Chap膜分離技術(shù)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1Chap膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史1748年，Nollet觀察到水自發(fā)地通過半透膜滲透進(jìn)入乙醇中1864年，Traube成功研制成人類歷史上策一片人造膜-亞鐵氰化銅膜。1930年代，微濾膜的工業(yè)生產(chǎn)（微生物過濾）1950年代，離子交換膜的產(chǎn)生和電滲析的工業(yè)應(yīng)用1960年代初，Loeb和Sourirajan利用相轉(zhuǎn)化制膜法制備第一張實用的反滲透膜；反滲透淡化海水進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用1970年代，超濾的工業(yè)應(yīng)用1980年代，氣體分離膜的工業(yè)應(yīng)用1990年代，納濾和滲透汽化的工業(yè)應(yīng)用第1頁/共29頁膜的分離特性膜的分離特性選擇性選擇性 目標(biāo)產(chǎn)物和雜質(zhì)之間的分離選擇性

2、透過液中的相對含量與原料液中相對含量之比jijiijyyyya1122/原料液相1滲透液相2透過通量透過通量 單位時間單位膜面積上，透過溶劑（或溶質(zhì)）的量膜的處理能力 截留率 對被分離體系中一種或多種物質(zhì)的截留程度截留率( ) 1滲透液的濃度(CF) / 原料液的濃度(CB)第2頁/共29頁第3頁/共29頁第4頁/共29頁第5頁/共29頁膜和被分離物系的相態(tài)膜和被分離物系的相態(tài)=分離物質(zhì)的狀態(tài)分：液體分離膜和氣體分離膜。液體分離膜液體分離膜： 微濾、超濾、滲析、電滲析、納濾、反滲透、 滲透汽化、膜蒸餾、膜萃取等氣體分離膜：氣體分離膜： 氣體分離、蒸汽滲透、膜吸收等=膜的狀態(tài) 固膜、液膜、氣態(tài)膜

3、。第6頁/共29頁膜材料的分類膜材料的分類 天然高分子材料天然高分子材料 纖維素類纖維素類 二醋酸纖維素、硝酸纖維素二醋酸纖維素、硝酸纖維素合成高分子材料：合成高分子材料： 聚酰胺類聚酰胺類 芳香聚酰胺、芳香聚酰胺酰肼芳香聚酰胺、芳香聚酰胺酰肼 芳香雜環(huán)類芳香雜環(huán)類 聚酰亞胺、聚苯并咪唑聚酰亞胺、聚苯并咪唑 聚砜類聚砜類 聚砜、聚醚砜聚砜、聚醚砜 聚烯烴類聚烯烴類 聚乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇聚乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇 硅橡膠類硅橡膠類 聚三甲基硅烷丙炔、聚乙烯基三甲基硅烷聚三甲基硅烷丙炔、聚乙烯基三甲基硅烷 含氟聚合物含氟聚合物 聚全氟磺酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯聚全氟磺酸、聚偏氟乙烯、聚四氟

4、乙烯 其它其它 聚碳酸酯、聚電解質(zhì)聚碳酸酯、聚電解質(zhì)無機(jī)材料：無機(jī)材料：陶瓷、玻璃、 氧化鋁、金屬(碳素)、沸石等。耐高溫和腐蝕；膜加工成本高。第7頁/共29頁對膜材料的要求 良好的成膜性能和物化穩(wěn)定性，耐酸、堿、微生物侵蝕和耐氧化等。RO、NF、UF、MF親水性，高水通量GP、Pervaporization對透過組分優(yōu)先吸附溶解和優(yōu)先擴(kuò)散ED耐酸堿，熱穩(wěn)定性好膜萃取能耐受有機(jī)溶劑第8頁/共29頁第9頁/共29頁膜分離技術(shù)是一種效率較高的分離手段，在分離工膜分離技術(shù)是一種效率較高的分離手段，在分離工程中具有重要作用。程中具有重要作用。膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)不涉及相變不涉及相變（滲透蒸發(fā)等除外），

5、對（滲透蒸發(fā)等除外），對能量要求低能量要求低，較之蒸餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等需要輸入能量的過程有很大差異；，較之蒸餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等需要輸入能量的過程有很大差異；膜分離的膜分離的操作條件一般都較溫和操作條件一般都較溫和，適用于熱敏性物質(zhì)的分離，如果汁、酶、藥物等的分離、分級和濃縮，適用于熱敏性物質(zhì)的分離，如果汁、酶、藥物等的分離、分級和濃縮裝置簡單、操作方便、裝置簡單、操作方便、結(jié)構(gòu)緊湊、易于放大、維修費(fèi)用低、易于自動化結(jié)構(gòu)緊湊、易于放大、維修費(fèi)用低、易于自動化第10頁/共29頁第11頁/共29頁第12頁/共29頁 反滲透膜無明顯孔道結(jié)構(gòu)，分離原理是溶解溶解 擴(kuò)散擴(kuò)散。多采用熱力學(xué)方程描述反滲透過程，而

6、不考慮膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，其中溶解擴(kuò)散模型簡單實用。)(pLJPv體積通量 JV 反滲透膜對小分子溶質(zhì)的高截留率，膜兩側(cè)滲透壓差較大， 且反滲透膜阻力較大，為保證反滲透操作流量，反滲透需要較高的操作壓力(1.0-10MPa) 。BFCCR1反滲透時截留率反滲透時截留率 R 反滲透膜對無機(jī)鹽的截留率較高，R 1. 所以，CFCB。對海水一級淡化，膜的脫鹽率必須大于99；但對一級苦咸水而言，需達(dá)到9095。但由于濃差極化現(xiàn)象的存在，實際脫鹽效率低于膜截留率所反映出來的效率。第13頁/共29頁第14頁/共29頁根根據(jù)據(jù)穩(wěn)態(tài)時的物料衡算：穩(wěn)態(tài)時的物料衡算：即即0FVVCJdZdCDCJ)(FVCCJdZd

