜已经在20世纪80年代之前被市售和应用到各种领域。
通常，使用由T.Graham提出的溶液扩散模型来描述其中气体通过无孔膜的气体渗透现象。在这种情况下，视构成膜的材料而定，各个气体组分看起来具有不同的相对扩散系数和溶解度常数。而且，已知气体分离膜的最优选材料同时显示出高渗透率和高选择性。Robeson(1991,J.Membr,Sci,62,165)发现因为在渗透率和选择性之间存在关联，所以当渗透率增大时选择性减小，而当选择性增大时渗透率减小，并且因此提出了在渗透率和选择性之间的关联关系中的上限。作为一个问题已知下述情况：难以开发超过由Robeson提出的上限的膜材料，并且很难将这类膜材料商品化。
因此，为了代替对于同时显示高渗透率和高选择性的分离膜的开发，已经使用改变气体分离工艺的条件的方法，该条件例如是压力差、组分和温度等。然而，因为改变该条件是改变工艺条件，所以可能引起在成本上的增大。
同时，在生产可膨胀的聚苯乙烯(以下称为“EPS”)的过程中，将过量的、作为挥发性有机化合物(VOC)的戊烷作为发泡剂引入EPS反应器内，使得戊烷被浸入到聚苯乙烯(PS)珠内，并且从反应器排出未浸入的戊烷。为了防止这样的排出戊烷被排出到空气内，该排出的戊烷例如在蓄热式热氧化(RTO)的系统中被焚化，并且然后被排出到空气中。然而，在该过程中，可能向空气中排出大量的有毒气体，诸如一氧化碳、二氧化碳或氮氧化物。
因为在该过程中可能丢失所添加的发泡剂的大约5-20％，所以在经济效率的方面，聚苯乙烯的制造成本可能增大。
发明内容
技术问题
本申请涉及提供一种膜分离装置、膜分离方法、用于生产可膨胀的聚苯乙烯的设备和用于生产可膨胀的聚苯乙烯的方法。
技术方案
根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置包括串联地耦合的不同种类的分离膜。例如，该膜分离装置还包括两个或两个以上的分离膜，诸如第一分离膜和耦合到第一分离膜的第二分离膜。例如，该膜分离装置可以包括：第一分离膜，其对于要从进料流分离的组分具有较高的选择性；以及，第二分离膜，其与第一分离膜的后端串联地耦合，并且对于待分离的组分具有比第一分离膜相对更低的选择性和相对高的渗透率。
根据一个示例性实施例，该膜分离装置可以包括：第一分离膜，进料流流入该第一分离膜中，并且其中，该进料流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流和不通过第一分离膜而被排出的第一非渗透流；以及，第二分离膜，第一非渗透流流入该第二分离膜中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流和不通过第二分离膜而被排出的第二非渗透流。而且，第一分离膜和第二分离膜可以具有不同的选择性和渗透率，如上所述。
本文使用的术语“串联地耦合”表示第一分离膜和第二分离膜耦合以排出渗透流和非渗透流，如上所述。
本文使用的术语“选择性”指的是两种或更多种组分中的特定组分能够选择性地通过分离膜的程度。而且，本文使用的术语“渗透率”指的是某种组分通过分离膜的渗透率。例如，假定当由组分A和组分B构成的双组分混合物流流入分离膜装置时，组分A的渗透率由PA来表示并且组分B的渗透率由PB来表示，可以通过下面的等式1来计算组分A的渗透率PA。
[等式1]
PA(GPU)＝[在标准状态中(即，标准温度和压力(STP))通过分离膜的混合物流中的组分A的渗透体积流量×106]/[分离膜的面积×在渗透流和非渗透流之间的压力差](cm3/cm2·s·cmHg)
在上面，术语“标准状态”指的是0℃的温度和1atm压力下的状态。而且，在上述内容中，术语“渗透流”指的是在流入分离膜内的流中的通过分离膜的流，并且术语“非渗透流”指的是在流入分离膜内的流中的未通过分离膜的流。
而且，当由组分A和组分B构成的双组分混合物流流入该膜分离装置时，可以通过下面的等式2来计算组分A对组分B的选择性。
[等式2]
αAB＝PA/PB
通常，膜分离工艺的容量与分离膜的面积相关联，但是在分离膜的情况下，成本与面积成比例地显著地增大。而且，因为具有较高的选择性的分离膜具有不良的渗透率，所以应当使用具有宽面积的分离膜。然而，在根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置中，也可以使用具有小面积的分离膜来通过下述方式高效率地分离待分离的期望组分：将具有不同的选择性和渗透率的不同种类的分离膜耦合到待分离的组分，例如，串联地将具有较高选择性的分离膜耦合到前端，并且将具有较高渗透率的分离膜耦合到后端，如上所述。因此，该膜分离装置可以具有经济高效运行该工艺的效果。
以下，将参考附图更详细地描述根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置。而且，在描述本申请中，将为了清楚而省略相对于本申请的已知功能或构造的详细说明。而且，附图被示意地示出以帮助明白本申请，并且因此，省略与气体分离膜的详细说明不相关的部分以更清楚和明确地描述本申请，并且，本申请的范围不受附图限制。
以下，将参考图1来描述根据本申请的一个示例性实施例的在膜分离装置中分离气体混合物的工艺。图1是示出示例性膜分离装置的第一实施例的示意图。根据一个示例性实施例，膜分离装置1的第一分离膜装置10和第二分离膜装置20可以包括第一分离膜11和第二分离膜21，其两者分别具有不同的选择性和渗透率，如图1中所示。
根据一个示例性实施例，第一分离膜11和第二分离膜21满足下面的公式1。
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
同时，第一分离膜11和第二分离膜21也满足下面的公式2。
[公式2]
P2 A–P1 A>0
在公式1中，
α1 AB表示在流入第一分离膜内的进料流中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入第二分离膜内的第一非渗透流中存在的组分A对组分B的选择性(P2 A/P2 B)。
在上面，P1 A和P1 B分别表示在流入第一分离膜内的进料流中存在的组分A和组分B的渗透率。
P2 A和P2 B分别表示在流入第二分离膜内的第一非渗透流中存在的组分A和组分B的渗透率。
在上面，组分A表示在流入每个分离膜内的至少两种组分中的待分离的组分，并且组分B表示在流入每个分离膜内的所述至少两种组分中的除了组分A之外的另一种组分。
而且，在下述的膜分离装置中，参数α1 AB、α2 AB、P1 A、P1 B、P2 A和P2 B如上所述。
在本申请中，当分离膜11和21串联地耦合以满足公式1和2时，可以以高效率来回收待分离的组分。而且，因为与当膜分离装置仅由具有高的选择性的一个第一分离膜构成时相比较，具有小的截面积的分离膜可以用于以高效率来分离待分离的组分，所以可以以更经济的方式来执行分离气体混合物的工艺。
例如，当进料流F1流入根据本申请的一个示例性实施例的第一分离膜装置10内时，如图1所示，进料流F1可以被划分为通过第一分离膜11的第一渗透流F3和未通过第一分离膜11并且被排出以流入第二分离膜装置20内的第一非渗透流F2。在这种情况下，因为第一渗透流F3通过具有对于组分A比第二分离膜21相对高得多的选择性和更低的渗透率的第一分离膜11，所以第一渗透流F3可以是其中相对较浓地包含组分A的流。而且，第一非渗透流F2流入第二分离膜装置20内，并且然后可以被划分为通过第二分离膜21的第二渗透流F5和未通过第二分离膜21并且被排出的第二非渗透流F4。在这种情况下，因为第二渗透流F5通过具有比第一分离膜11相对更低的选择性和更高的渗透率的第二分离膜21，所以第二渗透流F5可以是其中较浓地包含组分A的流，虽然其中组分A的量小于在第一渗透流F3中的组分A的量。结果，在通过该工艺最后流出的第二非渗透流F4中几乎不包含组分A。在上面，本文使用的术语“其中较浓地包含某组分的流”指的是一种流，其中，在第一渗透流F3或第二渗透流F5中的待分离的各种组分具有比在进料流F1中的至少一种或多种待分离的组分更高的含量。例如，术语“其中较浓地包含某组分的流”可以指的是一种流，其中，在第一渗透流F3或第二渗透流F5中的待分离的组分的每一种具有在重量上50％或50％以上、在重量上80％或80％以上、在重量上90％或90％以上、在重量上95％或95％以上或在重量上99％或99％以上的含量。
另外，膜分离装置1包括满足公式1和2的第一分离膜11和第二分离膜21。同时，膜分离装置1可以优选地包括对于待分离的材料、特别是待分离的组分具有1或1以上的选择性的第一分离膜11和第二分离膜21。例如，如图1中所示，包含组分A和组分B，其中在至少两种组分中的组分A通过每个分离膜，进料流F1流入到膜分离装置1中，那么在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)可以满足下面的公式3和4。
