CN110314547A

CN110314547A - 渗透-汽化传质方法及其装置

Info

Publication number: CN110314547A
Application number: CN201910661069.1A
Authority: CN
Inventors: 高智龙
Original assignee: Tian (beijing) Science And Technology Development Co Ltd
Current assignee: Tian (beijing) Science And Technology Development Co Ltd
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2019-10-11

Abstract

本发明涉及一种渗透‑汽化传质方法及其装置，所述传质方法使用渗透‑汽化膜对物流中成分进行分离，其中，所述物流与所述渗透‑汽化膜的一侧接触，并在所述渗透‑汽化膜的接触侧流动，所述物流中包括气相成分以及液相成分，所述液相成分包括一种或两种以上的液体组分，所述传质方法使得所述液相成分中的液体组分从所述渗透‑汽化膜的与物流的非接触侧分离，所述渗透‑汽化膜实质上不具有多孔结构。

Description

渗透-汽化传质方法及其装置

技术领域

本发明属于膜分离领域，涉及使用膜技术进行物质分离或净化，特别涉及一种从混合物流中分离液体组分的领域，尤其涉及从混合物流中分离水的方法和装置。

背景技术

膜分离技术长久以来用于执行对物质的分离、净化或浓缩，其是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。

膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

以往，膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔。根据这些孔的孔径大小的不同可分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜等，膜分离都采用错流过滤方式。同时根据扩散或渗透的不同方式可以分为电渗析、扩散渗析、反渗透和超过滤法等。

渗透-汽化作为一种新兴的膜分离方法，因其低能耗和高产水率，近年来在工业和学术领域受到了越来越多的重视。与传统基于半透性分离膜分离机理不同，其不依靠膜的多孔结构，而是利用膜对液体混合物中各组分的溶解性不同，及各组分在膜中的扩散速度不同从而达到对液体组分分离目的。原则上，渗透-汽化适用于一切液体混合物的分离，具有一次性分离度高、设备简单、无污染、低能耗等优点，尤其是对于共沸或近沸的混合体系的分离、纯化具有特别的优势。

引用文献1公开了一种有机溶剂纯化系统，其为从包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等1个大气压下的沸点超过100℃的有机溶剂和水的混合液中将有机溶剂分离并纯化的有机溶剂纯化系统，具备：加热器，其对混合液进行加热；渗透汽化装置，其具备渗透汽化膜，设置于加热器的后段，且将有机溶剂和水分离；减压蒸发釜，其中供给从渗透汽化装置的浓缩侧回收的有机溶剂；和，配管，其将在减压蒸发釜中汽化的有机溶剂供给至加热器作为加热器的热源。

类似的，引用文献2中，作为从NMP和水的混合液中分离NMP的NMP分离系统，其公开了：使用渗透汽化装置，且在渗透汽化装置的后段设有离子交换装置的系统。

引用文献3公开一基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法及设备，包括以下步骤：含有乙醇的发酵醪液粗馏过滤TSS,重组分杂质和部分水，得到粗蒸馏液；所述粗蒸馏液采用超滤膜过滤掉蛋白质等少量悬浮杂质，得到乙醇水溶液清液；所述乙醇水溶液清液采用中空纤维渗透汽化膜脱水

引用文献4公开了一种从含苯酚稀溶液中分离回收结晶苯酚的方法是将低浓度苯酚废水或溶液循环通入渗透-汽化装置，利用对苯酚具有优良选择性能的渗透-汽化膜将苯酚蒸汽富集于被液氮冷却的低真空苯酚收集器中，收集器中添加金属丝网填料作为苯酚结晶基体。

虽然目前基于渗透-汽化膜的分离技术被尝试应用于由于上述各种分离、净化或浓缩等场景，但也存在如下问题：随着膜的渗透-汽化过程的进行，膜与物流液相接触界面附近的组成发生变化，以及液体组分从膜分离侧表面分离时带走大量热量，因此造成了物流中的组成和温度出现梯度分布。此外，随着渗透-汽化传质过程的进行，也存在物流中组分对膜表面的污染情况。以上这样的物流在组成和温度上呈现梯度分布以及膜污染的存将在对液体组分渗透到膜内产生阻碍作用，进而降低传质效率。

另外公知的是，在渗透-汽化以外的常规多孔膜分离方法中，为了研究了提高传质效率的方法。

例如，为了提高传质效率而在使用过程中对膜体进行清洗。利用两相流技术因能有效提高膜表面剪切力、反冲洗效率，增加膜通量，成为控制膜污染、强化分离过程的重要方法。膜分离中常引入固体或通入气体形成固液或气液两相流。固液两相流在强化分离过程的同时，其固相(如橡胶球、海绵球等)可能会破坏膜表面且在清洗后两相分离困难，因此两相流研究多集中于气液两相流。引用文献5针对膜技术应用中的污染问题，从强化膜分离以及膜清洗两个方面，讨论气液两相流对膜污染的控制作用。两相流在膜组件内一般形成弹状流提高膜面剪切力，或通过增加反冲效果以有效控制膜污染。较系统地阐述了气液两相流在强化膜分离及膜清洗过程中的机理，以及在管式、平板式、中空纤维和卷式膜组件中的具体应用。总结了影响气液两相流效果的主要因素，以及在应用中的优势与不足。

此外，引用文献6中，针对管状煤基炭膜气隙式膜蒸馏过程通量低的问题，进行膜蒸馏氯化钠溶液气液两相流强化实验及CFD模拟研究，探讨两相流流型和气含率对强化过程的影响。实验结果表明：N₂流量对渗透通量影响的模拟结果与实验结果吻合较好。当进料流量为40L·h^-1、N₂流量为50L·h^-1(气含率0.56)时，对应团状流，此时强化传质效果最好。

然而，引用文献5和引用文献6中的两相动力学或热力学研究为针对具有多孔结构的半透膜(微滤膜和超滤膜等)的研究，其研究的模型或结论中包括了这样的前提，即其气-液两相物流在流动过程中，必须考虑气体从上述多孔膜的微孔中直接透出的情况。由于相对于无孔膜中膜内壁与两相流之间的相互作用和存在状况存在很大差异。因此，有关气液两相流在渗透-汽化中的研究及应用还未见报道。

