薄膜分離裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種膜分離裝置、膜分離方法、用于生產(chǎn)可膨脹的聚苯乙烯的設(shè)備和用于生產(chǎn)可膨脹的聚苯乙烯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知用于使用膜從氣體混合物選擇性地分離某種氣體的方法。自從T.Graham在19世紀(jì)中葉提出了用于氣體分離膜的溶液擴(kuò)散模型，關(guān)于氣體分離膜的研宄一直積極地進(jìn)行，并且氣體分離膜已經(jīng)在20世紀(jì)80年代之前被市售和應(yīng)用到各種領(lǐng)域。
[0003]通常，使用由T.Graham提出的溶液擴(kuò)散模型來描述其中氣體通過無孔膜的氣體滲透現(xiàn)象。在這種情況下，視構(gòu)成膜的材料而定，各個(gè)氣體組分看起來具有不同的相對(duì)擴(kuò)散系數(shù)和溶解度常數(shù)。而且，已知?dú)怏w分離膜的最優(yōu)選材料同時(shí)顯示出高滲透率和高選擇性。Robeson (1991，J.Membr, Sci, 62，165)發(fā)現(xiàn)因?yàn)樵跐B透率和選擇性之間存在關(guān)聯(lián)，所以當(dāng)滲透率增大時(shí)選擇性減小，而當(dāng)選擇性增大時(shí)滲透率減小，并且因此提出了在滲透率和選擇性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系中的上限。作為一個(gè)問題已知下述情況:難以開發(fā)超過由Robeson提出的上限的膜材料，并且很難將這類膜材料商品化。
[0004]因此，為了代替對(duì)于同時(shí)顯示高滲透率和高選擇性的分離膜的開發(fā)，已經(jīng)使用改變氣體分離工藝的條件的方法，該條件例如是壓力差、組分和溫度等。然而，因?yàn)楦淖冊(cè)摋l件是改變工藝條件，所以可能引起在成本上的增大。
[0005]同時(shí)，在生產(chǎn)可膨脹的聚苯乙烯(以下稱為“EPS”)的過程中，將過量的、作為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的戊烷作為發(fā)泡劑引入EPS反應(yīng)器內(nèi)，使得戊烷被浸入到聚苯乙烯(PS)珠內(nèi)，并且從反應(yīng)器排出未浸入的戊烷。為了防止這樣的排出戊烷被排出到空氣內(nèi)，該排出的戊烷例如在蓄熱式熱氧化(RTO)的系統(tǒng)中被焚化，并且然后被排出到空氣中。然而，在該過程中，可能向空氣中排出大量的有毒氣體，諸如一氧化碳、二氧化碳或氮氧化物。
[0006]因?yàn)樵谠撨^程中可能丟失所添加的發(fā)泡劑的大約5-20%，所以在經(jīng)濟(jì)效率的方面，聚苯乙烯的制造成本可能增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]本申請(qǐng)涉及提供一種膜分離裝置、膜分離方法、用于生產(chǎn)可膨脹的聚苯乙烯的設(shè)備和用于生產(chǎn)可膨脹的聚苯乙烯的方法。
[0009]技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的膜分離裝置包括串聯(lián)地耦合的不同種類的分離膜。例如，該膜分離裝置還包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的分離膜，諸如第一分離膜和耦合到第一分離膜的第二分離膜。例如，該膜分離裝置可以包括:第一分離膜，其對(duì)于要從進(jìn)料流分離的組分具有較高的選擇性；以及，第二分離膜，其與第一分離膜的后端串聯(lián)地耦合，并且對(duì)于待分離的組分具有比第一分離膜相對(duì)更低的選擇性和相對(duì)高的滲透率。
[0011]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，該膜分離裝置可以包括:第一分離膜，進(jìn)料流流入該第一分離膜中，并且其中，該進(jìn)料流被劃分為通過第一分離膜的第一滲透流和不通過第一分離膜而被排出的第一非滲透流；以及，第二分離膜，第一非滲透流流入該第二分離膜中，并且其中，第一非滲透流被劃分為通過第二分離膜的第二滲透流和不通過第二分離膜而被排出的第二非滲透流。而且，第一分離膜和第二分離膜可以具有不同的選擇性和滲透率，如上所述。
[0012]本文使用的術(shù)語“串聯(lián)地耦合”表示第一分離膜和第二分離膜耦合以排出滲透流和非滲透流，如上所述。