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
在膜分离装置1中，当在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)满足下面的公式3和4时，可以以高的选择性来分离和回收待分离的组分。
优选地，在膜分离装置1中包括的第一分离膜11和第二分离膜21也可以满足公式1和2，并且在第一分离膜11中的组分B的渗透率(P1 B)和在第二分离膜21中的组分B的渗透率(P2 B)也可以同时满足下面的公式5。
[公式5]
P2 B–P1 B>0
例如，当假定膜分离装置1的第一分离膜11的P1 A和P1 B分别是20和2，并且第二分离膜21的P2 A和P2 B分别是40和10时，第一分离膜11的α1 AB值变为10，并且第二分离膜21的α2 AB值变为4。因此，α1 AB–α2 AB的值变为6，满足公式1。而且，P2 A–P1 A的值变为20，满足公式2。在这种情况下，α1 AB和α2 AB两者具有大于1的值，如在公式3和4中给出，并且，P2 B–P1 B的值变为8，其也满足公式5。
可以没有特别限制地使用在根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置1中使用的分离膜装置10和20中可以包括的分离膜11和21，只要它们满足公式1和2即可。例如，分离膜11和21可以根据待分离的挥发性有机化合物(VOC)组分而选自各种类型的已知分离膜，并且可以无限制地被使用。
而且，当如上所述分离膜11和21满足公式1和2时，在第一分离膜装置10中包括的第一分离膜11的渗透率(P1 A)和在第二分离膜装置20中包括的第二分离膜21的渗透率(P2 A)可以是20GPU或20GPU以上，例如30GPU或30GPU以上、40GPU或40GPU以上、优选地50GPU或50GPU以上或更优选地100GPU或100GPU以上，但是本申请不特别限于此。当第一分离膜11的渗透率(P1 A)和第二分离膜21的渗透率(P2 A)小于20GPU时，分离膜的处理能力可能变差。渗透率的上限可以考虑到实际适用性而例如小于或等于100,000GPU，但是本申请不特别限于此。
根据一个示例性实施例，当如上所述分离膜11和21满足公式1和2时，在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)可以是10或10以上，例如，15或15以上、优选地20或20以上并且更优选地30或30以上，但是本申请不特别限于此。当在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性((α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)小于10时，分离效率可能变差。
根据一个示例性实施例，膜分离装置1可以包括真空泵40。真空泵40可以包括根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置，用于提供在分别经过第一分离膜11和第二分离膜21的第一和第二渗透流与第一和第二非渗透流之间的压力差。而且，虽然未示出，但是膜分离装置1可以包括诸如压缩机的加压装置，该加压装置被配置为在进料流流入第一分离膜11内之前控制流入第一分离膜11内的流的压力。该加压装置可以引起在进料流的压力上的增大，并且因此，可以提供分别在经过第一分离膜11和第二分离膜21的第一和第二渗透流与第一和第二非渗透流之间的压力差。
图2是示出根据本申请的膜分离装置的第二实施例的示意图。
如图2中所示，该示例性膜分离装置包括：冷凝器2，包含至少两种组分的进料流流入其中；第一分离膜11，来自冷凝器的未冷凝的流流入其中，并且其中，未冷凝的流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并被排出的第一非渗透流F2；以及，第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并被排出的第二非渗透流F4。而且，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率。
第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在膜分离装置中如上所述的公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，膜分离装置1可以包括冷凝器2，如图2中所示。当进料流F1在流入第一分离膜11之前通过冷凝器2时，在待分离的组分中的可冷凝组分F7可以被冷凝以预先被分离。然后，只有不可冷凝的气体与呈不可冷凝的气体状态的待分离的组分的混合物的混合气体可以流入第一分离膜11内，由此减少所使用的膜的面积。
图3是示出根据本申请的膜分离装置的第三实施例的示意图。
如图3中所示，该示例性膜分离装置包括：第一分离膜11，进料流流入其中，并且其中，进料流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并被排出的第一非渗透流F2；第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并被排出的第二非渗透流F4；以及，气液分离器30，其耦合到第一分离膜11的前端并且/或者耦合在第一分离膜11和第二分离膜21之间，以将第一渗透流F3和第二渗透流F5划分为气体流F6和液体流，排出划分出的气体流，并且允许该气体流F6连同进料流F1或第一非渗透流F2流入第一分离膜11和/或第二分离膜21内。而且，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率。
第一分离膜11和第二分离膜21可以满足如上所述的在膜分离装置中的公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，该膜分离装置1可以包括气液分离器30，如图3中所示。在膜分离装置1中的第一渗透流F3和第二渗透流F5可以流入气液分离器30，第一渗透流F3和第二渗透流F5中所包含的组分在气液分离器30中被气液分离，并且分离出的气体流F6可以再次流入第一分离膜11和/或第二分离膜21中以被再次划分。例如，当根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置1包括气液分离器30时，可以在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，以最大化在该过程中回收的组分的量。
根据一个示例性实施例，虽然未示出，但是膜分离装置可以还包括压力调节器，例如，加压或减压装置。
例如，该气液分离器可以还包括加压装置，该加压装置被配置为在气体流F6流入第一分离膜11之前向气体流F6施加压力。根据一个示例性实施例，该加压装置可以是压缩机，但是本申请不限于此。流入第一分离膜11内的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2可以是具有比正常压力的气体流F6更高的压力的高压流，并且因此，在气体流F6与流到第一分离膜11的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2混合之前，可以将具有正常压力的气体流F6的压力通过加压装置调整为与进料流F1和/或第一非渗透流F2相同的压力。
根据一个示例性实施例，该压力调节器也可以是减压装置。例如，膜分离装置1可以还包括被配置为给第一非渗透流F2减压的减压装置，例如，在第一非渗透流F2流过的管道上安装的控制阀。在这种情况下，气液分离器30可以耦合使得从气液分离器30排出的气体流F6流入第二分离膜21内，如图3中所示。因为上述的加压装置应当被独立地安装，以允许具有正常压力的气体流F6流入第一分离膜11内，所以可能出现额外的成本。然而，如上所述，可以通过减压装置将第一非渗透流F2的压力调整为正常压力来在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，而不安装另外的减压装置，由此最大化在该过程中回收的组分的量。
图4是示出了根据本申请的膜分离装置的第四实施例的示意图。