可见，对于渗透-汽化过程中的传质效率的改善，仍然存在进一步提高的余地和需求。

引用文献

引用文献1：JP2016030233A

引用文献2：JP201318747A

引用文献3：CN109796307A

引用文献4：CN102320682B

引用文献5：“气液两相流在膜技术中的应用”，郭竹洁等，《水处理技术》，2011年3月

引用文献6：“气液两相流强化气隙式膜蒸馏脱盐实验及CFD模拟”，李花等，《高校化学工程学报》，2019年2月

发明内容

发明要解决的问题

根据现有技术如上存在的问题，本发明提供了一种全新的渗透-汽化传质的方法，相对于现有的渗透-汽化传质方法，具有大幅提高的传质效率。同时，相对于现有的渗透-汽化膜或者渗透-汽化装置，具有改进的使用自清洁性以及改进的使用长久性。

另一方面，本发明所提供的渗透-汽化传质方法，相对于现有技术能够适用更多种类型的被处理对象，大大拓展了渗透-汽化传质方法的使用场景。

此外，本发明的目的还在于提供一种执行本发明渗透-汽化传质方法的装置。

用于解决问题的方案

经过本发明发明人潜心研究，发现通过如下技术方案，能够解决上述技术问题：

[1].本发明提供了一种渗透-汽化传质方法，所述传质方法使用渗透-汽化膜对物流中成分进行分离，

其中，所述物流与所述渗透-汽化膜的一侧接触，并在与所述渗透-汽化膜的接触侧流动，

所述物流中包括气相成分以及液相成分，所述液相成分包括一种或两种以上的液体组分，

所述传质方法使得所述液相成分中的至少一种液体组分从所述渗透-汽化膜的与物流的非接触侧分离，

所述渗透-汽化膜实质上不具有微孔结构。

[2].根据[1]所述的方法，所述液相选自溶液、乳液或悬浊液；所述液相成分包括两种以上的具有不同亲水性或疏水性的液体组分。

[3].根据[1]或[2]所述的方法，所述气相成分相对于液相成分显示出惰性，并且，在所述物流流动方向的任意横截面上，以该横截面的总面积计，所述气相成分所占面积的平均比例1％～99％，优选为34％～75％。

[4].根据[1]～[3]任一项所述的方法，所述物流的流动速率为0.01m/s～50m/s；所述物流的温度为0℃～100℃。

[5].根据[1]～[4]任一项所述的方法，所述物流中的液相成分动力粘度为0.0001MPa·s～10000MPa·s，密度为0.5kg/m³～10kg/m³。

[6].根据[1]～[5]任一项所述的方法，所述渗透-汽化膜选自平板膜、管式膜或中空纤维膜的至少一种。

[7].根据[1]～[6]任一项所述的方法，所述液体组分从所述渗透-汽化膜的与物流的非接触侧以气体状态被分离。

[8]根据[1]～[7]任一项所述的方法，所述至少一种液体组分为水。

[9].进一步，本发明还提供了一种分离装置，用于执行根据[1]～[8]任一项所述的方法，所述装置至少包括气体渗透-汽化装置，所述渗透-汽化装置包括所述渗透-汽化膜以及所述物流的流动空间。

发明的效果

通过上述技术方案的实施，本发明能够获得如下技术效果：

(1)相比与现有的渗透-汽化传质方法，能够大幅提高渗透过渗透-汽化膜的物质的传质效率；

(2)相比与现有的渗透-汽化传质方法，本发明提供的方法能够减少物流对于渗透-汽化膜的污染，使得渗透-汽化装置具有自清洁效果，能够大幅提高渗透-汽化膜的使用寿命，减少维护支出以及由于设备耗材更换所带来的经济支出；

(3)本发明的渗透-汽化传质方法，能够处理相对于现有技术而言类型或组成情况更多的物流，提高了渗透-汽化膜和/或渗透-汽化装置的适用性，拓展了渗透-汽化传质方法的使用场景。

附图说明

图1是用于实施本发明方法的装置的示意图。其中：

1：渗透-汽化膜组器

2：气液混合装置；

3：物流箱；

4：换热器；

5：纯水罐；

6：真空泵；

7：管式膜内流型示意图。

图2是管式膜中不同容积比率的气液两相流的流型的示意图。

图3是气液界面效应对浓差极化和温差极化层的影响示意图。其中：

1：渗透-汽化膜；

2：气相；

3：物流主体；

4：浓差极化层或温差极化层。

图4是本发明一个具体实施方案中所用的渗透-汽化膜的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。

需要说明的是：

本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。

本说明书中，对于“实质上不具有”表示在进行某种方法或步骤过程中，不实际采用某种操作以不实际使得操作对象具有某种特性。

本说明书中，对于“孔径”，是指“平均孔径”，可以基于Brunauer-Emmett-Teller(BJH)方法测试得到。“粒径”指的是“平均粒径”，可以采用商用粒度仪进行测试得到。

本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。

本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。

本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。

本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。

本发明提供了一种渗透-汽化传质方法，所述传质方法使用渗透-汽化膜对物流中成分进行分离。其中，所述物流与所述渗透-汽化膜的一侧接触，并在与所述渗透-汽化膜的接触侧流动。所述物流中包括气相成分以及液相成分，所述液相成分包括一种或两种以上的液体组分。所述传质方法使得所述液相成分中的至少一种液体组分从所述渗透-汽化膜的与物流的非接触侧(分离侧)分离，并且，所述渗透-汽化膜实质上不具有微孔/多孔结构。

本发明中，对于所述的“传质”指的是某一种或几种物质从固相界面的一侧(接触侧)向另外一侧(分离侧)移动并被分离的过程。不受限制的，本发明中“传质”的结果可以为一种物质的净化或分离，或者是物流中其他(剩余)成分的浓缩。

<渗透-汽化膜>

本发明中，物流通过渗透-汽化膜进行传质过程。待处理的物流存在于渗透-汽化膜的接触侧。在本发明的一些具体的实施方案中，传质过程是在待处理的物流相对于渗透-汽化膜的接触侧运动或流动下完成的。

本发明中，对于渗透-汽化膜没有特别的限制，可以使用本领域通常使用的渗透-汽化膜。需要说明的是，与通常的具有多孔/微孔结构的半透膜不同，本发明中的渗透-汽化膜实质上并不具有例如渗透膜、反渗透膜或超滤膜中所具有多孔结构。或者说，在准备或者制备本发明中所用的渗透-汽化膜时，并不会在加工过程中引入微米或者纳米尺寸的多孔结构。从这一点上也可以认为本发明的渗透-汽化膜相对于待处理的物流(特别是其中的液体组分)具有致密的结构。

