子任務(wù)3知識(shí)點(diǎn)2：膜分離技術(shù)

1、淄博職業(yè)學(xué)院離子膜燒堿生產(chǎn)操作課程教學(xué)方案教師： 序號：授課時(shí)間授課班級上課地點(diǎn)多媒體教室學(xué)習(xí)內(nèi)容子任務(wù)3：一次鹽水制備過程-知識(shí)點(diǎn)2：膜分離技術(shù)學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力能分析粗鹽水精制的過程；能分析膜分離的工作過程方法能力學(xué)會(huì)膜分離裝置的選用和使用維護(hù)保養(yǎng)方法，完成任務(wù)小組內(nèi)、外部資源協(xié)調(diào)使用的方法。社會(huì)能力在進(jìn)行化工工藝仿真實(shí)訓(xùn)過程中，要團(tuán)結(jié)協(xié)作，完成膜分離裝置分離懸浮物的工作任務(wù)，能做到理論聯(lián)系實(shí)際。目標(biāo)群體之前已學(xué)習(xí)了液體輸送工作任務(wù)，熟悉了完成鹽水輸送工作任務(wù)需要的工作條件。為完成工作任務(wù)，需要先學(xué)習(xí)一下膜分離裝置的組成、結(jié)構(gòu)、工作過程及其操作方法，通過反滲透裝置的操作訓(xùn)練，提高了學(xué)生的

2、解決膜過濾的實(shí)際問題的能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)完成生產(chǎn)任務(wù)的工作方法。教學(xué)環(huán)境多媒體教室教學(xué)方法 課堂講授、討論提問法時(shí)間安排教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、任務(wù)資訊1.膜分離裝置的技術(shù)資料與圖片。2.一次鹽水生產(chǎn)工藝流程圖。3.一次鹽水生產(chǎn)仿真操作實(shí)訓(xùn)軟件。二、任務(wù)決策 通過對完成任務(wù)的工作條件、基本生產(chǎn)資料、完成后將獲得的結(jié)果與過程的要求進(jìn)行了逐一分析，確定對粗鹽水制備過程中的新生成的碳酸鈣顆粒，將通過采用薄膜過濾器的方法實(shí)施分離操作，達(dá)到完成粗鹽水中所含的雜質(zhì)碳酸鈣顆粒的目的，因此，需要學(xué)習(xí)液體混合物中的顆粒的分離中的膜分離的相關(guān)技術(shù)與操作方法。三、任務(wù)計(jì)劃 根據(jù)決策方案的完成的工作要求和完成任務(wù)需要的時(shí)間要求

3、，在教師的指導(dǎo)下，由組長負(fù)責(zé)組織成員共同完成膜分離過程的工作計(jì)劃。本次完成膜分離技術(shù)的理論技能培訓(xùn)工作任務(wù)需要2 課時(shí)。四、任務(wù)實(shí)施根據(jù)本次粗鹽水工作任務(wù)的計(jì)劃進(jìn)度要求，開始實(shí)施工作任務(wù)，首先需要了解膜分離的工作原理與工作過程。了解凱膜過濾器裝置的組成、功能、工作原理與操作方法等，在認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上，與小組內(nèi)的學(xué)生一起完成理論與操作技能的培訓(xùn)學(xué)習(xí)。如下：（一）一次鹽水的生產(chǎn)過程 1.生產(chǎn)原料原鹽原鹽：工業(yè)生產(chǎn)中使用的原料食鹽稱之為原鹽。表1-8 從薄膜過濾器溢流而出的鹽水質(zhì)量指標(biāo)控制項(xiàng)目指標(biāo)要求NaCl(g/l)315Na2CO3(g/l)(過量)NaOH(g/l)(過量)鹽水溫度（）

4、50左右ss1mg/l(Ca、Mg固體物除外)選擇原鹽的主要標(biāo)準(zhǔn): 氯化鈉含量要高，一般要求大于95%； 化學(xué)雜質(zhì)要少，Ca2+、Mg2+總量要小于1%，SO42+要小于0.5%； 不溶水的雜質(zhì)要少； 鹽的顆粒要粗。2.粗制鹽水的制備與Mg2+去除的工藝流程(重點(diǎn)與難點(diǎn)) 圖1-41粗制鹽水制備與Mg2+去除的生產(chǎn)工藝流程圖Mg2+去除的方法 MgCl22NaOHMg(OH)22NaClFeCl33NaOHFe(OH)33NaCl3.Ca2+去除的工藝流程圖1-41 Ca2+去除的生產(chǎn)工藝流程圖Ca2+去除的方法：Na2CO3CaCl2CaCO32NaCl4.膜分離技術(shù) 膜分離的基礎(chǔ)(難點(diǎn))膜