如图4中所示，该示例性膜分离装置包括：冷凝器2，包含至少两种组分的进料流流入其中；第一分离膜11，来自冷凝器的未冷凝的流流入其中，并且其中，未冷凝的流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并被排出的第一非渗透流F2；第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并被排出的第二非渗透流F4；以及，气液分离器30，其耦合到第一分离膜11的前端并且/或者耦合在第一分离膜11和第二分离膜21之间以将第一渗透流F3和第二渗透流F5划分为气体流F6和液体流，排出划分出的气体流，并且允许气体流F6连同进料流F1或第一非渗透流F2流入第一分离膜11和/或第二分离膜21内。而且，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率。
第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在膜分离装置中如上所述的公式1至5，并且因此，具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，如图4中所示，膜分离装置1可以包括冷凝器2、气液分离器30和压力调节器，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置可以用于多种分离过程，并且可以例如用于用于生产可膨胀的聚苯乙烯(EPS)的过程。
当在用于生产EPS的工艺系统中使用根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置1时，可以以低成本分离和回收在EPS生产时被用作发泡剂的戊烷，由此实现环境友好的EPS生产过程。而且，可以在EPS生产过程中再循环和再使用分离出的VOC，由此降低生产成本。
根据一个示例性实施例，用于生产EPS的工艺系统可以除了膜分离装置1之外还包括反应器。
根据一个示例性实施例，可以例如在反应器中聚合聚苯乙烯珠，并且反应器也可以是被填充作为可膨胀气体(例如，戊烷气体)的VOC的柱。
该可膨胀气体与聚苯乙烯珠接触，以被浸入在该聚苯乙烯珠中，并且连同下述的不可冷凝的气体一起可以从反应器通过下述的排出装置排出未浸入的可膨胀气体。
根据一个示例性实施例，被配置为供应不可冷凝气体的不可冷凝气体供应装置也可以耦合到反应器，并且，从不可冷凝气体供应装置供应的不可冷凝气体连同未浸入的可膨胀气体可以从反应器排出，以流入膜分离装置内。例如，可以通过耦合到反应器的一侧而不是不可冷凝气体供应装置耦合到的另一侧的排出装置来排出未浸入的可膨胀气体和不可冷凝气体。例如，从排出装置排出的气体流F1可以是在上述的膜分离装置1中流动的进料流F1。
根据一个示例性实施例，用于生产EPS的工艺系统可以除了膜分离装置1、EPS反应器、不可冷凝气体供应装置和排出装置之外还包括冷凝器2、蒸馏装置、吸收器或者气液分离器30。例如，冷凝器2可以耦合到排出装置，使得从排出装置排出的气体在冷凝器2中流动。当在进料流流入第一分离膜11之前进料流通过冷凝器时，在待分离的组分中的可冷凝组分可以被冷凝和预先分离。只有不可冷凝气体和呈未冷凝气体状态的组分的混合物的混合气体可以流入第一分离膜11内，由此减少所使用的膜的面积。
而且，用于生产EPS的示例性工艺系统可以还包括RTO系统。根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的工艺系统可以包括RTO系统，其作为燃烧装置来防止在通过膜分离装置后剩余的残余VOC组分被散发到空气内。
本申请涉及提供一种用于生产可膨胀的聚苯乙烯(EPS)的设备。
根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备包括：反应器；不可冷凝气体供应装置和排出装置，该两者耦合到反应器；以及，耦合到排出装置的分离膜。例如，当通过将未浸入的可膨胀气体与从排出装置排出的不可冷凝气体和可膨胀的聚苯乙烯(以下称为“EPS”)混合而获得的混合气体通过分离膜时，可以以低成本来分离和回收在EPS生产时被用作发泡剂的戊烷，由此实现环境友好的EPS生产过程。而且，可以在EPS生产过程中再循环和再使用分离出的可膨胀气体，由此降低生产成本。
图5是示出根据本申请的用于生产EPS的设备的一个示例性实施例的图。
如图5中所示，根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备可以包括反应器2、不可冷凝气体供应装置3、排出装置4和分离膜1。
在前述内容中，反应器2是其中将聚苯乙烯珠聚合的反应器。在这种情况下，可以给反应器填充苯乙烯类单体和聚合引发剂，该两者用于聚合聚苯乙烯珠。而且，可以进一步给反应器填充选自由下述部分构成的组中的至少一种添加剂：分子量调节剂、阻燃剂、分散剂、分散助剂、pH控制剂和表面活性剂，所有这些必要时都是聚合所需的。
根据一个示例性实施例，可以使用在本领域中已知的各种聚合方法来聚合聚苯乙烯珠，但是本申请不特别限于此。例如，可以使用悬浮聚合方法来聚合聚苯乙烯珠。
而且，可以给反应器2填充可膨胀气体，用于在反应器中聚合聚苯乙烯珠后膨胀聚苯乙烯珠。该可膨胀气体浸入在聚苯乙烯珠中，并且可膨胀气体的一部分可以以未浸入在聚苯乙烯珠中的可膨胀气体的状态仍然留在反应器中。
根据一个示例性实施例，各种类型的可膨胀气体在本领域中被称为可膨胀气体，但是本申请不特别限于此。例如，诸如戊烷气体的挥发性有机化合物可以被用作可膨胀气体。
如图5中所示，用于生产EPS的示例性设备也可以包括不可冷凝气体供应装置3。不可冷凝气体供应装置3是被配置为向反应器2供应不可冷凝气体的装置，并且耦合到反应器2的一侧。当不可冷凝气体被供应到反应器2时，可以防止未浸入的可膨胀气体的冷凝，由此容易从反应器2排出没有浸入在聚苯乙烯珠中的可膨胀气体。
在本领域中已知的各种类型的不可冷凝气体可以无限制地被用作不可冷凝气体。例如，氮气可以被用作不可冷凝气体。
如图5中所示，用于生产EPS的设备也可以包括排出装置4，其被配置为排出混合气体，该混合气体包括没有浸入在冷凝器2中聚合的聚苯乙烯珠中的可膨胀气体和不可冷凝气体的混合气体。可以通过反应器2的排出装置4来排出未浸入的可膨胀气体和不可冷凝气体。例如，从排出装置排出的混合气体流F1可以是流入分离膜1内的进料流F1，如下所述。例如，排出装置4可以耦合到反应器的一侧而不是不可冷凝气体供应装置3耦合到的另一侧，如图5中所示。
根据一个示例性实施例，根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备也可以包括分离膜1，该分离膜1被耦合以允许从排出装置4排出的混合气体流在其中流动。在根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备中，当包含未浸入的可膨胀气体组分的混合气体流通过分离膜1时，可以分离出未浸入的可膨胀气体，并且可以重新使用该分离出的可膨胀气体以生产EPS，由此经济地生产EPS并防止环境污染。
分离膜1可以例如耦合到排出装置4以允许混合气体流流入排出装置4内，并且流入分离膜1内的混合气体流可以被划分为通过分离膜的渗透流和不通过分离膜的非渗透流。通过分离膜的渗透流可以是具有比混合气体流相对更高的可膨胀气体浓度的流。
根据一个示例性实施例，如图5中所示，在用于生产EPS的设备中包括的分离膜包括两个或两个以上的分离膜，比如耦合到第一分离膜11的第二分离膜21。例如，用于生产EPS的设备可以包括：第一分离膜11，其对于诸如在进料流中的戊烷的待分离的可膨胀气体组分具有较高的选择性，该进料流例如是从EPS反应器排出的混合气体；以及，第二分离膜21，其串联地耦合到第一分离膜11的后端，并且对于该可膨胀气体组分具有比第一分离膜11相对更低的选择性和更高的渗透率。
而且，用于生产EPS的设备可以包括：第一分离膜11，气体流流入其中，并且其中，气体流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并且被排出的第一非渗透流F2；以及，第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并且被排出的第二非渗透流F4，如图5中所示。而且，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率，如上所述。
根据一个示例性实施例，第一分离膜11和第二分离膜21可以满足下面的公式1。
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
同时，第一分离膜11和第二分离膜21也可以满足下面的公式2。
[公式2]
P2 A–P1 A>0
在公式1中，