对于制备本发明中渗透-汽化膜的材料，原则上没有限制，可以使用本领域常用的有无机膜或者有机膜。

对于无机膜的制备，可以采用分子筛或碳等原料制备薄膜，利用其规则的孔道(几个埃)实现不同组分间分子的分离。例如，在本发明一些具体的对物流中的水进行传质的实施方案中，分子筛类型的渗透-汽化无机膜是通过分子筛晶体在管式陶瓷多孔支持体生长而形成的一层紧密堆积的膜层，其孔径约为4.1埃，大于水分子的动力学直径(～2.9埃)而小于大多数有机溶剂的分子直径，对水分子表现出良好的择形选择性；另一方面，分子筛骨架中存在合适的硅铝含量(例如Si/Al＝1)使其具有极强的亲水性，使得该分子筛类型的渗透-汽化无机膜特别适用于有机溶剂的脱水处理。

本发明的渗透-汽化膜也可以是有机膜，并且本发明所有可行的技术方案中更优选地通过有机膜来实现。

在本发明一些具体的实施方案中，可以通过对有机聚合物或者包含有机聚合物的组合物进行成膜加工以得到任意所需的渗透-汽化膜。针对不同的待处理物流，这些有机聚合物可以选自烯烃的均聚物或者共聚物，(甲基)丙烯酸或者(甲基)丙烯酸酯的均聚物或者共聚物，丙烯腈的均聚物或共聚物，聚醚，聚酯，聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，聚烯醇(典型地，可以为聚乙烯醇)，聚酰胺，聚酰亚胺，聚氨酯，天然高分子(例如纤维素及其改性纤维素材料，壳聚糖)或聚硅氧烷等。并且，根据任意需要，这也与渗透-汽化的传质对象相关，可以根据传质对象的不同而对上述有机聚合物进行改性。例如可以在上述有机聚合物的主链或者侧链中引入各种活性基团，以增加对传质目标物质的亲和性和选择性。在本发明的一些具体的实施方案中，可以列举的活性基团，例如羧酸基，磷酸基，磺酸基，羰基，硝基，苯基，卤素，苯基等基团中的一种或多种。

在另外的一些实施方案中，用于形成渗透-汽化膜的材料也可以是上述这些有机聚合物中的一种或多种的混合物。当使用多种有机聚合物的混合物作为膜的材质时，为了提高渗透-汽化的效率或耐用性，尽量使得这些有机聚合物之间具有良好的相容性。

在一些具体的实施方案中，对于有机聚合物或者多种有机聚合物的混合物，为了进一步提高针对渗透-汽化膜的选择性，也可以在树脂集体中掺杂无机化合物。典型地，这些无机化合物可以选自无机盐，例如Ag⁺、Co²⁺盐等无机金属盐。掺杂的无机金属盐类物质能够与有机聚合物中的电子发生相互作用而提高渗透-汽化膜的选择性。

通过上述不同的无机物质或有机物聚合物的使用可以制备具有各种具有不同选择性和传质效率的渗透-汽化膜。这些膜按功能分可以分为亲水膜、亲有机物膜和有机物分离膜等。

在本发明一些优选的实施方案中，优选使用具有亲水性质的材质形成渗透-汽化膜，或者在另外一些优选的实施方案中，本发明的渗透-汽化膜在与物流接触的接触侧具有亲水性。这样的亲水膜能够使物流中的水性组分优先渗透过膜,这些膜由具有亲水基团的聚合物材料或具有分离活性的聚电解质材料制成。最典型的如GFT膜，其分离层由亲水的PVA材料制成。

在本发明另外一些优选的实施方案中，所述渗透-汽化膜为亲有机物膜，即，这些膜的选择性体现在允许有机物优先透过膜。典型地，可以采用低极性及低表面能的有机聚合物作为渗透-汽化膜的材料，例如可以使用有机硅橡胶及其改性物、聚取代烃、含氟高聚物或其改性物等。

有机物分离膜，即对物流中存在的多种有机物(或多种有机溶剂)中的一种或几种进行优先传质的膜，通常也可以称为有机混合物分离膜。对于该膜的材料的选择没有普遍原则，必须针对所要分离体系的物理化学性质而对膜材料的组成或混配比进行调整，以保证优先使得一种目标有机化合物渗透过有机物分离膜。在这种情况下，优先渗透的有机化合物相比于非优先渗透的有机化合物，与有机物分离膜的接触侧的亲和性更高。

对于制备本发明中渗透-汽化膜的结构，原则上没有限制，可以为对称膜、非对称膜以及复合膜。

对于对称膜，又称为均质膜，即，膜的整体结构呈现出均一的状态，这种膜的膜结构呈致密无孔状，这类膜选择性好、耐压。对于非对称膜，又称为非均质膜，这种膜由同一种材料的活性皮层(约0.1～1μm厚)及多孔支撑基体层一体成型构成。其中活性层保证膜的分离效果，而多孔支撑层减少膜的传质阻力。对于复合膜，其是将超薄的致密活性层附在一层多孔、惰性但结构稳定的支撑层上，最下面也可以再附以一层增强纤维布，这样既由于致密层的变薄增加了渗透速率，又有足够的机械强度。由于复合膜可以灵活使用不同的材料，可以满足不同方面的要求。

对于制备本发明中的渗透-汽化膜的方法，根据所需的膜结构的不同而不同。

在一些具体的制备对称膜的实施方案中，可以采用自然蒸发法或者凝胶法来制备。在这样的方法中，通常将成膜用有机聚合物材料与溶剂进行混合，任选地，在进行脱泡处理后通过涂膜方法形成于基材表面，并在室温或者高于室温的温度下进行干燥和剥离。通常，为了保证成膜质量，需要在无尘条件下进行上述的脱模和干燥处理。同样，对于基材，优选地为通过清洁处理的洁净和干燥的基材。在一些优选的实施方案中，对上述干燥后得到的对称膜还可以进行交联处理以提高膜的机械强度和致密性。对于交联处理的方法没有特别的限定，例如，可以将对称膜在交联温度下置于交联浴中处理一段时间，然后使用水或者其他惰性溶剂将残余的交联性物质从膜表面洗净。此外，对于对称膜，根据材质的不同，也可以使用挤出成膜的方法，通过将高分子物料混合(例如熔融共混)通过挤出机机头挤出成膜而形成结构对称的对称膜。