7、CDDlJCCCCVFBFmln對上式在下列邊界條件積分：對上式在下列邊界條件積分：Z0，CCB ；Zl， CCm得到得到第15頁/共29頁 濃差極化下的溶劑通量為濃差極化下的溶劑通量為濃差極化特性濃差極化特性濃差極化是一個可逆過程。在膜過程運(yùn)行中產(chǎn)生存在，停止運(yùn)行，濃差極化逐漸消失。濃差極化與操作條件相關(guān)，可通過降低膜兩側(cè)壓差，減小料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流體力學(xué)條件，來減輕濃差極化程度，提高膜的透過流量。FBFmVCCCClDJln第16頁/共29頁第17頁/共29頁 為減輕濃差極化的影響，可采取以下措施：為減輕濃差極化的影響，可采取以下措施：提高料液流速、增強(qiáng)料液的湍流強(qiáng)度，提高操作溫度

8、，對膜面定期清洗提高料液流速、增強(qiáng)料液的湍流強(qiáng)度，提高操作溫度，對膜面定期清洗膜膜 污污 染染膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)等與膜存在物理化學(xué)作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化。膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)等與膜存在物理化學(xué)作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化。 膜的清洗一般選擇水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。 為保證膜分離高效穩(wěn)定運(yùn)行，須定期對膜進(jìn)行清洗，除去膜表面和膜孔內(nèi)污染物。第18頁

9、/共29頁反滲透的應(yīng)用反滲透的應(yīng)用：反滲透廣泛用在海水、苦咸水淡化，純水制備，化工工藝的濃縮、分離、提純，廢水處理等方面。 清洗操作造成分離成本增高。 采用有效清洗的同時，需措施減輕膜污染。 RO系統(tǒng)的預(yù)處理至少應(yīng)考慮5微米的保安過濾在內(nèi)的最基本預(yù)處理配備。當(dāng)原水化學(xué)成分復(fù)雜時，其預(yù)處理包括：混凝、絮凝、過濾、加氯、光氧化、脫氯、吸附等。 第19頁/共29頁 納濾操作的原理與反滲透相近(溶解擴(kuò)散)。納濾膜的表面分離層含有聚電解質(zhì)，帶有靜電基團(tuán)，與離子有靜電相互作用，對無機(jī)鹽體現(xiàn)出一定的截留能力。 納濾膜的截留性能介于超濾膜和反滲透(RO)膜之間。納濾納濾(Nanofiltration) 納濾出

10、現(xiàn)1970年代末，在反滲透基礎(chǔ)上發(fā)展而來。納濾膜大多是復(fù)合膜，膜表面分離層有孔徑約lnm的微孔結(jié)構(gòu)，故而稱為“納濾”。第20頁/共29頁 與反滲透相比，納濾膜對Na+和Cl- 等一價離子的截留率較低；但對Ca2+、Mg2+、SO42-等二價離子及除草劑、農(nóng)藥、色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物質(zhì)的截留率很高。 水在納濾膜中的滲透速率遠(yuǎn)大于反滲透膜;當(dāng)需要對低濃度的二價離子和分子量在500到數(shù)千Da的溶質(zhì)進(jìn)行截留濃縮時，選擇納濾比使用反滲透經(jīng)濟(jì)（更低的壓差和更高的通量）。 第21頁/共29頁超濾超濾(Ultrafiltration) 超濾也是以壓力差為推動力的一種膜

11、過程。超超濾也是以壓力差為推動力的一種膜過程。超濾膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，利用膜的篩分性能，濾膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，利用膜的篩分性能，將溶液中的大分子溶質(zhì)截留，使這些大分子溶質(zhì)將溶液中的大分子溶質(zhì)截留，使這些大分子溶質(zhì)與溶劑和小分子溶質(zhì)分離。與溶劑和小分子溶質(zhì)分離。 超濾過程中，膜孔大小和形狀對分離起主超濾過程中，膜孔大小和形狀對分離起主要作用，而膜的物化性質(zhì)對分離性能影響不大要作用，而膜的物化性質(zhì)對分離性能影響不大。第22頁/共29頁 UF膜孔徑較膜孔徑較MF膜小，根據(jù)大分子與小分子溶質(zhì)間膜小，根據(jù)大分子與小分子溶質(zhì)間分子大小的差別進(jìn)行分離，適用于分離或濃縮直徑分子大小的差別進(jìn)行分離，適用于分離或濃縮直徑2-50nm的生物大分子的生物大分子(分子量從分子量從1000 到到1000000 Da)。 UF中，膜兩側(cè)滲透壓差較小，其操作壓力（一般中，膜兩側(cè)滲透壓差較小，其操作壓力（一般）比）比RO低。低。 由于超濾過程的對象是大分子，膜的孔徑常由于超濾過程的對象是大分子，膜的孔徑常用被截留分子的分子量大小來表征，膜的用被截留分子的分子量大小來表征，膜的截留率截留率與與截留分子量截留分子量有關(guān)。有關(guān)。第23頁/共29頁第24頁/共29頁第25頁