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气体膜分离技术具有选择性高、能耗低、流程简单、投资少等优点,技术经济性方面优于吸附、吸收和深冷分离等传统气体分离方法;丙烯是石油化工中的一种重要有机原料,其最大用途是生产聚丙烯,在聚合之前原料丙烯必须经过脱湿。本文以丙烯脱湿气体膜分离过程为研究对象,寻找合适的膜材料和改性方法,以提高膜的性能。本研究采用中空纤维复合膜,选用聚砜(PS)作为多孔支撑层,聚乙烯醇(PVA)作为活性分离层,在PVA中共混聚丙烯酸(PAA)以提高其脱湿性能。采用分子模拟和实验两种方法,考察PVA与PAA的不同共混比例对膜结构和分离性能的影响。分子模拟是探索预测膜材料结构及传递性质的有效工具。本文采用分子动力学模拟方法分析了高分子膜的性质,随着PAA含量增多,高分子膜密度变大;高分子链间吸引力变强;自由体积分数减小;玻璃化转变温度增大。分别计算丙烯和水在膜中的吸附量和扩散系数,发现随着PAA含量增多,小分子在膜中的吸附量增大,扩散系数减小。模拟结果表明,共混改性有助于提高水分子与膜的亲和性以及膜对水的分离因子,渗透速率受溶解和扩散过程共同影响,PVA与PAA的共混比例可能存在一个适宜值。实验制备PVA/PS、PVA-PAA/PS中空纤维复合膜用于丙烯脱湿。随着膜中PAA含量增多,原料气的吸附量增加;渗透速率先增加后降低,当PVA与PAA质量比为1:1.2时达到最高;共混膜对水的分离因子高于PVA膜。对高分子膜进行SEM、FT-IR、XRD及DSC表征分析,可知PVA与PAA间具有较强的相互作用;PAA的加入降低了高分子膜的结晶度,有利于提高膜分离性能;从DSC图中得到玻璃化转变温度值,与模拟值吻合较好。此外,考察了操作条件对膜分离性能的影响,发现随着原料气湿度的增大或操作温度的降低,膜渗透速率均增大。研究结果表明,PVA-PAA共混膜的分离性能优于PVA空白膜。模拟计算与实验结果吻合良好,表明分子模拟技术在分析膜的微观性质、气体与膜材料的亲和性、预测渗透速率和分离因子方面有较高价值。