在另外一些具体的实施方案中，对于非对称膜，可以采用索里拉金(S.Sourirajan)的流延法。流延成型的具体工艺过程是将聚合物与各种添加剂(粘增塑剂、分散剂等)在溶剂中混合，形成均匀稳定的浆料。成型时混合料流至基带之上，通过刮刀与基带的相对运动形成湿带，厚度由刮刀与基带的距离控制。将湿膜片连同基带一起送入供干室，在蒸发溶剂并形成具有一定强度和柔初性的膜材，然后连同基带一起或从基带上脱离卷轴待用。

在另外一些具体的实施方案中，对于复合膜，可以将超薄的致密活性层附在一层多孔、惰性但结构稳定的支撑层上而形成。形成复合膜的方法例如可以预先制备支撑层，这样的支撑层具有多孔结构，可以是纤维编织或非编织形成的支撑层。也可以通过其他方法形成的多孔膜层。典型地，这些方法可以包括刻蚀法、拉伸法获得多孔结构。在本发明一些优选的实施方案中，可以通过纤维编织而形成支撑层。对于这些纤维的材料，没有特别的限制，只要其对渗透-汽化膜中的待透过液体组分是化学惰性即可，可以使用各种聚合物材料，典型地，例如可以聚烯烃，卤代的聚烯烃，聚酰亚胺等。这些支撑层具有明显的透过孔，因此，在为致密的活性层提供必要的机械强度的同时，不影响膜的整体传质效率。在本发明一些优选的实施方案中，预先通过编织或编织的方法形成多孔(膜)支撑体，这些膜的孔径可以在0.05mm～20mm的范围内，然后在通过浸渍或者涂覆的方式在该多孔支撑体上形成致密的分离活性层；或者预先分别地形成多孔支撑层和致密的分离活性层，然后通过任意的复合方法(例如热压合等)将二者层叠以得到渗透-汽化复合膜。

此外，在本发明另外一些具体的实施方案中，在通过上述方法得到渗透-汽化膜之后，根据实际需要，可以对渗透-汽化膜与物流接触侧进行表面改性以提高传质效率。不受限制的，这样的改性方法可以通过表面涂覆和表面喷涂而实现。

对于本发明的渗透-汽化膜的厚度原则上没有限制。需要说明的是，一般认为渗透-汽化膜的厚度与传质效率成反比，虽然在一些情况下尽可能的希望渗透-汽化膜的膜厚变薄，但膜厚过薄，则一方面影响膜的力学性能变差，导致使用时发生经时变形，另一方面也可能导致膜穿刺情况的发生。因此，在一些具体的实施方案中，渗透-汽化膜的厚度可以为0.1～10μm，优选为0.2～8μm。另外需要说明的是，当渗透-汽化膜是复合膜时，本发明的厚度指的是分离活性层(或者说致密层)的厚度。

进一步，对于本发明的渗透-汽化膜的外观或形状，在本发明的一些具体的实施方案中，这些渗透-汽化膜可以是板式膜、管式膜或者是中空纤维膜等。

对于板式膜，其可以通过框架被固定，在板式膜的一侧提供流动的物流。物流中液体组分通过渗透-汽化作用在膜的另一侧被富集。对于板式膜的形状和尺寸，没有特别限制，可以根据需要设定板式膜的形状和尺寸。

对于管式膜，可以在得到渗透-汽化膜之后，通过成管工艺而得到。在本发明一些优选的实施方案中，对于管式膜，可以预先制备支撑体，这样的支撑体可以用本领域常规的手段，例如，将有机聚合物纤维制备成管状，然后通过涂覆的方式，在管状支撑体的内部形成渗透-汽化活性层或者致密层，任选的，可以在形成上述活性层或者致密层后，对这样的层(内壁)进行改性处理。对于管式膜的尺寸，没有特别的限定。在本发明一些优选的实施方案中，管式膜的内径可以为5cm～50cm，进一步优选的可以为10cm～30cm。

对于中空纤维膜，可以通过本领域常规的形成中空纤维膜的方式使用有机聚合物直接形成中空纤维膜，本发明的一些优选的实施方案中，中空纤维膜的内径为0.2～5mm，优选为0.3～2mm。

从安装的方便性、密封性以及传质效率的角度考虑，本发明优选的渗透-汽化膜为管式膜或者中空纤维膜，更优选的为管式膜。

本发明中，可以使用上述任意的渗透-汽化膜形成渗透-汽化模组，一个渗透-汽化模组中可以并联的使用多个渗透-汽化膜。

<物流>

本发明中，物流通过与渗透-汽化膜接触，而使得物流中液相成分中的一种或几种液体组分的至少一种渗透入渗透-汽化膜从而实现传质过程。在这个过程中，所述渗透-汽化膜与物流接触的一侧在本发明中被称为接触侧，渗透-汽化膜的另外一侧被称非接触侧或分离侧。为在本发明一些具体的实施方案中，上述的传质过程是在物流相对于渗透-汽化膜进行流动状态下发生的。

本发明中的物流，包液相成分和气相成分，以下将分别进行说明。

液相成分

本发明中的液相成分中包括一种或者两种以上的液体组分，这些液体组分中的至少一种可以通过渗透-汽化膜被从该膜的接触侧传输到非接触侧，并被分离或收集。这样的结果是：

①所述物流中的某一种或多种液体组分被从渗透-汽化膜的分离侧被分离或收集，当实现多种液体组分被分离或收集的情况下，这些组分渗透过所述渗透-汽化膜的速度之间呈现出速度梯度。

②所述物流中液体组分渗透到渗透-汽化膜的另外一侧后，物流中的液相成分被浓缩。

因此，通过本发明的渗透-汽化膜的处理，使得物流中的液相成分中的液体组分被分离、净化或者使得剩余的液相成分被浓缩。

对于液相成分形态，没有特别的限制，其可以是溶液，乳液或者悬浊液。

对于液相成分中的液体组分，也没有特别的限制，可以是水、有机溶剂。任选的，液相成分中还可以包含无机颗粒、其他杂质组分或溶解在水或有机溶剂中的物质。

在本发明一个具体的实施方案中，所述液体组分为水，这样的液相成分可以为水形成的溶液、乳液或者悬浊液等。在一些优选的实施方案中，这样的液相成分可以为水溶液，所述水溶液中任选的包括可溶于水中的物质，需要说明的是，本发明中所述的可溶于水的物质，是指那些在室温下(25℃)在水中溶解度为0.01g/L以上的物质。