α1 AB表示在流入第一分离膜内的混合气体流F1中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入第二分离膜内的第一非渗透流F2中存在的组分A对组分B的选择性(P2 A/P2 B)。
在上面，P1 A和P1 B分别表示在流入第一分离膜内的混合气体流F1中存在的组分A和组分B的渗透率。
P2 A和P2 B分别表示在流入第二分离膜内的第一非渗透流F2中存在的组分A和组分B的渗透率。
在上面，组分A表示在流入每个分离膜内的至少两种组分中的待分离的至少一种组分，并且组分B表示在流入每个分离膜内的该至少两种组分中的除了组分A之外的另一种组分。
对于用于生产EPS的设备，下面的参数α1 AB、α2 AB、P1 A、P1 B、P2 A和P2 B也如上定义。
在本申请中，当分离膜11和21串联地耦合以满足公式1和2时，可以以高效率来回收可膨胀气体，诸如VOC组分，并且，与当膜分离装置仅由具有高的选择性的一个第一分离膜构成时相比较，具有小的截面积的分离膜也可以用于以高的回收率来分离可膨胀气体。因此，可以执行用于更经济地分离可膨胀气体的过程。
例如，如图5中所示，当进料流F1在根据本申请的一个示例性实施例的第一分离膜装置10中流动时，可以将进料流F1划分为通过第一分离膜11的第一渗透流F3和被排出而不通过第一分离膜11并且流入第二分离膜装置20内的第一非渗透流F2。在这种情况下，因为第一渗透流F3通过对于组分A具有比第二分离膜21相对更高的选择性和更低的渗透率的第一分离膜11，所以第一渗透流F3可以是其中相对较浓地包含组分A的流。而且，第一非渗透流F2流入第二分离膜装置20内，并且可以然后被划分为通过第二分离膜21的第二渗透流F5和不通过第二分离膜21并且被排出的第二非渗透流F4。在这种情况下，因为第二渗透流F5通过具有比第一分离膜11相对更低的选择性和更高的渗透率的第二分离膜21，所以第二渗透流F5可以是其中相对较浓地包含组分A的流，虽然组分A以比第一渗透流F3中组分A的量更低的数量存在。结果，在最后通过该过程流出的第二非渗透流F4中可以几乎不包含组分A。
而且，分离膜1包括第一分离膜11和第二分离膜21，该两者满足公式1和2。同时，分离膜1可以优选地包括对于待分离的材料、特别是可膨胀气体具有大于1的选择性的分离膜11和21。例如，如图5中所示，当包含可膨胀气体组分A和组分B的进料流F1(至少两种组分中的组分A流入每个分离膜)流入分离膜1时，在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)可以满足下面的公式3和4。
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
在膜分离装置1中，当在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)满足下面的公式3和4时，可以以高的选择性来分离和回收诸如VOC的可膨胀气体。
优选地，在膜分离装置1中包括的第一分离膜11和第二分离膜21也可以满足公式1和2，并且在第一分离膜11中的组分B的渗透率(P1 B)和在第二分离膜21中的组分B的渗透率(P2 B)也可以同时满足下面的公式5。
[公式5]
P2 B–P1 B>0
例如，当假定膜分离装置1的第一分离膜11的P1 A和P1 B分别是20和2，并且第二分离膜21的P2 A和P2 B分别是40和10时，第一分离膜11的α1 AB值变为10，并且第二分离膜21的α2 AB值变为4。因此，α1 AB–α2 AB的值变为6，满足公式1。而且，P2 A–P1 A的值变为20，满足公式2。在这种情况下，α1 AB和α2 AB两者具有大于1的值，如在公式3和4中给出，并且，P2 B–P1 B的值变为8，其也满足公式5。
当根据本申请的一个示例性实施例可以在分离膜1中使用的分离膜装置10和20中包括的分离膜11和21满足公式1和2时，根据要分离的VOC组分来不受限制地选择和使用各种类型的分离膜，但是本申请不特别限于此。
而且，可以不受特别限制地使用分离膜11和21，只要它们满足如上所述的公式1和2。在第一分离膜装置10中包括的第一分离膜11的渗透率(P1 A)和在第二分离膜装置20中包括的第二分离膜21的渗透率(P2 A)可以是20GPU或20GPU以上，例如30GPU或30GPU以上、40GPU或40GPU以上、优选地50GPU或50GPU以上或更优选地100GPU或100GPU以上。当第一分离膜11的渗透率(P1 A)和第二分离膜21的渗透率(P2 A)小于20GPU时，分离膜的处理能力可能变差。渗透率的上限可以考虑到实际适用性而例如小于或等于100,000GPU，但是本申请不特别限于此。
根据一个示例性实施例，可以不受特别限制地使用分离膜11和21，只要它们满足如上所述的公式1和2。例如，在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)可以是10或10以上，例如，15或15以上、优选地20或20以上并且更优选地30或30以上。当在第一分离膜11中的组分A对组分B的选择性(α1 AB)和在第二分离膜21中的组分A对组分B的选择性(α2 AB)小于10时，分离效率可能变差。
根据一个示例性实施例，用于生产EPS的设备可以包括真空泵40。真空泵40可以被包括在根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备中，以提供在分别经过第一分离膜11和第二分离膜21的第一和第二渗透流与第一和第二非渗透流之间的压力差。虽然未示出，但是膜分离装置1可以也还包括诸如压缩机的加压装置，其被配置为调节在进料流流入第一分离膜11内之前流入第一分离膜的流的压力。可以通过加压装置向进料流施加压力，由此向分别经过第一分离膜11和第二分离膜21的第一和第二渗透流与第一和第二非渗透流提供压力差。
图6是示出根据本申请的用于生产EPS的设备的另一个示例性实施例的示意图。
如图6中所示，示例性的用于生产EPS的设备包括：反应器2；不可冷凝气体供应装置3，其被配置为向反应器2供应不可冷凝气体；排出装置4，其耦合到冷凝器2；冷凝器5，其耦合到排出装置4；以及，分离膜1，来自冷凝器的未冷凝流流入其中。根据一个示例性实施例，分离膜1可以包括第一分离膜和第二分离膜，如上所述。例如，分离膜1可以包括：第一分离膜11，来自冷凝器5的未冷凝流流入其中，并且其中，该未冷凝流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并且被排出的第一非渗透流F2；以及，第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并且被排出的第二非渗透流F4。如上所述，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率。而且，第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在用于生产EPS的设备的第一实施例中上述的公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，如图6中所示，冷凝器5可以耦合到排出装置4，使得从排出装置4排出的混合气体在冷凝器5中流动。当根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备包括冷凝器5时，在进料流F1流入第一分离膜11之前进料流F1通过冷凝器5。结果，可以冷凝和预先分离待分离的组分，即，在可膨胀气体中的可冷凝组分F7。只有未冷凝的可膨胀气体组分和不可冷凝气体的混合物的混合气体可以流入第一分离膜11内，由此减小所使用的膜的面积。
图7是示出根据本申请的用于生产EPS的设备的另一个示例性实施例的示意图。
如图7中所示，示例性的用于生产EPS的设备包括反应器2、被配置为向反应器2供应不可冷凝气体的不可冷凝气体供应装置3、耦合到反应器2的排出装置4和耦合到排出装置4的分离膜1，并且还包括耦合到分离膜1的气液分离器30。
