中文摘要：

本项目从新型中空纤维膜结构填料的膜材料特性、形成条件和微观结构因子出发，研究材料和结构变化对精馏过程传质性能的影响，建立面向高效节能分离的膜结构填料优化设计方法。首先，观察膜的疏水性和复合层材料的选择性，对材料和涂敷复合方式进行比较，制备非孔中空纤维膜。然后，分析孔结构因子对膜通透性能的影响，研究不同膜材料对有机溶剂在操作温度时的浸润和溶胀规律，并考察装填方式、装填密度以及流道形式对强化过程传质的作用。最后，建立能模拟真实膜-分离耦合过程的数学模型，并通过实验验证所得到的膜结构填料优化设计方法。该优化方法不仅可作为新型膜-分离耦合过程设计和进一步研究开发的理论依据，而且为目前化工、环境等领域中难分离体系的高效分离纯化提供了可能，对改善传统精馏过程的分离性能和工作效率、迅速降低能耗意义重大。

结论摘要：

本课题首先进行了新型中空纤维膜结构填料的制备研究。采用了PDMS溶液涂敷等改性方式，将PES和PS中空纤维膜表面性能优化。研究了中空微孔膜在纤维外形、孔隙率等方面溶剂和温度效应所造成的差异。其次，选择了有挡板逆流流动模式，实验中获得膜接触器最低HTU值为5.4 cm，与此前报道及Sulzer公司结构填料相比，分离效率更好。第三，在对甲醇、乙醇、异丙醇三种醇/水体系精馏分离实验中，发现不同气相负荷因子F和气速下，疏水性更强的PES膜NTU值要高于PS膜，HTU值则始终更低。浓度随加热功率增加而减小的变化速度随醇分子量增加而减小，即醇分子量越大，该醇塔顶浓度随之变小的程度越轻。随着醇分子量加大，其不发生液泛趋势按异丙醇>乙醇>甲醇顺序排列。最后，结合了材料、结构和操作参数等多因素对膜填料的传递过程分析表明，中空膜接触器液相分传质阻力在不同操作条件下变化很小，占总传质阻力50％左右；膜相分传质阻力随F因子增加而增大，而气相分阻力则随气相负荷因子增大而减小。所有从液相侧传质方程计算所得实验Sherwood 数均高于Lévěque传热关联式所得理论值，但当Graetz数较低时，两者差距趋于缩小。