本发明中，可溶于水中的物质包括各种无机化合物，例如无机盐类物质，可列举的为，金属或半金属的卤化物、碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、硫氢化物、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、次磷酸盐、有机酸盐、铵盐、氢氧化物、过氧化物、过硫化物、络合物。对于金属，可以选自碱金属或者碱土金属，在另外一些实施方案中，金属还可以包括过渡金属等。对于半金属，例如可以包括硼、硅、砷、锑、碲、钋、锗和锑等。

典型地，这些水溶性无机盐类物质可以为金属的氯化物，例如，氯化钠，氯化钾，氯化镁，氯化钙，氯化铁，氯化锌中的一种或多种。

在本发明的另外一些具体的实施方案中，对于可溶于水的物质还可以包括有机化合物，这些化合物在室温下具有固体的形态。可以列举的为有机酸类化合物，例如柠檬酸，酒石酸，枸橼酸，果酸，谷氨酸等；酚类化合物，例如苯酚、甲酚以及天然的多酚化合物等；糖类化合物，包括单糖、二糖或多糖，例如葡萄糖、蔗糖或水溶性纤维素等。

此外，对于本发明中的液相成分中，还可以含有固体颗粒物，在本发明一些具体的实施方案中，这些颗粒物的含量可以为液相成分总质量的10％以下，优选为5％以下，进一步优选为3％以下。另外，这些固体颗粒物可以具有0.5mm以下的粒径，优选为0.2mm以下的粒径。如果固体颗粒物的含量或粒径高于上述数值，则在物流的流动中，可能造成固体颗粒物对于渗透-汽化膜的与物流的接触侧的表面磨损，导致渗透-汽化膜的使用寿命的减损。因此，在本发明一些优选的实施方案中，本发明中的液相成分中不包含固体颗粒物。对于生产中存在需要处理含有固体颗粒物的物流情况，可以先借助分离手段，将这些固体物质进行分离。分离的手段没有特别限定可以使用过滤或者离心手段(例如，旋液分离器)。

在本发明另一些具体的实施方案中，所述液体组分可以为水和有机溶剂的混合物、两种或两种以上的有机溶剂的混合物等。

本发明中，对于水和有机溶剂的混合物，可以列举的为水与各种与水有不同亲水性的有机溶剂的混合物，对有机溶剂与水的混溶性以及混合物中水与有机溶剂的组成没有特别限定。这样的有机溶剂可以选自醇类物质、醚类物质、腈类物质、酰胺类物质、脂类物质、酮类物质、芳香或者烃类物质中的一种或多种。对于醇类物质，可以选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或甘油等；对于醚类物质，可以选自乙二醇二甲醚、四氢呋喃或二氧六环等；对于腈类物质，典型地，可以为乙腈；对于酰胺类物质，例如可以为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺等；对于脂类物质，例如可以为乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸正戊脂、丙酸乙酯或丁酸乙酯等；对于酮类物质，例如可以为丁酮、2-戊酮、甲基异丁酮或N-甲基吡咯烷酮等，对于芳香或者烃类物质，例如可以为苯、甲苯、二甲苯、正庚烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、二甲基戊烷、环己烷或甲基环己烷等。另外，对于其他的有机溶剂，还可以列举的为酸类物质，如甲酸等；氯代烃类物质，如四氯化碳、三氯甲烷等。在本发明优选的实施方案种，所述有机溶剂为通常意义上与水互溶的有机溶剂。

本发明中，对于两种或两种以上有机溶剂的混合物，可以为上文所列举的醇类物质、醚类物质、腈类物质、酰胺类物质、脂类物质、酮类物质、芳香或者烃类物质、酸类物质或卤代烃类物质中的两种或两种以上物质形成的混合物。在本发明一些具体的实施方案中，物流中的液相成分中含有两种或两种以上的有机溶剂时，这些有机溶剂具有不同的亲水性或疏水性。

对于液体组分可以为水和有机溶剂的混合物、两种或两种以上的有机溶剂的混合物时，不受限制的，这样的混合物中也可以溶解有上文所提及的那些无机化合物或者有机化合物。

气相成分

对于本发明可以使用的气相成分，没有特别限制。在本发明一些具体的实施方案中，可以使用的气相成分为在室温下(25℃)为气态，并且对物流中的液相成分具有化学惰性的物质。典型地，可以使用空气、氮气、二氧化碳、氦气或氩气中的一种或多种。

在本发明一些优选的实施方案中，可以使用氮气或二氧化碳，更有选的，使用氮气作为气相成分。

<传质过程>

通常认为渗透-汽化的跨膜传质是一个非常复杂的过程，尽管用来描述其传质和传热的理论模型有很多，但是很难给出一个单一的解释用于渗透组分的跨膜传质。现在，普遍被大家接受的渗透-汽化复合膜传质机制都是基于溶解扩散理论模型建立的。该理论模型有三个步骤组成:第一步)液体组分优先吸附在膜表面；第二步)在驱动力作用下通过膜的自由体积进行扩散；第三部)在膜下背面脱附并发生相变成为蒸汽。通常认为第一步和第三步能够快速达到平衡，而第二步即，扩散步骤，被认为是速率控制过程。

本发明中，通过物流与渗透-汽化膜一侧接触，物流相对于渗透-汽化膜为流动状态。此时，物流中的液相成分中的一种或多种液体组分能够产生跨膜的传质。这样的过程，首先是液体组分吸附于渗透-汽化膜的表面，由于膜表面的亲和性，使得该液体组分能够渗透到固-液界面的固相膜中，使得膜在与液体组分的接触侧产生溶胀。在上文所述的驱动力的作用下，该液体组分能够逐步扩散到渗透-汽化膜的另一侧，并以气体形式释放出。

本发明中，在渗透-汽化过程中，膜的上游侧压力一般维持常压，而膜的下游侧维持低压，可以列举的有三种方式维持组分的分压差：1)依靠渗透侧的高真空来维持组分的分压差；2)靠惰性气体吹扫透过侧，将被渗透组分带走，以维持渗透组分的分压差；3)渗透侧采用以冷凝器连续冷却方式，靠温度差造成分压差。