根据一个示例性实施例，分离膜1可以包括第一分离膜11和第二分离膜21，如上所述。例如，分离膜1可以包括：第一分离膜11，从排出装置4排出的混合气体流流入其中，并且其中，混合气体流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并且被排出的第一非渗透流F2；以及，第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并且被排出的第二非渗透流F4。如上所述，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率。而且第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在用于生产EPS的设备的第一实施例中上述的公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，如图7中所示，用于生产EPS的设备可以包括气液分离器30。在膜分离装置1中的第一渗透流F3和第二渗透流F5可以在气液分离器30中流动，并且在第一渗透流F3和第二渗透流F5中包含的组分在气液分离器30中被气液分离，并且分离出的气体流F6可以再一次流入第一分离膜11和/或第二分离膜21以再一次被划分。例如，当根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的设备包括气液分离器30时，分离出的气体流可以在膜分离过程中被再次使用，以最大化在该过程中回收的组分的量。
根据一个示例性实施例，虽然未示出，但是用于生产EPS的设备可以还包括压力调节器，例如，加压或减压装置。
例如，气液分离器30可以还包括加压装置，其被配置为在气体流F6流入第一分离膜11之前向气体流F6施加压力。根据一个示例性实施例，该加压装置可以是压缩机，但是本申请不限于此。流入第一分离膜11内的进料流F1和流入第二分离膜21的第一非渗透流F2可以是具有比正常压力的气体流F6更高的压力的高压流，并且因此，在气体流F6与供应通过第一分离膜11的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2混合之前，具有正常压力的气体流F6的压力可以被加压装置调整为与进料流F1和/或第一非渗透流F2相同的压力。
根据一个示例性实施例，压力调节器也可以是减压装置。例如，膜分离装置1可以还包括被配置为给第一非渗透流F2减压的减压装置，例如在第一非渗透流F2流过的管道上安装的控制阀。在这种情况下，气液分离器30可以被耦合，使得从气液分离器30排出的气体流F6流入第二分离膜21内，如图7中所示。因为上述的加压装置应当被独立地安装以允许具有正常压力的气体流F6流入第一分离膜11，所以可能出现额外的成本。然而，如上所述，通过减压装置来将第一非渗透流F2的压力调整为正常压力，可以在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，而不安装另外的加压装置，由此最大化在该过程中回收的组分的量。在上面，术语“正常压力”指的是大气压力，例如，1atm。
图8是示出根据本申请的用于生产EPS的设备的另一个示例性实施例的示意图。
如图8中所示，示例性的用于生产EPS的设备包括反应器2、被配置为向反应器2供应不可冷凝气体的不可冷凝气体供应装置3、耦合到反应器2的排出装置4、耦合到排出装置4的冷凝器5、来自冷凝器5的未冷凝流流入其中的分离膜1和耦合到分离膜1的气液分离器30。根据一个示例性实施例，分离膜1可以包括第一分离膜11和第二分离膜21，如上所述。例如，分离膜1可以包括：第一分离膜11，来自冷凝器5的未冷凝流流入其中，并且其中，该未冷凝流被划分为通过第一分离膜的第一渗透流F3和不通过第一分离膜并且被排出的第一非渗透流F2；以及，第二分离膜21，第一非渗透流F2流入其中，并且其中，第一非渗透流被划分为通过第二分离膜的第二渗透流F5和不通过第二分离膜并且被排出的第二非渗透流F4。如上所述，第一分离膜11和第二分离膜21可以具有不同的选择性和渗透率。而且，第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在用于生产EPS的设备的第一实施例中上述的公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，如图8中所示，膜分离装置1可以包括冷凝器2、气液分离器30和压力调节器，并且因此具有与如上所述相同的效果。
本申请也涉及提供一种膜分离方法。
根据一个示例性实施例，该膜分离方法可以包括向第一分离膜11内供应包含组分A和组分B的进料流，以排出通过第一分离膜11的第一渗透流F3和不通过第一分离膜11的第一非渗透流F2，并且向第二分离膜21内供应第一非渗透流F2以排出通过第二分离膜21的第二渗透流F5和不通过第二分离膜21的第二非渗透流F4。
第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在膜分离装置中的上述公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，该膜分离方法可以还包括：在将包含组分A和组分B的进料流F1供应到第一分离膜11之前，冷凝该进料流。例如，在进料流F1被供应到第一分离膜11之前，进料流F1可以在冷凝器3中流动并冷凝，并且，可以从进料流F1分离冷凝流F7。而且，在进料流F1中的未冷凝流可以被供应到第一分离膜11内。当在进料流F1流入第一分离膜11之前进料流F1被冷凝时，可以预先分离在待分离的组分中的可冷凝组分。只有呈未冷凝气体状态的组分和不可冷凝气体的混合物的混合气体可以流入第一分离膜11内，由此减少所使用的膜的面积。
根据一个示例性实施例，在本申请的膜分离方法中，第一渗透流F3和第二渗透流F5也可以流入气液分离器30内以被划分为液体流和气体流。为了该目的，该膜分离方法可以还包括向第一分离膜11和/或第二分离膜21内供应分离出的气体流F6。当在膜分离装置1中的第一渗透流F3和第二渗透流F5流入气液分离器30内时，在第一渗透流F3和第二渗透流F5中包含的组分可以在气液分离器30中气液分离。而且，分离出的气体流F6可以再一次流入第一分离膜11或第二分离膜21以再一次被划分。在这种情况下，可以在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，以减少在该过程中使用的成本。
根据一个示例性实施例，可以通过下述方式来执行向第一分离膜11和/或第二分离膜21内供应分离出的气体流F6：向分离出的气体流F6施加与进料流的压力相同的压力，以向第一分离膜11和/或第二分离膜21内供应分离出的气体流F6。流入第一分离膜11的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2可以是高压流，具有比正常压力的气体流F6更高的压力，并且因此，在将气体流F6与供应通过第一分离膜11的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2混合之前，具有正常压力的气体流F6的压力可以被诸如压缩机的加压装置调整为与进料流F1和/或第一非渗透流F2相同的压力。
根据一个示例性实施例，也可以通过下述方式来执行分离出的气体流F6向第一分离膜11和/或第二分离膜21内的供应：将第一非渗透流F2减压为与在分离出的气体流F6中相同的压力，并且向第二分离膜21内供应减压的第一非渗透流F2和分离出的气体流F6。因为上述加压装置应当被独立地安装以允许具有正常压力的气体流F6流入第一分离膜11内，所以可能出现额外的成本。然而，如上所述，通过减压装置将第一非渗透流F2的压力调整为正常压力，可以在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，而不安装另外的加压装置，由此最大化在该过程中回收的组分的量。
根据本申请的一个示例性实施例的膜分离方法可以用在各种领域中，并且可以例如用在EPS生产过程中。例如，因为EPS生产过程包括上述的膜分离方法，所以可以以低成本来分离和回收在EPS生产时被用作发泡剂的戊烷，由此实现环境友好的EPS生产过程。而且，可以在EPS生产过程中再循环和再次使用分离出的VOC，由此降低生产成本。
本申请也涉及提供一种用于生产EPS的方法。
根据一个示例性实施例，用于生产EPS的方法包括：向反应器供应不可冷凝气体，在该反应器中聚苯乙烯珠被聚合，并且该反应器被填充可膨胀气体；并且，向分离膜内供应对于聚苯乙烯珠未浸入的可膨胀气体和不可冷凝气体的混合流，使得该混合流被划分为通过该分离膜的渗透流和不通过该分离膜的非渗透流，以排出该渗透流和该非渗透流。
在上述内容中，可以以与在上述的用于生产EPS的设备中所述的相同的方式来执行聚苯乙烯珠的聚合。
根据一个示例性实施例，用于生产EPS的方法可以包括：向第一分离膜11内供应对于聚苯乙烯珠未浸入的可膨胀气体和不可冷凝气体的混合流，以排出通过第一分离膜11的第一渗透流F3和不通过第一分离膜11的第一非渗透流F2；并且，向第二分离膜21内供应第一非渗透流F2，以排出通过第二分离膜21的第二渗透流F5和不通过第二分离膜的第二非渗透流F4。
第一分离膜11和第二分离膜21可以满足在用于生产EPS的设备中上述的公式1至5，并且因此具有与如上所述相同的效果。