5、分離：借助于膜而實(shí)現(xiàn)各種分離的過程稱之為膜分離。圖1-42多孔膜圖1-43無孔膜膜的種類繁多，大致可以按以下幾方面對膜進(jìn)行分類。根據(jù)膜的材質(zhì)，從相態(tài)上可分為固體膜和液體膜。從材料來源上，可分為天然膜和合成膜，合成膜又分為無機(jī)材料膜和有機(jī)高分子膜。根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)，可分為多孔膜和致密膜如圖1-47、1-48所示。圖1-47多孔膜圖1-48無孔膜按膜斷面的物理形態(tài)，固體膜又可分為對稱膜、不對稱膜和復(fù)合膜。對稱膜又稱均質(zhì)膜。不對稱膜具有極薄的表面活性層（或致密層）和其下部的多孔支撐層。根據(jù)膜的功能，可分為離子交換膜、滲透膜、微孔過濾膜、超過濾膜、反滲透膜、滲透汽化膜、閘膜、氣體滲透膜等。根據(jù)固體膜的形狀

6、，可分為平板膜、管式膜、中空纖維膜以及具有垂直于膜表面的圓柱形孔的核徑蝕刻膜，簡稱核孔膜等。表1-9幾種主要的膜分離過程過程簡圖推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型210um）進(jìn)料濾液（水）壓力差100kPa顆粒大小、形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒、纖維多孔膜um）進(jìn)料濾液濃縮液壓力差1001000kPa分子物性、大小、形狀水、溶劑膠體大分子（不同分子量）非對稱性膜um）進(jìn)料溶劑（水）溶質(zhì)（鹽）壓力差100010000kPa溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽（懸浮物大分子、離子）非對稱性膜或復(fù)合膜滲析進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)散液濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞低分子量物離子溶劑分子量1000非對稱性膜離子交換膜電滲析濃電

7、解質(zhì)陽離子交換膜產(chǎn)品（溶劑）陰離子交換膜進(jìn)料極極電化學(xué)勢電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離進(jìn)氣滲透氣滲余氣壓力差100010000kPa濃度差（分壓差）氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透滲透性的氣體或蒸汽難滲透性的氣體或蒸汽均勻膜、復(fù)合膜非對稱性膜過程簡圖推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型滲透汽化進(jìn)料溶劑或溶質(zhì)溶質(zhì)或溶劑分壓差選擇傳遞（物性差異）溶質(zhì)或溶劑（易滲組分的蒸汽）溶劑或溶質(zhì)（難滲組分的液體）均勻膜、復(fù)合膜非對稱性膜液膜（促進(jìn)傳遞）點(diǎn) 外相膜相內(nèi)相化學(xué)反應(yīng)和濃度差反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)（電解質(zhì)離子）溶劑非電解質(zhì)液膜常見的膜分離設(shè)備主要有如下幾種膜組件。 板框式膜組件圖1

8、-47 導(dǎo)流板、膜、支承板交替重疊板框式膜組件使用平板式膜，故又稱為平板式膜組件。這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由導(dǎo)流板、膜、支承板交替重疊組成。如圖1-47是一種板框式膜器的部分示意。圖1-50導(dǎo)流板與支承板的作用合在一塊板上如圖1-50是另一種型式的板框式膜器件，它將導(dǎo)流板與支撐板的作用合在一塊板上。圖中板上的弧形條突出于板面，這些條起導(dǎo)流板的作用，在每塊板的兩側(cè)各放一張膜，然后一塊塊疊在一起。膜緊貼板面，在兩張膜間形成由弧形條構(gòu)成的弧形流道，料液從進(jìn)料通道送入板間兩膜間的通道，透過液透過膜，經(jīng)過板面上的孔道，進(jìn)入板的內(nèi)腔，然后從板側(cè)面的出口流出。板框式膜組件的優(yōu)點(diǎn)是組裝方便，膜