通过传质过程的不断进行，也发现存在如下现象，在物流与渗透-汽化膜的接触界面区域的附近，物流的组成与在物流远离该接触界面区域的组成不同。例如，当使用含有无机盐的水溶液作为物流中的液相成分时，由于水分子不断的渗透到渗透-汽化膜另外一侧，因此，在液相成分与渗透-汽化膜的接触界面区域附近，无机盐的浓度升高，且水的浓度下降。因此，在该界面区域附近，液相的浓度组成与液相主体的浓度组成不同。由此，诱导产生了浓差极化。

另一方面，通过传质过程的不断进行，还发现存在如下现象，当液体组分从渗透-汽化膜的另外一侧以气体形式溢出后，汽化过程将吸收大量的热量，同时考虑到膜厚度很小，这造成了物流中与膜接触界面区域的物流的温度与物流主体温度之间产生差异或梯度。由此，诱导产生了温差极化。

本发明现已观察到上述的浓差极化和温差极化将会对传质效率降低，因此，本发明通过在物流中同时使用液相成分和气相成分，令人意外的能够显著的增加传质效率。需要说明的是，由于与超滤膜、反渗透膜等半透膜的分离机理不同，通常认为在以高致密性膜作为分离膜的场合中，为了增加传质效率，需要增加液相成分的连续性，因此，以往通常认为增加非液相的成分(固相或气相)可能会对传质效率造成负面影响。

为了克服渗透-汽化过程中浓差极化和温差极化对传质效率的影响，本发明人等发现，通过将渗透-汽化过程中的物流由单一液相变更为气液两相流，从而可以利用气液界面效应提高渗透-汽化过程的传质效率。

本发明的渗透-气化传质方法中，利用气液两相流界面处的选自表面张力梯度、温度梯度和密度梯度中的1种以上，产生Rayleigh-Be′nard-Marangoni效应。当气液界面接近渗透-汽化膜表面时，Rayleigh-Be′nard-Marangoni效应形成的局部湍流加快了界面区域流体的更新，并破坏了浓差极化和温差极化层，使渗透-汽化膜表面区域的浓度和温度更接近液相主体，进而提高了渗透-汽化过程的传质效率。

在本发明一些具体的实施方案中，在沿物流的流动方向的任意截面中，以该横截面的总面积计，气相成分所占面积平均比为1％～99％，优选为15％～75％，更优选为34％～67％，最优选为50％～64％。需要说明的是，以上为通过从物流沿着流动方向的不同位置的20个横截面统计的平均数据。因此，其同样反映了在物流中气相成分的体积占比情况，即可以认为本发明物流中气相的体积分数为1％～99％，优选为15％～75％，更优选为34％～67％，最优选为50％～64％。

在本发明中，物流整体相对于渗透-汽化膜是流动的，并且，物流中气相成分和液相成分之间也存在相对运动。这样的相对运动造成了物流中气液两相共存状态中出现了不同的流型。在本发明一些具体的实施方案中，这些流型根据气相成分和液相成分的体积比、相对运动速率的不同可以选自细泡流、弹状流、块状流、液膜流、管壁液膜流、环状流、半环状流、液丝环状流、液滴夹带流、弥散液滴流、乳沫状流、混状乳沫流、雾状流、和搅拌流。在本发明的一些优选的实施方案中，通过控制气相成分、液相成分的比例和流动状态，使得物流中的流型优选产生弹状流、块状流、液膜流、管壁液膜流、环状流、半环状流、和液丝环状流，更优选为产生弹状流、块状流、液膜流、管壁液膜流、环状流。因此，在本发明优选的实施方案中，控制物流的流速从0.01m/s至50m/s。此外，对于物流中液相成分的动力粘度(25℃)可以为0.0001MPa·s至10000MPa·s，优选为0.050MPa·s至8000MPa·s，更优选为1MPa·s至5000MPa·s。对于液相成分的密度，在本发明一些具体的实施方案中，可以为0.5kg/m³至10kg/m³，优选为1kg/m³至8kg/m³，更优选为2kg/m³至6kg/m³。

对于物流中使用气相成分，不仅提高了渗透-汽化过程的传质效率，同时，由于气相所带来的扰动，也能够减少物流中物质对于渗透-汽化膜表面的污染，传质过程中赋予了渗透-汽化膜的自清洁效果。

此外，在本发明一些具体的实施方案中，可以对物流的温度进行控制，所述本发明物流的温度可以为0℃～100℃，优选为20℃～95℃，进一步优选为30℃～90℃。

对于加热物流的热量来源，本发明没有特别限制，可以使用传统石化燃料的燃烧获得热量，例如，煤炭、石油裂解燃料、天然气的燃烧等。在本发明的一些优选的实施方案中，可以使用清洁能源作为热量来源，例如太阳能等。此外，不受限制的，本发明的热量来源尤其优选通过其他过程的能量回收而获得，例如回收火电站的余热、回收蒸汽轮机的余热、回收垃圾燃烧(发电后)的剩余热量等。

本发明中，对于渗透过渗透-汽化膜的物质的处理没有特别的限定，例如可以在膜的分离侧使用惰性气体吹扫或者使用真空处理，以使得透过膜的物质更快的离开膜表面，以降低该表面的该物质所对应的分压，从而加快传质速率。

在本发明一些具体的实施方案中，可以对通过渗透-气化膜分离出来的物质进行收集，例如可以使用冷却的方式使得以气体状态被分离出来的物质冷凝而回收。

下面结合附图对本方法进行说明。

在渗透-汽化过程中，以被分离物流中的液相为高浓度含有无机盐水溶液为例，浓差极化与温差极化层经常存在于渗透-汽化膜与物流的接触侧的表面，从而降低传质效率。

参照图1，本方法所提及的气液两相物流可使用气液混合装置(2)将待分离的液相与气体混合形成物流。气液混合过程可以在射水真空泵中完成，也可以由磁力泵和空气压缩机对气液相进行混合；混合后的气液两相流进入渗透-汽化膜组器(1)。

渗透-汽化膜组器(1)内包含渗透-汽化膜，本实施方式以管式膜为例。对于膜材质，可以是图4所示的乙烯-苯乙烯共聚物为基底，采用磺化反应将部分芳香族环磺化交联产生水分子通道，形成的一种选择性渗透膜。