根据一个示例性实施例，用于生产EPS的方法可以还包括：冷凝未浸入的可膨胀气体和不可冷凝气体的混合流，然后将该混合流通过第一分离膜11供应到聚苯乙烯珠。例如，包含可膨胀气体的混合气体流可以流入冷凝器3并且在冷凝器3中冷凝，然后该混合气体流被供应到第一分离膜11，并且可以从包含该可膨胀气体的气体流分离出冷凝流F7。而且，在包含该可膨胀气体的气体流F1中的未冷凝流可以被供应到第一分离膜11内。当包含诸如VOC的可膨胀气体的气体流在该气体流流入第一分离膜11内之前被冷凝时，可冷凝的可膨胀气体组分可以被冷凝和预先分离。只有未冷凝的可膨胀气体组分和不可冷凝气体的混合物的混合气体可以流入第一分离膜11内，由此减小所使用的膜的面积。
根据一个示例性实施例，在根据本申请的用于生产EPS的方法中，第一渗透流F3和第二渗透流F5也可以流入气液分离器30内，使得第一渗透流F3和第二渗透流F5被划分为液体流和气体流。为了这个目的，用于生产EPS的方法可以还包括：向第一分离膜11和/或第二分离膜21内供应分离出的气体流F6。当在膜分离装置1中的第一渗透流F3和第二渗透流F5流入气液分离器30内时，在第一渗透流F3和第二渗透流F5中所包含的组分可以在气液分离器30中被气液分离。而且，被分离出的气体流可以再一次流入第一分离膜11或第二分离膜21内以再一次被划分。在这种情况下，可以在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，以减少在该过程中使用的成本。
根据一个示例性实施例，可以通过下述方式来执行分离出的气体流F6向第一分离膜11和/或第二分离膜21内的供应：向分离出的气体流F6施加与进料流的压力相同的压力，以向第一分离膜11和/或第二分离膜21内供应分离出的气体流F6。流入第一分离膜11的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2可以是具有比正常压力的气体流F6更高的压力的高压流，并且因此具有正常压力的气体流F6的压力可以被诸如压缩机的加压装置调整为与进料流F1和/或第一非渗透流F2相同的压力，然后，该气体流F6与被供应到第一分离膜11内的进料流F1和流入第二分离膜21内的第一非渗透流F2混合。
根据一个示例性实施例，也可以通过下述方式来执行分离出的气体流F6向第一分离膜11和/或第二分离膜21内的供应：将第一非渗透流F2减压为与在分离出的气体流F6中相同的压力，并且向第二分离膜21内供应减压的第一非渗透流F2和分离出的气体流F6。因为上述加压装置应当被独立地安装以允许具有正常压力的气体流F6流入第一分离膜11内，所以可能出现额外的成本。然而，如上所述，可以通过下述方式在膜分离过程中再次使用分离出的气体流F6，而不安装另外的加压装置：通过减压装置来将第一非渗透流F2的压力调整为正常压力，由此最大化在该过程中回收的组分的量。
根据本申请的一个示例性实施例的用于生产EPS的方法，可以以低成本来分离和回收在EPS生产时被用作发泡剂的戊烷，由此实现环境友好的EPS生产过程。而且，可以在EPS生产过程中再循环和再次使用分离出的VOC，由此降低生产成本。
有益效果
按照根据本申请的示例性实施例的膜分离装置和方法，可以使用具有小的面积的分离膜来以高的选择性来分离待分离的组分，由此显著地改善工艺效率和经济效率。按照根据本申请的示例性实施例的用于生产EPS的设备和方法，也可以使用具有小面积的分离膜来以高的选择性分离待分离的可膨胀气体组分，特别是挥发性有机化合物(VOC)，由此显著地改善工艺效率和经济效率。而且，可以分离和回收VOC，由此防止由全球变暖引起的环境污染。
附图说明
图1是示出根据本申请的膜分离装置的第一实施例的示意图。
图2至图4是示出根据本申请的一个示例性实施例的膜分离装置的各个实施例的示意图。
图5是示出根据本申请的一个示例性实施例的用于生产可膨胀的聚苯乙烯的设备的示意图。
图6至图8是根据本申请的一个示例性实施例的用于生产可膨胀的聚苯乙烯的设备的各个实施例的示意图。
图9是示出根据本申请的一个示例性实施例的仅包括第一分离膜的膜分离装置的示意图。
图10是示出根据本申请的一个示例性实施例的仅包括第二分离膜的膜分离装置的示意图。
图11是图示随着时间的过去的、未浸入的戊烷和氮气的混合气体中的戊烷的含量的图形，该混合气体被引入到根据本申请的实例6的用于生产EPS的设备内。
图12是图示随着时间的过去的、未浸入的戊烷和氮气的混合气体中的戊烷的含量的图形，该混合气体被引入到根据本申请的实例7的用于生产EPS的设备内。
具体实施方式
以下，将参考根据本申请的实例和不根据本申请的比较例来更详细地描述本申请。然而，应当明白，下述的实例和比较例不意图限制本申请的范围。
使用仅包括一个分离膜的膜分离装置的戊烷的分离
实例1
通过下述方式来执行膜分离过程：在4.0kgf/cm2的表压和4.1kg/hr的流速下，令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：12.7mol％)流入如图9中所示的膜分离装置内，该膜分离装置仅包括第一分离膜，该第一分离膜具有对于戊烷气体的高的选择性。在第一分离膜中的戊烷(组分A)和氮气(组分B)的渗透率分别是P1 A＝56.2GPU和P1 B＝0.5GPU，如通过等式1计算。而且，在第一分离膜中的戊烷(组分A)对氮气(组分B)的选择性是α1 AB＝115，如通过等式2计算。在这种情况下，未通过第一分离膜而被排出的第一非渗透流中的戊烷的含量被测量为3.9mol％，并且，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为72％，如通过下面的等式3计算。
[等式3]
回收率(％)＝回收的组分A的流速(kg/hr)/引入的组分A的流速(kg/hr)×100
实例2
以与在实例1中相同的方式来执行膜分离过程，不同之处在于在4.0kgf/cm2的表压和3.8kg/hr的流速下令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：12.9mol％)流入如图10中所示的膜分离装置内，该膜分离装置仅包括第二分离膜，该第二分离膜具有对于戊烷气体的高的渗透性。在第二分离膜中的戊烷(组分A)和氮气(组分B)的渗透率分别是P2 A＝244.5GPU和P2 B＝3.3GPU，如通过等式1计算。而且，在第二分离膜中的戊烷(组分A)对氮气(组分B)的选择性是α2 AB＝73.4，如通过等式2计算。在这种情况下，未通过第二分离膜而被排出的第二非渗透流中的戊烷的含量被测量为0.4mol％，并且，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为97％，如通过下面的等式3计算。
使用包括具有不同的选择性和渗透率的两个分离膜的膜分离装置的戊烷的分离
实例3
以与在实例1中相同的方式来执行膜分离过程，不同之处在于在4.0kgf/cm2的表压和4.1kg/hr的流速下令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：13.4mol％)流入膜分离装置内，在该膜分离装置中，在实例1中使用的第一分离膜和在实例2中使用的第二分离膜耦合，如图1中所示。未通过第二分离膜而被排出的第二非渗透流中的戊烷的含量被测量为0.2mol％，并且，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为99％，如通过下面的等式3计算。
实例4
以与在实例3中相同的方式来执行膜分离过程，不同之处在于在4.0kgf/cm2的表压和11.2kg/hr的流速下令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：20.0mol％，并且气体温度：51℃)如图2中所示流入冷凝器内并且被冷凝。从冷凝器发出的冷凝流F7被独立地分离，并且，未冷凝的可膨胀气体流(戊烷含量：13.1mol％，并且气体温度：15℃)以6.4kg/hr的流速流入膜分离装置内，其中，第一分离膜和第二分离膜如图2中所示耦合。
从冷凝器回收的戊烷(组分A)的回收率被测量为59％。而且，在未通过第二分离膜而排出的第二非渗透流中的戊烷的含量被测量为0.7mol％，并且，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为95％，如通过等式3计算。结果，使用冷凝器和膜分离装置的戊烷的总的回收率被测量为98％。
实例5