9、的清洗更換比較容易，料液流通截面積較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要而組裝不同數(shù)量的膜。但其缺點(diǎn)是需密封的邊界線長，為保證膜兩側(cè)的密封，對板框及其起密封作用的部件的加工精度要求高。 卷式膜組件圖1-51卷式膜組件卷式膜組件也是用平板膜制成的，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似。如圖1-51，支撐材料插入3邊密封的信封狀膜袋，袋口與中心集水管相接，然后襯上起導(dǎo)流作用的料液隔網(wǎng)，兩者一起在中心管外纏繞成筒，裝入耐壓的圓筒中即構(gòu)成膜組件。使用時(shí)料液沿隔網(wǎng)流動(dòng)，與膜接觸，透過液透過膜，沿膜袋內(nèi)的多孔支撐流向中心管，然后由中心管導(dǎo)出。 管式膜組件管式膜組件由管式膜制成，它的結(jié)構(gòu)原理與管式換熱器類似，管內(nèi)與管外

10、分別走料液與透過液，如圖1-52，管式膜的排列形式有列管、排管或盤管等。管式膜分為外壓和內(nèi)壓兩種，外壓即為膜在支撐的外側(cè)。因外壓管需有耐高壓的外殼，應(yīng)用較少；膜在管內(nèi)側(cè)的則為內(nèi)壓管式膜。亦有內(nèi)、外壓結(jié)合的套管式管式膜組件。圖1-52 管式膜組件管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少，一般僅為33330m2/m3，除特殊場合外，一般不被使用。 中空纖維膜組件圖1-53中空纖維膜組件中空纖維膜組件的結(jié)構(gòu)與管式膜類似，即將管式膜由中空纖維代替。如圖1-53是中空纖維膜制成的膜組件示意，它由很多根纖維（幾十萬至數(shù)百萬根）組成，眾多中空纖維與中心進(jìn)料管捆在一起，一端用環(huán)氧樹脂密封固定，另一端用環(huán)氧樹

11、脂固定，料液進(jìn)入中心管，并經(jīng)中心管上下孔均勻地流入管內(nèi)，透過液沿纖維管內(nèi)從左端流出，濃縮液從中空纖維間隙流出后，沿纖維束與殼間的環(huán)隙從右端流出。這類膜組件的特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，單位組件體積內(nèi)的有效膜面積大（高達(dá)1600030000 m2/m3）。因中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，所以料液走管間，滲透液走管內(nèi)，透過液側(cè)流動(dòng)損失大，壓降可達(dá)數(shù)個(gè)大氣壓，膜污染難除去，因此對料液處理要求高。析進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)散液濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞低分子量物離子溶劑分子量1000非對稱性膜離子交換膜電滲析濃電解質(zhì)陽離子交換膜產(chǎn)品（溶劑）陰離子交換膜進(jìn)料極極電化學(xué)勢電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)大分子物質(zhì)離子交換

12、膜氣體分離進(jìn)氣滲透氣滲余氣壓力差100010000kPa濃度差（分壓差）氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透滲透性的氣體或蒸汽難滲透性的氣體或蒸汽均勻膜、復(fù)合膜非對稱性膜過程簡圖推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型滲透汽化進(jìn)料溶劑或溶質(zhì)溶質(zhì)或溶劑分壓差選擇傳遞（物性差異）溶質(zhì)或溶劑（易滲組分的蒸汽）溶劑或溶質(zhì)（難滲組分的液體）均勻膜、復(fù)合膜非對稱性膜液膜（促進(jìn)傳遞）點(diǎn) 外相膜相內(nèi)相化學(xué)反應(yīng)和濃度差反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)（電解質(zhì)離子）溶劑非電解質(zhì)液膜 膜分離技術(shù)的類型 反滲透a 反滲透工作過程滲透壓：如圖1-49所示。當(dāng)純水與鹽水用一張能透過水的半透膜隔開時(shí)，純水則透過膜向鹽水側(cè)滲透，過程的推動(dòng)力是純水和鹽水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。反滲透：隨著水的不斷滲透，鹽水側(cè)水位升高，當(dāng)提高到h時(shí)，鹽水側(cè)的壓力p2與純水側(cè)的壓力p1之差等于滲透壓時(shí)，滲透過程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，宏觀滲透為零。如果在鹽水側(cè)加壓，使鹽水側(cè)與純水側(cè)壓差p2-p1大于滲透壓，則鹽水中的水將通過半透膜流向純水側(cè)，這一過程就是所謂反滲透。半透膜純水 P1鹽水hP1P2滲透壓P1P2P(a)滲透現(xiàn)象 (b)滲透平衡 (c)反滲透圖1-49 反滲透原理五、任務(wù)檢查 個(gè)人先自查后，小組人員互查，由組長與指導(dǎo)老師共同討論決定，根據(jù)小組完成工作任務(wù)的