压缩空气脱湿实验概述改性聚酰亚胺膜法 □ 吴庸烈
□ 吴庸烈 压缩空气是最常用的工业气体，含湿量太高的压缩空气除会引起
压缩空气是最常用的工业气体，含湿量太高的压缩空气除会引起管路的腐蚀外，在气温降低时还会凝露或结霜，使阀门仪表失灵而造成事故，所以在工业生产中压缩空气脱湿是不可缺少的操作环节。传统的脱湿方法是低温冷冻法和分子筛吸附法，前者需要复杂的冷冻设备并消耗大量能源，后者需要反复再生，操作繁琐，产品气容易被分子筛粉尘污染。而膜法气体脱湿具有设备简单、操作方便、节能、洁净、寿命长等优点。80年代末开发的压缩空气干燥器得到迅速发展，除用于工业的干燥气源外，还用于特殊房间（如手术室等）的湿度控制。 膜法脱湿是利用容易透过水蒸气的分离膜，在膜两侧压力差的作
膜法脱湿是利用容易透过水蒸气的分离膜，在膜两侧压力差的作用下，水蒸气优先透过膜而留下干燥气体，达到气体脱湿的目的。本研究工作以聚酰亚胺为膜材料，制备中空纤维气体分离膜，用于压缩空气脱湿，考虑了各种操作条件对脱湿效率的影响，同时也进行了以磺化聚醚砜共混改性的聚酰亚胺分离膜对压缩空气的脱湿性能的研究。 一、实验概述
一、实验概述 1．膜材料 由长春应用化学研究所合成的聚酰亚胺和磺化聚芳
1．膜材料 由长春应用化学研究所合成的聚酰亚胺和磺化聚芳醚砜以任意比例互混制成合金膜，这两种材料具有很好的共混兼容性。在合金膜中，聚酰亚胺组分提供良好的化学稳定性和机械强度，磺化聚芳醚砜组分改善了分离膜的亲水性，更有利于水蒸气的透过。 2．分离膜和组件的制备 将膜材料按一定配比溶解在N－甲基吡
2．分离膜和组件的制备 将膜材料按一定配比溶解在N－甲基吡咯烷酮中，经过滤、脱气后，以干／湿相转化法仿制成具有致密表皮的中空纤维膜，内径约0．4mm,外径约0．6mm，经后处理制成干膜。 将一束中空纤维膜用环氧树脂封装在有机玻璃管壳体中，制成像
将一束中空纤维膜用环氧树脂封装在有机玻璃管壳体中，制成像热交换器形式的膜组件，总膜面积约250cm2。 3．压缩空气的脱湿过程 压缩空气流经中空纤维膜的内侧， 由
3．压缩空气的脱湿过程 压缩空气流经中空纤维膜的内侧， 由于中空纤维膜的外侧（组件的壳体中）处于常压，压缩空气中水蒸气会透过中空纤维膜进入组件的壳体，由组件流出的空气即为干燥的产品——空气，本项研究中空气的流量为150ml/min。 为了使该分离过程连续进行，需分出一部分干燥的产品空气吹扫中空纤维膜的外侧，以除掉积聚在膜表面水蒸气。该过程也可以采用抽空操作方式，即在中空纤维的外侧抽真空除掉透过的水蒸气。 气流吹扫方式操作的优点是设备简单，但由于吹扫气流来自干燥
气流吹扫方式操作的优点是设备简单，但由于吹扫气流来自干燥的产品空气，降低了产气量。抽空式操作确保有最大的产气量，但需要增加真空设备。 二、结果与讨论
二、结果与讨论 1．操作压力的影响 压缩空气膜法脱湿属于气体分离， 过程的
1．操作压力的影响 压缩空气膜法脱湿属于气体分离， 过程的驱动力是膜两侧水蒸气压力差，当操作压力增加时提高了膜两侧的水蒸气压力差，从而提高了水蒸气的透过速率。空气中的含湿量一般采用露点来表示，干燥的空气具有较低的露点。随操作压力的提高产品空气的露点明显降低，说明操作压力对组件的脱湿效率有显著影响，提高操作压力可提高组件的脱湿效率。 2．吹扫气流比例的影响 当水蒸气透过分离膜时会在膜的下游
2．吹扫气流比例的影响 当水蒸气透过分离膜时会在膜的下游侧表面积累，产生浓差极化现象，吹扫气流的作用是及时除掉透过的水蒸气以减轻浓差极化现象，无论纯聚酰亚胺膜还是共混改性聚酰亚胺膜，在较高的吹扫气流比例下均得到较低露点的产品空气，表明在实验范围内增大吹扫气流的比例可提高分离膜的脱湿效率，但会降低产气量。 3.原料空气含湿量的影响 通过使用共混改性聚酰亚胺膜对不同
3.原料空气含湿量的影响 通过使用共混改性聚酰亚胺膜对不同原料空气脱湿情况，可看到原料空气的露点越低，产品气的露点越低，计算结果表明，在一定操作条件下，组件的脱湿效率与原料空气的含湿量关系不大。实验表明，当操作压力为0.4MPa、吹扫气流比例为30％时，改性聚酰亚胺膜的脱湿效率近于90％。 4．膜材料亲水性的影响 实验表明， 共混改性聚酰亚胺膜的脱
4．膜材料亲水性的影响 实验表明， 共混改性聚酰亚胺膜的脱湿效率明显高于纯聚酰亚胺膜，由于磺化聚芳醚砜具有良好的亲水性，水蒸气在改性膜中会有更大的溶解系数和扩散系数，使水蒸气更容易透过膜。但并不是膜的亲水性越强越好，当膜的亲水性过强时，水蒸气在膜的下游侧解脱变得困难，浓差极化现象将变得严重，从而降低组件的脱湿效率。 膜法压缩空气脱湿技术是一种设备简单、操作方便、节能、洁净
膜法压缩空气脱湿技术是一种设备简单、操作方便、节能、洁净的气体干燥技术，增加操作压力、增大吹扫气流比例和适当增加分离膜的亲水性可以提高组件的脱湿效率。