气液两相流进入管式膜后，由于物流中气液容积比率的不同，气液两相的流型也会随之发生变化。如图2所示，显示了不同容积比率(气相体积占物流总体的比例)的气液两相流在管式膜内的流型，其中(a)0.2、(b)0.33、(c)0.43、(d)0.50、(e)0.56、(f)0.60、(g)0.64、(h)0.67。由此可见，当气液两相的容积比率为0.01～0.33时，气液两相流的流型为细泡流，此时具有初步的促进传质的效果。当气液两相的容积比率为0.34～0.67时，随着气相容积比率逐渐提高，气液两相流的流型为弹状流、块状流、液膜流、管壁液膜流和环状流，此时促进传质效果明显增加。因此，本发明中优选的是气液容积比率从0.34提高到0.67，气液两相的流型逐渐从细泡状转变为弹状流型、块状流型，最后转变为环状流型。

气液两相物流进入到管式膜后，膜的渗透测使用真空泵(6)维持低压，膜两侧的饱和蒸汽压力差作为传质驱动力，水分子通过溶解扩散机理透过渗透-汽化膜的致密层，并在渗透测汽化，经换热器(4)冷凝成纯水并由纯水罐(5)收集。盐类物质由于离子的体积排斥效应无法从上述的致密层透过，并随气液两相物流回到料液罐(3)。在料液罐(3)中，气液两相成分完成分离过程。

本发明发现，使用气液两相流组成物流进行渗透-汽化的主要原因是：气液两相界面由表面张力变化、温度变化和密度变化形成Rayleigh-Be′nard-Marangoni效应，进而出现传质对流；气液界面传质对流的速度增大到一定限度时，界面的有序结构就趋于模糊，走向无序混沌的状态，使流动逐步过渡到湍流。由湍流层包裹的气液界面运动到渗透-汽化膜表面时，湍流层可以有效地破坏已形成在渗透-汽化膜表面的浓差极化和温差极化层(如图3所示)，从而使得膜表面物流中液相成分浓度和温度更加接近物流主体中液相成分的情况，进而提高传质效率。

发生在气液界面处的Rayleigh-Be′nard-Marangoni效应，其中的Marangoni效应，是指当一种液体的液膜受外界扰动而使液膜局部变薄时，它会在表面张力梯度的作用下形成Marangoni流，而使质量移动的现象。在表面张力梯度作用下诱发的流体力学不稳定性而产生的对流，称为Marangoni对流。这种由于出现Marangoni现象而对传质过程产生的作用称为传质过程的Marangoni效应。

在气液界面流动现象出现后，如果表面张力梯度不断增大使界面对流速度增大到一定限度时，界面的有序结构就趋于模糊，走向无序混沌的状态，使流动逐步过渡到湍流。系统发展经历的过程是从稳态→达到临界点诱发Marangoni对流→临界点后的有序结构→有序发展到无序与混沌→形成湍流。

在气液相界面由表面张力梯度引发的传质过程Marangoni效应，可用无因次特征数M_a来表征其强度。M_a定义如下：

其中，R_c为表面张力σ随浓度c变化的系数，D为溶质扩散系数；μ为溶剂粘度；L为传质过程的特征长度；Δc为浓度差。传质过程中的液相常涉及两个或多个组分，每个组分的R_c可能为正或为负，故M_a为正或为负取决于各组分的R_cΔc耦合的结果。

按照表面张力的变化，过程中M_a为正的系统，表现出Marangoni正效应；M_a为负的系统，表现出Marangoni负效应；M_a为零的系统，表现出无Marangoni效应。Marangoni正效应，容易使气液相界面产生湍流，湍流层可以破坏渗透-汽化膜表面的浓差极化和温差极化层，提高传质效率；Marangoni负效应，不容易使相界面产生湍流，无法破坏浓差极化和温差极化层，对渗透-汽化的传质过程无促进作用。

引发界面对流的原因是界面存在表面张力梯度。但引起表面张力梯度的原因不只是由于界面存在浓度梯度，也可能是由于界面存在温度梯度。因此，如果在传热过程中存在由温度梯度导致的表面张力变化从而引起气液界面对流的Marangoni效应时，传热过程的Marangoni数M_ah可表示如下：

式中，R_h为表面张力σ随温度T变化的系数，ΔT为在特征长度d距离内的温度差。类似于传质的M_a，ΔT有不同方向，可以是界面上的温度差，但通常是指界面与液相主体的温度差。

此外，在界面上除由于浓度差Δc和温度差ΔT产生界面对流外，还可以由界面与垂直的主体之间的密度差Δρ引发垂直于界面的对流，这种对流能促进气液界面的更新，对界面效应也产生影响。

由于在界面和垂直于界面方向存在着密度差而引发界面与主体间的对流效应，称为Rayleigh效应，由此而产生的对流称为Rayleigh对流。显然，如果界面与主体存在温度差，也能产生密度差，从而产生对流，此时称为传热的Rayleigh对流，也称为Rayleigh-Be′nard对流。

Rayleigh效应的强度可用瑞利数Ra表示：

式中，L为特征长度，一般可以表示为液层厚度d；g为重力加速度；Δρ通常是指气液界面与物流液相主体的密度差。R_a和M_a一样也有临界值，只有超过此临界值时，才能产生由密度差而引起的对流。

综上所述，可见由表面张力变化导致的Marangoni对流和由密度变化导致的Rayleigh对流是气液界面效应的两种主要表现形式。Marangoni对流发生在气液界面附近，而Rayleigh对流还渗透到物流(液相)主体。当这两种效应在气液界面叠加时，它的综合效应称为Rayleigh-Be′nard-Marangoni效应。

气液两相物流中常存在界面与原液主体间的浓度差、温度差及密度差，只要达到临界值时就会产生界面效应。而这三者对界面对流的产生都有贡献和影响，并形成耦合效应。这种介观尺度的流动促进了气液界面流体微元的更新，形成湍流层。当湍流层接近渗透-汽化膜时，可以破坏渗透-汽化膜表面的浓差极化和温差极化层，使得膜表面液相的浓度和温度接近物流液相主体的情况，从而促进渗透-汽化过程的传质效率。

上文以物流中液相成分为盐的水溶液(例如海水等盐的水溶液)为情况说明了本发明的渗透-汽化方法。当然，本发明中对于物流中液相成分的组成并没有特别的限定。

在本发明一些另外的实施方案中，待处理的物流中的液相为水与有机溶剂，例如水与甲苯的混合物，此时，使用亲水性的渗透-汽化膜进行渗透气化传质过程。该过程中，水能够被渗透-气化膜表面吸附并通过溶胀作用在压力差和/或浓度差的作用下从渗透-气化膜的另外一侧以气体形式被分离，从而实现了对水分的分离。

