膜分離設(shè)備(共62張PPT)

膜分離設(shè)備第一頁，共62頁。一、膜分離的基本原理1、什么是膜分離膜分離（MembraneSeparation）是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)一定推動力的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過膜，從而使混合物得以分離，以達到提純、濃縮等目的的分離過程。第二頁，共62頁。2、膜分離的推動力（1）借助外界能量，物質(zhì)發(fā)生由低位到高位的流動；（2）借助本身的化學(xué)位差，物質(zhì)發(fā)生由高位到低位的流動。第三頁，共62頁。3、膜分離方法（1）壓力推動反滲透、納濾、超濾、微濾均為壓力推動的膜過程，即在壓力的作用下，溶劑及小分子通過膜，而鹽、大分子、微粒等被截留，其截留程度取決于膜結(jié)構(gòu)。第四頁，共62頁。第五頁，共62頁?！礉B透膜幾乎無孔，可以截留大多數(shù)溶質(zhì)（包括離子）而使溶劑通過，操作壓力較高，一般為2～10MPa；——納濾膜孔徑為2～5nm，能截留部分離子及有機物，操作壓力為0.7～3MPa；——超濾膜孔徑為2～20nm，能截留小膠體粒子、大分子物質(zhì)，操作壓力為0.1～1MPa；——微濾膜孔徑為0.05～10μm，能截留膠體顆粒、微生物及懸浮粒子，操作壓力為0.05～0.5MPa。第六頁，共62頁。第七頁，共62頁。（2）其他推動力——電滲析采用帶電的離子交換膜，在電場作用下膜能允許陰、陽離子通過，可用于溶液去除離子?！獨怏w分離是依據(jù)混合氣體中各組分在膜中滲透性的差異而實現(xiàn)的膜分離過程?！獫B透汽化是在膜兩側(cè)濃度差的作用下，原料液中的易滲透組分通過膜并汽化，從而使原液體混合物得以分離的膜過程。第八頁，共62頁。膜分離法傳質(zhì)推動力分離原理應(yīng)用舉例微濾（MF）壓差0.05～0.5篩分除菌，回收菌，分離病毒超濾壓差0.1～1.0篩分蛋白質(zhì)、多肽和多糖的回收和濃縮反滲透壓差1.0～10篩分鹽、氨基酸、糖的濃縮、淡水制造滲析濃差篩分脫鹽，除變性劑電滲析電位差電荷、篩分脫鹽，氨基酸和有機酸分離滲透氣化壓差、溫差溶質(zhì)與膜的親和作用有機溶劑與水的分離，共沸物的分離各種膜分離法的原理和應(yīng)用范圍第九頁，共62頁。二、膜材料及分類1、常用膜材料有機高聚物膜：纖維素類、聚砜類、聚酰胺類、聚酯類、含氟高聚物、聚烯烴等無機分離膜：陶瓷膜、玻璃膜、金屬膜和分子篩炭膜等第十頁，共62頁。2、膜的種類（1）對稱膜：又稱為均質(zhì)膜，是一種均勻的薄膜，膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)完全相同。包括致密的無孔膜和對稱的多孔膜兩種?！獋髻|(zhì)阻力由膜的總厚度決定，降低膜的厚度可以提高透過速率。第十一頁，共62頁。（2）非對稱膜：橫斷面具有不對稱結(jié)構(gòu)。包括一體化非對稱膜和復(fù)合膜兩類。——分離效能主要或完全由很薄的皮層決定，傳質(zhì)阻力小，其透過速率較對稱膜高得多。第十二頁，共62頁。醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖第十三頁，共62頁。三、膜分離的特點（1）膜分離是一個高效分離過程，可以實現(xiàn)高純度的分離；（2）大多數(shù)膜分離過程不發(fā)生相變化，因此能耗較低；（3）膜分離通常在常溫下進行，特別適合處理熱敏性物料；（4）膜分離設(shè)備本身沒有運動的部件，可靠性高，操作、維護都十分方便；（5）處理能力和規(guī)模選擇性強；（6）體積小，占地少。

第十四頁，共62頁。第2節(jié)膜分離裝置一、膜分離系統(tǒng)組成1、膜分離系統(tǒng)的構(gòu)成膜器件、泵、過濾器、閥、儀表、管路等2、常用膜器件的類型板框式、圓管式、螺旋卷式、中空纖維式、毛細管式第十五頁，共62頁。第十六頁，共62頁。二、常用的膜器件（一）板框式膜器件1、基本部件平板膜、支撐盤、間隔盤。三種部件相互交替、重疊、壓緊。第十七頁，共62頁。2、特點①組裝比較簡單，可以簡單地增加膜的層數(shù)以提高處理量；②操作比較方便。③板框式膜組件組裝零件太多；裝填密度低；膜的機械強度要求較高。3、應(yīng)用超濾（UF）、微濾（MF）、反滲透（RO）、電滲析（ED）第十八頁，共62頁。4、板框式反滲透膜組件季緊螺栓型-裝配圖第十九頁，共62頁。（1）結(jié)構(gòu)單元承壓板、多孔支撐板、濾膜組成濾板（2）結(jié)構(gòu)形式多層濾板堆疊，經(jīng)密封后，由季緊螺栓固定。第二十頁，共62頁。進水透過水濃縮水耐壓容器透水板半透膜（3）工作過程第二十一頁，共62頁。板式超濾膜裝置第二十二頁，共62頁。