[0013]本文使用的術(shù)語“選擇性”指的是兩種或更多種組分中的特定組分能夠選擇性地通過分離膜的程度。而且，本文使用的術(shù)語“滲透率”指的是某種組分通過分離膜的滲透率。例如，假定當(dāng)由組分A和組分B構(gòu)成的雙組分混合物流流入分離膜裝置時(shí)，組分A的滲透率由？八來表示并且組分B的滲透率由Pb來表示，可以通過下面的等式I來計(jì)算組分A的滲透率Pa。
[0014][等式I]
[0015]PA(GPU)=[在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)中(即，標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(STP))通過分離膜的混合物流中的組分A的滲透體積流量X 16] / [分離膜的面積X在滲透流和非滲透流之間的壓力差](cm3/cm2.s.cmHg)
[0016]在上面，術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”指的是0°C的溫度和Iatm壓力下的狀態(tài)。而且，在上述內(nèi)容中，術(shù)語“滲透流”指的是在流入分離膜內(nèi)的流中的通過分離膜的流，并且術(shù)語“非滲透流”指的是在流入分離膜內(nèi)的流中的未通過分離膜的流。
[0017]而且，當(dāng)由組分A和組分B構(gòu)成的雙組分混合物流流入該膜分離裝置時(shí)，可以通過下面的等式2來計(jì)算組分A對(duì)組分B的選擇性。
[0018][等式2]
[0019]a PA/PB
[0020]通常，膜分離工藝的容量與分離膜的面積相關(guān)聯(lián)，但是在分離膜的情況下，成本與面積成比例地顯著地增大。而且，因?yàn)榫哂休^高的選擇性的分離膜具有不良的滲透率，所以應(yīng)當(dāng)使用具有寬面積的分離膜。然而，在根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的膜分離裝置中，也可以使用具有小面積的分離膜來通過下述方式高效率地分離待分離的期望組分:將具有不同的選擇性和滲透率的不同種類的分離膜耦合到待分離的組分，例如，串聯(lián)地將具有較高選擇性的分離膜耦合到前端，并且將具有較高滲透率的分離膜耦合到后端，如上所述。因此，該膜分離裝置可以具有經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行該工藝的效果。
[0021]以下，將參考附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的膜分離裝置。而且，在描述本申請(qǐng)中，將為了清楚而省略相對(duì)于本申請(qǐng)的已知功能或構(gòu)造的詳細(xì)說明。而且，附圖被示意地示出以幫助明白本申請(qǐng)，并且因此，省略與氣體分離膜的詳細(xì)說明不相關(guān)的部分以更清楚和明確地描述本申請(qǐng)，并且，本申請(qǐng)的范圍不受附圖限制。
[0022]以下，將參考圖1來描述根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的在膜分離裝置中分離氣體混合物的工藝。圖1是示出示例性膜分離裝置的第一實(shí)施例的示意圖。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，膜分離裝置I的第一分離膜裝置10和第二分離膜裝置20可以包括第一分離膜11和第二分離膜21，其兩者分別具有不同的選擇性和滲透率，如圖1中所示。
[0023]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，第一分離膜11和第二分離膜21滿足下面的公式I。
[0024][公式I]
[0025]α V - α 2ΑΒ>0
[0026]同時(shí)，第一分離膜11和第二分離膜21也滿足下面的公式2。
[0027][公式2]
[0028]P2a - P1aX)
[0029]在公式I中，
[0030]α \Β表示在流入第一分離膜內(nèi)的進(jìn)料流中存在的組分A對(duì)組分B的選擇性(P /P1b)，并且
[0031]α 2ΑΒ表示在流入第二分離膜內(nèi)的第一非滲透流中存在的組分A對(duì)組分B的選擇性
(ρ2α/ρ2β) ο
[0032]在上面，P1JP P \分別表示在流入第一分離膜內(nèi)的進(jìn)料流中存在的組分A和組分B的滲透率。
[0033]P2JP P 2Β分別表示在流入第二分離膜內(nèi)的第一非滲透流中存在的組分A和組分B的滲透率。
[0034]在上面，組分A表示在流入每個(gè)分離膜內(nèi)的至少兩種組分中的待分離的組分，并且組分B表示在流入每個(gè)分離膜內(nèi)的所述至少兩種組分中的除了組分A之外的另一種組分。
[0035]而且，在下述的膜分離裝置中，參數(shù)α \Β、a 2WP1anP1b、P2JP P \如上所述。