在本发明的另外一些实施方案中，待处理的物流中的液相成分为多种机溶剂的混物，其中所选用的渗透-汽化膜对其中的一种有机溶剂具有选择性(亲和性)，因此，通过渗透-汽化的传质过程，对多种有机溶剂中的一种有机溶剂进行选择性分离。

<渗透-汽化装置>

本发明中，用于渗透-汽化的装置可以从本领域常用装置中选择，只要能够实现本发明上述渗透-汽化方法就没有特别的限定。

例如包括选自板框式、柱式和卷式的膜组器中的1种以上，但并不仅限于它们。另外，对于上述膜组器中使用的渗透-汽化膜没有特殊的要求，可以选自平板膜、管式膜和中空纤维膜中的1种以上。

另外，可以使用的部件还包括氮气吹扫部件、减压部件、冷却收集部件、加热部件、物流气液相混合部件、气相供给部件或者动力泵部件等。

<海水的淡化>

现有的海水淡化方法，通常综合热法和膜法两种海水淡化的优点。而膜蒸馏技术和渗透-汽化技术因其具有高的效率和节能潜力被广泛关。

膜蒸馏是利用膜两侧的水蒸汽压差作为驱动力，将水分子从料液流体中分离出来的技术。在一般情况下蒸汽压差是靠膜两侧的温度来实现的，因此膜蒸馏是一个热驱动过程，其中所使用的的膜为疏水性微孔膜(通常为0.1～1μm).膜蒸馏过程中水蒸汽分子从进料液中蒸发并透过微孔膜结构成为馏出物，而由于膜的疏水性能使得料液被截留下来。

同时，目前也研究了使用渗透-汽化方式进行海水的淡化。其通过使用亲水性材料制备渗透-汽化膜，对海水进行处理，以得到纯水。

本发明通过前述的技术方案使用可以改进现有的使用渗透-汽化饭时对海水淡化或脱盐的方法，使得本发明的渗透-汽化传质方法在用于海水净化过程中大大提高了传质效率，明显提高了渗透-汽化膜的透水通量，提高了海水淡化效率。不言而喻的，上文所有本发明的实施方案均可以使用于此处的海水淡化的方法，例如在作为海上平台所进行的海水淡化过程中，可以使用海上平台动力装置(例如蒸汽轮机)的热的尾气或废气的余热或者其他余热对作为对待处理海水加热的热量来源。

此外，在一些优选的实施方案种，在使用本发明的方法对海水进行淡化处理前，可以使用通常的过滤或分离的手段，对海水进行预处理，以去除颗粒物或微生物。

<污水净化>

本发明提供的渗透-汽化方法也特别的适用于污水的净化。

在本发明的一些具体的实施方案中，可以首先对污水进行过滤处理，以除去其中的固体组分。然后将得到的液体作为本发明物流中的液相组分，再混合惰性气相组分进行本发明的渗透-汽化传质过程，以回收其中的纯水。

在本发明另外一些具体的实施方案中，本发明的渗透-汽化方法特别适用于与其他水处理方法的联用。例如，在使用反渗透膜对污水进行浓缩后，通常无法进一步简单地对浓缩后的污水进行处理。而本发明的渗透-汽化方法提供了一种对经过反渗透处理的浓缩液的再处理的方法。

通过将能够实现本发明渗透-汽化传质过程的装置接入反渗透处理的后端，对反渗透的浓缩液进行再处理，从而进一步的将其中的水或其他目标液体进行分离，大大提高了污水处理的效率、经济性和环保性。不言而喻的，上文所有本发明的实施方案均可以使用于此处的污水净化的方法。尤其地，作为污水前处理过程中可能使用蒸馏等手段(有些蒸馏手段设置于反渗透处理之前)，因此，在这样的情况下，作为渗透-气化处理过程中对待处理物流加热的热量来源，可以使用上述蒸馏过程中的回收的余热。

实施例

以下说明本发明的实施例，但本发明不限定于下述的实施例。

在本实施例中，当使用70℃的3.5wt％的氯化钠溶液作为物流中的液相成分，膜表面料液流速为0.2m/s时，管式渗透-汽化膜的通量为26.3kg/m²h

使用射水真空泵将N₂与3.5wt％的氯化钠溶液混合成为气液两相流；当气液容积比率达到0.20时，气液两相流对应的流型为细泡流型；维持膜原液测流速不变，在70℃时，管式渗透-汽化膜的通量为28.01kg/m²h；相比单一液相原液，增加了气液界面效应的渗透-汽化过程，膜通量提高了6.5％。

当气液容积比率达到0.56时，气液两相流对应的流型为块状流型；维持膜原液测流速不变，在70℃时，管式渗透-汽化膜的通量为31.2kg/m²h；相比单一液相原液，膜通量提高了18.6％。

当气液容积比率达到0.67时，气液两相流对应的流型为环状流型；维持膜原液测流速不变，在70℃时，管式渗透-汽化膜的通量为32.7kg/m²h；相比单一液相原液，膜通量提高了24.3％。

需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

产业上的可利用性

本发明所提供的渗透-汽化传质方法，可以在工业上得到应用。

Claims

1.一种渗透-汽化传质方法，其特征在于，所述传质方法使用渗透-汽化膜对物流中成分进行分离，

其中，所述物流与所述渗透-汽化膜的一侧接触，并在所述渗透-汽化膜的接触侧流动，

所述渗透-汽化膜实质上不具有多孔结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液相成分选自溶液、乳液或悬浊液；所述液相成分包括两种以上的具有不同亲水性或疏水性的液体组分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气相成分相对于液相成分显示出惰性；在所述物流流动方向的任意横截面上，以该横截面的总面积计，所述气相成分所占面积平均比例为1％～99％，优选为34％～75％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述物流的流动速率为0.01m/s～50m/s；所述物流的温度为0℃～100℃。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述物流中的液相成分的动力粘度为0.0001MPa·s～10000MPa·s，密度为0.5kg/m³～10kg/m³。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述渗透-汽化膜选自平板膜、管式膜或中空纤维膜的至少一种。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一种液体组分从所述渗透-汽化膜的与物流的非接触侧以气体状态被分离。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一种液体组分为水。

9.一种传质装置，其特征在于，用于执行根据权利要求1～8任一项所述的方法，所述装置至少包括气体渗透-汽化装置，所述渗透-汽化装置包括所述渗透-汽化膜以及所述物流的流动空间。