以与在实例3中相同的方式来执行膜分离过程，不同之处在于在4.5kgf/cm2的表压和9.7kg/hr的流速下令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：28.4mol％，并且气体温度：53℃)如图4中所示流入冷凝器内，并且被冷凝。从冷凝器发出的冷凝流F7被独立地分离，并且，未冷凝的可膨胀气体流(戊烷含量：12.2mol％，并且气体温度：15℃)被允许以6.5kg/hr的流速流入膜分离装置内，在该膜分离装置中，第二分离膜和气液分离器如图4中所示耦合。
从冷凝器回收的戊烷(组分A)的回收率被计算为66％。而且，在未通过第二分离膜而排出的第二非渗透流中的戊烷的含量被测量为0.036mol％，并且，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为99.8％，如通过等式3计算。结果，使用冷凝器和膜分离装置的戊烷的总的回收率被测量为99.9％。
对于使用包括具有不同的选择性和渗透率的两个分离膜的膜分离装置的戊烷分 离过程的模拟测试
实验实例1
通过下述方式来执行对于膜分离过程的模拟测试：在3.0kgf/cm2的表压和1.4Nm3/hr的流速下令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：15.2mol％)流入膜分离装置内，在该膜分离装置中，满足下面的要求的第一和第二分离膜耦合。在这种情况下，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为96％，如通过等式3计算。
<对于分离膜的要求>
第一分离膜：戊烷(组分A)和氮气(组分B)的渗透率分别是P1 A＝50GPU和P1 B＝0.17GPU，如通过等式1计算，并且，在第一分离膜中的戊烷(组分A)对氮气(组分B)的选择性是α1 AB＝300，如通过等式2计算。
第二分离膜：戊烷(组分A)和氮气(组分B)的渗透率分别是P2 A＝300GPU和P2 B＝6GPU，如通过等式1计算，并且，在第二分离膜中的戊烷(组分A)对氮气(组分B)的选择性是α2 AB＝50，如通过等式2计算。
比较实验实例1
以与在实验实例1中相同的方式来执行对于膜分离过程的模拟测试，不同之处在于令戊烷和氮气的混合气体(戊烷含量：15.2mol％)流入膜分离装置内，在该膜分离装置中，第一分离膜和第二分离膜耦合使得混合气体流入在实验实例1中使用的第二分离膜内，并且未通过第二分离膜的非渗透流流入在实验实例1中使用的第一分离膜内。在这种情况下，在膜分离装置中的戊烷(组分A)的回收率被计算为94％，如通过等式3计算。
在使用分离膜的EPS生产过程中的戊烷气体的分离
实例6
通过混合269千克的苯乙烯单体、4千克的聚苯乙烯再循环珠(分子量200,000至300,000)、1.16千克的过氧化苯甲酰、0.13千克的过苯甲酸叔丁酯、0.8千克的作为引发剂的过氧化二异丙苯、0.06千克的作为分子量调节剂的二乙烯基苯和1.27千克的作为阻燃剂的六溴环十二烷而制备的分散系被置于700升高压反应器内，并且被搅拌。其后，添加作为分散剂的0.28千克的磷酸三钙连同219升离子水，并搅拌。
反应器被气密地密封，并且在90分钟内将反应器的内部加热到90℃的温度达到90分钟。在加热一小时后，加入0.03千克的、作为分散助剂的、具有1％的TSC的含水过硫酸钾。当反应器的内部温度达到90℃时，反应器的内部被保持在90℃达到210分钟。同时，将作为pH控制剂的0.3千克的磷酸三钙和作为表面活性剂的0.007千克的单月桂酸聚乙二醇山梨醇酐酯放入反应器内。在反应器的内部温度被保持在90℃达到260分钟后，添加25千克的作为发泡剂的戊烷，在50分钟内反应器的内部被加热到100℃的温度，并且，反应器的内部温度被保持40分钟。然后，在50分钟内将反应器的内部加热到125℃的温度，将反应器的内部温度保持150分钟，并且然后冷却反应器。当反应器被冷却时，反应器的内部温度降低。当反应器的内部表压达到3.1kgf/cm2时，向反应器供应具有4.8kgf/cm2的表压的氮气。随后，当反应器的内部表压被保持不变在3.5kgf/cm2时，未浸入的戊烷和氮气的混合气体被排出装置从反应器排出，并且被置于冷凝器内，该混合气体的表压被设置在3.5kgf/cm2，并且该混合气体在6.0kg/hr的流速下被冷却到15℃，并且，戊烷的一部分被冷凝。从冷凝器发出的冷凝流F7被分离，并且令未冷凝的戊烷气体和氮气的混合流以5.4kg/hr的流速流入在实例1中使用的仅包括第一分离膜的膜分离装置内。
在未通过第一分离膜而排出的第一非渗透流中的戊烷的含量被测量为小于4mol％。图11是图示随着时间在未浸入的戊烷和氮气的混合气体中的戊烷的含量。
实例7
以与在实例6中相同的方式来生产可膨胀的聚苯乙烯，不同之处当将反应器冷却时，当反应器的内部表压达到3.8kgf/cm2时，向反应器供应具有4.8kgf/cm2的表压的氮气，当反应器的内部表压被保持不变在4.0kgf/cm2时，未浸入的戊烷和氮气的混合气体被排出装置从反应器排出，并且该混合气体被置于冷凝器内，该混合气体的表压被设置在4.0kgf/cm2，并且该混合气体在6.6kg/hr的流速下被冷却到15℃，并且，戊烷的一部分被冷凝，如图8中所示。从冷凝器发出的冷凝流F7被分离，并且令未冷凝的戊烷气体和氮气的混合流以5.6kg/hr的流速流入膜分离装置内，在该膜分离装置内，在实例1中使用的第一分离膜、第二分离膜和气液分离器耦合，如图8中所示。在这种情况下，令混合流流入第二分离膜内，并且控制第一分离膜的非渗透流到正常压力，并且在气液分离器中的分离出的气体流被循环到第二分离膜。
在未通过第二分离膜而排出的第二非渗透流中的戊烷的含量被测量为小于1mol％。图12是图示随着时间在未浸入的戊烷和氮气的混合气体中的戊烷的含量，该混合气体被引入到在图8中所示的用于生产EPS的设备内。

Claims (16)

1.一种膜分离装置，包括：
第一分离膜，包含至少两种组分的进料流流入其中，并且其中，所述进料流被划分为通过所述第一分离膜的第一渗透流和不通过所述第一分离膜并且被排出的第一非渗透流；以及，
第二分离膜，所述第一非渗透流流入其中，并且其中，所述第一非渗透流被划分为通过所述第二分离膜的第二渗透流和不通过所述第二分离膜并且被排出的第二非渗透流，
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜具有不同的选择性和渗透率，并且
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式1和2：
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
[公式2]
P2 A–P1 A>0
其中，α1 AB表示在流入所述第一分离膜内的所述进料流中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A对所述组分B的选择性(P2 A/P2 B)，
P1 A和P1 B分别表示在流入所述第一分离膜内的所述进料流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，并且
P2 A和P2 B分别表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，
其中，所述组分A表示在流入每个分离膜内的组分中的待分离的组分，并且所述组分B表示在流入每个分离膜内的所述组分中的除了所述组分A之外的另一种组分。
2.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式3和4：
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
其中，α1 AB和α2 AB如在权利要求1中所定义。
3.一种膜分离装置，包括：
冷凝器，包含至少两种组分的进料流流入其中；
第一分离膜，来自所述冷凝器的未冷凝的流流入其中，并且其中，所述未冷凝的流被划分为通过所述第一分离膜的第一渗透流和不通过所述第一分离膜并且被排出的第一非渗透流；以及，
第二分离膜，所述第一非渗透流流入其中，并且其中，所述第一非渗透流被划分为通过所述第二分离膜的第二渗透流和不通过所述第二分离膜并且被排出的第二非渗透流，
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜具有不同的选择性和渗透率，并且
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式1和2：
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
[公式2]
P2 A–P1 A>0
