离催化双功能中空纤维复合膜在反应精馏中的应用(3)
2.2 中空纤文膜作为精馏填料性能的分析
2.2.1 与传统精馏填料的比较
由于中空纤文膜作为精馏填料的研究仍处于初级阶段，以下就传统精馏填料的特点来进行比较。常用填料有散装填料如拉西环，鲍尔环，网体填料，金属英特洛克斯填料等等，以及规整填料两大类，前者可以在塔内乱堆，也可以整砌。后者是将金属丝网或多孔板压制成波纹状并叠成圆筒形整块放入塔内。
若将中空纤文膜填料与传统填料相比，如最早使用的拉西环，其缺点是在其填料层中的液体存在着严重的壁流和沟流现象。网状填料，金属英特洛克填料虽然比表面积大，传质效率高，但是由于材料多数为金属，造假昂贵。同样的，规整填料虽然传质性能高，但是造价高，易被杂物堵塞难以清洗。再加上随着工业的发展，实际生产对塔设备不断提出要求，比如分离热敏物系，三废处理等等。而中空纤文膜恰恰具有表面积大，不会有液泛，沟流等问题，造价便宜等优势[14]。
2.2.2 填料特性的评价
气液两相在填料表面进行逆流接触，填料不仅提供了气液两相接触的传质表面，而且促使气液两相接触的传质表面，而且促使气液两相分散，并使液膜不断更新。填料性能可由下列三方面予以评价[5,6]。
(1) 比表面积a
填料应具有尽可能多的表面积以提供液体铺展，形成较多的气液接触界面。单位填充体积所具有的填料表面称为比表面积a，单位为m2/m3。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比面积，但填料过小不但造价高而且气体阻力的流动大。
(2) 空隙率(%)
在填料塔内气体是在填料间的空隙内通过的。流体通过颗粒层的阻力与空隙率密切相关。为减少阻力，提高填料塔的允许气速，填料层应有尽可能大的空隙率。对于各向同性的填料层，空隙率等于填料塔的自由截面百分率。
(3) 填料的几何形状
虽然填料形状目前尚难以定量表达，但比表面积、空隙率大致接近而形状不同的两种填料在流体力学与传质性能上可有显着的区别。形状理想的填料为气液两相提供了合适的通道，气体流动的压降低，通量大，且液流易于铺展成液膜，液膜的表面更新迅速。
此外，理想的填料还需兼顾便于制造、造假低廉、有一定强度和耐热、耐腐蚀性能、表面材质与液体的润湿性好等要求。
同样的，中空纤文膜具有远远超越传统填料的比表面积，且由于中空纤文膜的特殊结构使液体流动也不受液泛线的影响，从而增大了操作范围。由于本文选择了亲水性的PVA为表面涂敷，可使液流易于铺展成液膜，使液膜的表面与气体更充分接触，提高了传质效率。
2.3 醇/水分离技术及其研究进展
醇/水体系分离一直为化工生产里一个重要的环节，高效的醇/水体系分离的技术可以使醇的产量得到很大的提升，来满足工业上日益增长的生产的需求。传统分离的方法比如精馏、萃取等已经是相当的成熟了，但是在工业生产过程中这些方法造成的能耗非常大，面临资源能源匮乏的社会受到了越来越多的关注和制约。在这个背景下，新型的高效、节能的膜接触器应运而生，比如Alan等指出：半工业化和工业化的过程已经是包括了膜萃取，膜吸收以及渗透蒸馏等多个的耦合分离单元[1,2,3,4,58]。
2.3.1 中空纤文膜用于醇/水体系分离
将中空纤文膜用于精馏分离过程用来代替常规填料，这是Cussler和Zhang近年来在膜接触器研究中的一个创新之举，在对异丙醇/水体系等的分离中进行的可行性实验获得了成功。
长期以来渗透汽化的研究工作基本集中在水，醇体系的分离，特别是水/乙醇体系的分离。原德国GFT公司(现属瑞士Sulzer Chemtech)以聚乙烯醇(PVA)为膜材质，对水优先透过渗透汽化膜首先进行了系列产业化。至今各国仍然有很多水/乙醇体系分离方面的研究，研究者们希望获得性能更好的水/乙醇体系分离膜[15]。
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