Abstract Developing a reliable and adequate model for designing and simulation of pervaporation processes can be very useful for industrial purposes. This work explains particular design criteria on which a pervaporation system may be based. Initially, a semi-empirical trans-membrane flux model was developed considering the recognized characteristics of multicomponent permeation, flux coupling, and thermodynamic interaction. Later, the developed model was implemented to simulate a single unit of pervaporation as well as multi-stage arrangements, integrated with external interstage heaters, for dehydration of isopropanol under adiabatic and ideal isothermal conditions. Two multi-stage arrangements, including modules with either equal temperature drop or surface area per each stage, were purposed for this aim. Regarding a specific separation case study, the ideal isothermal condition underestimated the membrane area required even more than 47 times. While the implementation of multi-stage arrangements resulted in more than 97% reduction of the required membrane surface area. The results revealed that the multi-stage arrangement with equal temperature drop per stage was more efficient due to the utilization of not only less membrane area but also less number of sequential stages. To draw a technical comparison, the profiles of critical parameters were depicted along with the modules. The results obtained in this work proved that the validated flux model along with the design procedure can be considered as a reasonable tools to be used in the process simulation software packages.

中文翻译：

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研究进料温度和浓度对使用具有级间加热的市售模块的异丙醇-水分离多级渗透蒸发系统设计的影响

摘要 开发用于设计和模拟渗透蒸发过程的可靠且适当的模型对于工业用途非常有用。这项工作解释了渗透蒸发系统可能基于的特定设计标准。最初，考虑到多组分渗透、通量耦合和热力学相互作用的公认特征，开发了半经验跨膜通量模型。后来，开发的模型用于模拟单个渗透蒸发单元以及多级布置，与外部级间加热器集成，用于在绝热和理想等温条件下对异丙醇进行脱水。为此目的采用了两种多级布置，包括每级具有相同温降或表面积的模块。对于特定的分离案例研究，理想的等温条件低估了所需的膜面积甚至 47 倍以上。而多级布置的实施导致所需的膜表面积减少了 97% 以上。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。理想的等温条件低估了所需的膜面积甚至超过 47 倍。而多级布置的实施导致所需的膜表面积减少了 97% 以上。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。理想的等温条件低估了所需的膜面积甚至超过 47 倍。而多级布置的实施导致所需的膜表面积减少了 97% 以上。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。而多级布置的实施导致所需的膜表面积减少了 97% 以上。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。而多级布置的实施导致所需的膜表面积减少了 97% 以上。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。结果表明，每级具有相同温降的多级布置更有效，因为不仅使用了更少的膜面积，而且连续级数也更少。为了进行技术比较，关键参数的轮廓与模块一起被描绘出来。在这项工作中获得的结果证明，经过验证的通量模型以及设计程序可以被视为在过程模拟软件包中使用的合理工具。