其中，α1 AB表示在流入所述第一分离膜内的所述未冷凝的流中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A对所述组分B的选择性(P2 A/P2 B)，
P1 A和P1 B分别表示在流入所述第一分离膜内的所述未冷凝的流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，并且
P2 A和P2 B分别表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，
其中，所述组分A表示在流入每个分离膜内的组分中的待分离的组分，并且所述组分B表示在流入每个分离膜内的所述组分中的除了所述组分A之外的另一种组分。
4.根据权利要求3所述的膜分离装置，其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式3和4：
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
其中，α1 AB和α2 AB如在权利要求3中所定义。
5.一种膜分离装置，包括：
第一分离膜，进料流流入其中，并且其中，所述进料流被划分为通过所述第一分离膜的第一渗透流和不通过所述第一分离膜并且被排出的第一非渗透流；
第二分离膜，所述第一非渗透流流入其中，并且其中，所述第一非渗透流被划分为通过所述第二分离膜的第二渗透流和不通过所述第二分离膜并且被排出的第二非渗透流；以及
气液分离器，所述气液分离器耦合到所述第一分离膜的前端并且/或者耦合在所述第一分离膜和所述第二分离膜之间以将所述第一渗透流和所述第二渗透流划分为气体流和液体流，排出被划分出的气体流，并且允许所述气体流连同所述进料流或所述第一非渗透流流入所述第一分离膜和/或所述第二分离膜内，
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜具有不同的选择性和渗透率，并且
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式1和2：
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
[公式2]
P2 A–P1 A>0
其中，α1 AB表示在流入所述第一分离膜内的所述进料流中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A对所述组分B的选择性(P2 A/P2 B)，
P1 A和P1 B分别表示在流入所述第一分离膜内的所述进料流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，并且
P2 A和P2 B分别表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，
其中，所述组分A表示在流入每个分离膜内的组分中的待分离的组分，并且所述组分B表示在流入每个分离膜内的所述组分中的除了所述组分A之外的另一种组分。
6.根据权利要求5所述的膜分离装置，其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式3和4：
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
其中，α1 AB和α2 AB如在权利要求5中所定义。
7.根据权利要求5所述的膜分离装置，还包括加压装置，所述加压装置被配置为在从所述气液分离器排出的所述气体流流入所述第一分离膜和/或所述第二分离膜内之前，向所述气体流施加压力。
8.根据权利要求5所述的膜分离装置，还包括减压装置，所述减压装置被配置为给所述第一非渗透流减压，
其中，所述气液分离器被耦合使得从所述气液分离器排出的所述气体流连同所述第一非渗透流流入所述第二分离膜内。
9.一种膜分离装置，包括：
冷凝器，包含至少两种组分的进料流流入其中；
第一分离膜，来自所述冷凝器的未冷凝的流流入其中，并且其中，所述未冷凝的流被划分为通过所述第一分离膜的第一渗透流和不通过所述第一分离膜并且被排出的第一非渗透流；
第二分离膜，所述第一非渗透流流入其中，并且其中，所述第一非渗透流被划分为通过所述第二分离膜的第二渗透流和不通过所述第二分离膜并且被排出的第二非渗透流；以及，
气液分离器，所述气液分离器耦合到所述第一分离膜的前端并且/或者耦合在所述第一分离膜和所述第二分离膜之间以将所述第一渗透流和所述第二渗透流划分为气体流和液体流，排出被划分出的气体流，并且使所述气体流连同所述进料流或所述第一非渗透流流入所述第一分离膜和/或所述第二分离膜内，
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜具有不同的选择性和渗透率，其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式1和2：
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
[公式2]
P2 A–P1 A>0
其中，α1 AB表示在流入所述第一分离膜内的所述未冷凝的流中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A对所述组分B的选择性(P2 A/P2 B)，
P1 A和P1 B分别表示在流入所述第一分离膜内的所述未冷凝的流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，并且
P2 A和P2 B分别表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，
其中，所述组分A表示在流入每个分离膜内的组分中的待分离的组分，并且所述组分B表示在流入每个分离膜内的所述组分中的除了所述组分A之外的另一种组分。
10.根据权利要求9所述的膜分离装置，其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式3和4：
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
其中，α1 AB和α2 AB如在权利要求9中所定义。
11.根据权利要求9所述的膜分离装置，还包括加压装置，所述加压装置被配置为在从所述气液分离器排出的所述气体流流入所述第一分离膜和/或所述第二分离膜内之前，向所述气体流施加压力。
12.根据权利要求9所述的膜分离装置，还包括减压装置，所述减压装置被配置为给所述第一非渗透流减压，
其中，所述气液分离器被耦合使得从所述气液分离器排出的所述气体流连同所述第一非渗透流流入所述第二分离膜内。
13.一种用于生产可膨胀的聚苯乙烯的设备，包括权利要求1至12中的任意一项限定的膜分离装置。
14.一种膜分离方法，包括：
向第一分离膜内供应包含组分A和组分B的进料流，以排出通过所述第一分离膜的第一渗透流和未通过所述第一分离膜的第一非渗透流；并且
向第二分离膜内供应所述第一非渗透流，以排出通过所述第二分离膜的第二渗透流和未通过所述第二分离膜的第二非渗透流，
其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式1和2：
[公式1]
α1 AB–α2 AB>0
[公式2]
P2 A–P1 A>0
其中，α1 AB表示在流入所述第一分离膜内的所述进料流中存在的组分A对组分B的选择性(P1 A/P1 B)，并且
α2 AB表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A对所述组分B的选择性(P2 A/P2 B)，
P1 A和P1 B分别表示在流入所述第一分离膜内的未冷凝的流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，并且
P2 A和P2 B分别表示在流入所述第二分离膜内的所述第一非渗透流中存在的所述组分A和所述组分B的渗透率，
其中，所述组分A表示在流入每个分离膜内的所述组分中的待分离的组分，并且所述组分B表示在流入每个分离膜内的所述组分中的除了所述组分A之外的另一种组分。
15.根据权利要求14所述的膜分离方法，其中，所述第一分离膜和所述第二分离膜满足下面的公式3和4：
[公式3]
α1 AB>1
[公式4]
α2 AB>1
其中，α1 AB和α2 AB如在权利要求14中所定义。
16.一种用于生产可膨胀的聚苯乙烯的方法，包括权利要求14至15中的任意一项限定的膜分离方法。
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