[0036]在本申請(qǐng)中，當(dāng)分離膜11和21串聯(lián)地耦合以滿足公式I和2時(shí)，可以以高效率來回收待分離的組分。而且，因?yàn)榕c當(dāng)膜分離裝置僅由具有高的選擇性的一個(gè)第一分離膜構(gòu)成時(shí)相比較，具有小的截面積的分離膜可以用于以高效率來分離待分離的組分，所以可以以更經(jīng)濟(jì)的方式來執(zhí)行分離氣體混合物的工藝。
[0037]例如，當(dāng)進(jìn)料流F1流入根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的第一分離膜裝置10內(nèi)時(shí)，如圖1所示，進(jìn)料流匕可以被劃分為通過第一分離膜11的第一滲透流F3和未通過第一分離膜11并且被排出以流入第二分離膜裝置20內(nèi)的第一非滲透流F2。在這種情況下，因?yàn)榈谝粷B透流F3通過具有對(duì)于組分A比第二分離膜21相對(duì)高得多的選擇性和更低的滲透率的第一分離膜11，所以第一滲透流F3可以是其中相對(duì)較濃地包含組分A的流。而且，第一非滲透流F2流入第二分離膜裝置20內(nèi)，并且然后可以被劃分為通過第二分離膜21的第二滲透流F5和未通過第二分離膜21并且被排出的第二非滲透流F 4。在這種情況下，因?yàn)榈诙B透流匕通過具有比第一分離膜11相對(duì)更低的選擇性和更高的滲透率的第二分離膜21，所以第二滲透流F5可以是其中較濃地包含組分A的流，雖然其中組分A的量小于在第一滲透流&中的組分A的量。結(jié)果，在通過該工藝最后流出的第二非滲透流F 4中幾乎不包含組分Α。在上面，本文使用的術(shù)語“其中較濃地包含某組分的流”指的是一種流，其中，在第一滲透流F3或第二滲透流F 5中的待分離的各種組分具有比在進(jìn)料流F !中的至少一種或多種待分離的組分更高的含量。例如，術(shù)語“其中較濃地包含某組分的流”可以指的是一種流，其中，在第一滲透流F3或第二滲透流F 5中的待分離的組分的每一種具有在重量上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。
[0038]另外，膜分離裝置I包括滿足公式I和2的第一分離膜11和第二分離膜21。同時(shí)，膜分離裝置I可以優(yōu)選地包括對(duì)于待分離的材料、特別是待分離的組分具有I或I以上的選擇性的第一分離膜11和第二分離膜21。例如，如圖1中所示，包含組分A和組分B，其中在至少兩種組分中的組分A通過每個(gè)分離膜，進(jìn)料流F1流入到膜分離裝置I中，那么在第一分離膜11中的組分A對(duì)組分B的選擇性(a 和在第二分離膜21中的組分A對(duì)組分B的選擇性(a 2ffi)可以滿足下面的公式3和4。
[0039][公式3]
[0040]α ^>1
[0041][公式4]
[0042]α 2αβ>1
[0043]在膜分離裝置I中，當(dāng)在第一分離膜11中的組分A對(duì)組分B的選擇性U1ab)和在第二分離膜21中的組分A對(duì)組分B的選擇性U2ab)滿足下面的公式3和4時(shí)，可以以高的選擇性來分離和回收待分離的組分。
[0044]優(yōu)選地，在膜分離裝置I中包括的第一分離膜11和第二分離膜21也可以滿足公式I和2，并且在第一分離膜11中的組分B的滲透率(P1b)和在第二分離膜21中的組分B的滲透率(P2b)也可以同時(shí)滿足下面的公式5。
[0045][公式5]
[0046]P2b - P1bX)
[0047]例如，當(dāng)假定膜分離裝置I的第一分離膜11的P1JP P、分別是20和2，并且第二分離膜21的P2JP P 2Β分別是40和10時(shí)，第一分離膜11的α \Β值變?yōu)?0，并且第二分離膜21的α2ΑΒ值變?yōu)?。因此，a - α ^的值變?yōu)?，滿足公式I。而且，P 2Α _ P1a的值變?yōu)?0，滿足公式2。在這種情況下，α ^和α 2ΑΒ兩者具有大于I的值，如在公式3和4中給出，并且，P2b - ?、的值變?yōu)?，其也滿足公式5。
[0048]可以沒有特別限制地使用在根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的膜分離裝置I中使用的分離膜裝置10和20中可以包括的分離膜11和21，只要它們滿足公式I和2即可。例如，分離膜11和21可以根據(jù)待分離的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)組分而選自各種類型的已知分離膜，并且可以無限制地被使用。
[0049]而且，當(dāng)如上所述分離膜11和21滿足公式I和2時(shí)，在第一分離膜裝置10中包括的第一分離膜11的滲透率(P1a)和在第二分離膜裝置20中包括的第二分離膜21的滲透率(P2a)