（二）圓管式膜器件1、基本部件管狀膜、圓筒形支撐體、管束板、不銹鋼外殼、端部密封2、特點①流動狀態(tài)好，流速易控制；②結(jié)構(gòu)簡單，容易清洗，安裝、操作方便；③裝填密度較小，單位體積內(nèi)有效膜面積?。虎苣透邏?，無死角，適宜于處理高黏度及固體含量較高的料液，比其他形式應(yīng)用更為廣泛。第二十三頁，共62頁。3、類型與結(jié)構(gòu)管式膜組件又分為內(nèi)壓型和外壓型兩種。內(nèi)壓型有單管式和管束式兩種。第二十四頁，共62頁。第二十五頁，共62頁。第二十六頁，共62頁。第二十七頁，共62頁。（三）螺旋卷式膜器件1、基本部件膜、多孔支撐層、原料水隔網(wǎng)、多孔中心管構(gòu)成：兩層膜三邊封口，構(gòu)成信封狀膜袋，膜袋內(nèi)填充多孔支撐層，一層膜袋襯一層隔網(wǎng)，從膜袋開口端開始繞多孔中心管卷繞而形成螺旋卷式膜器件。第二十八頁，共62頁。第二十九頁，共62頁。密封密封密封螺旋卷式膜組件一個膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層第三十頁，共62頁。第三十一頁，共62頁。2、特點①結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度高②制作簡單，安裝、操作方便③適合低流速、低壓下操作④制作工藝復(fù)雜，膜清洗困難第三十二頁，共62頁。3、工作過程原料從端部進入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動，而透過物進入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動，最后匯集在中心收集管中再排出，濃液則從組件另一端排出。第三十三頁，共62頁。進水口耐壓容器連接器膜組件密封圈端蓋透過液濃縮液4、膜組件的結(jié)構(gòu)與組裝第三十四頁，共62頁。第三十五頁，共62頁。第三十六頁，共62頁。（四）中空纖維式膜器件1、基本構(gòu)成（1）中空纖維膜將膜材料制成外徑為80～400μm、內(nèi)徑為40～100μm的空心管，即為中空纖維膜。（2）中空纖維膜組件將大量的中空纖維一端封死，另一端用環(huán)氧樹脂澆注成管板，裝在圓筒形壓力容器中，就構(gòu)成了中空纖維膜組件。第三十七頁，共62頁。第三十八頁，共62頁。2、特點①結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度很高；②清洗困難；③中空纖維膜一旦損壞無法維修，只能更換膜組件；④液體在管內(nèi)流動時阻力很大，易阻塞。第三十九頁，共62頁。3、工作過程（1）內(nèi)壓式料液從空心纖維管內(nèi)流過，透過液經(jīng)纖維管膜流出管外，這是常用的操作方式。（2）外壓式料液從一端經(jīng)分布管在纖維管外流動，透過液則從纖維膜管內(nèi)流出。第四十頁，共62頁。第四十一頁，共62頁。4、中空纖維膜設(shè)備操作（1）操作過程過濾、濃縮→反洗→清洗→正洗（2）操作注意事項中空纖維組件必須在濕態(tài)下使用與保存。長期停用時，用0.5%甲醛或次氯酸鈉水溶液保存。第四十二頁，共62頁。第四十三頁，共62頁。壓差大，通量大，能耗大;（1）操作壓差(推動力)蛋白質(zhì)、多肽和多糖的回收和濃縮（2）廢水處理，回收有用的物質(zhì)（2）非對稱膜：橫斷面具有不對稱結(jié)構(gòu)。第三十二頁，共62頁。①改變流向、提高流速；管式膜組件又分為內(nèi)壓型和外壓型兩種。增加段數(shù)就等于增加脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增加膜對數(shù)，可提高水處理量。第三十八頁，共62頁。（2）非對稱膜：橫斷面具有不對稱結(jié)構(gòu)。膜:非對稱性膜,表面活性層孔徑1~20nm微孔,能截留分子量500以上大分子或膠體微粒。（4）膜分離設(shè)備本身沒有運動的部件，可靠性高，操作、維4、膜組件的結(jié)構(gòu)與組裝第四十三頁，共62頁。三、電滲析器（一）電滲析原理和特點1、電滲析的基本原理電滲析是在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。從而實現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的一種膜過程。第四十四頁，共62頁。離子交換膜的選擇透過性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團的作用。膜上的孔隙容許離子進出和通過。膜上的離子基團容許電性相反的離子通過。第四十五頁，共62頁。2、電滲析法的特點（1）耗電能與鹽溶液的濃度成正比，不適合與濃溶液（2）不能除去不帶電荷的雜質(zhì)第四十六頁，共62頁。（二）電滲析器的結(jié)構(gòu)1、構(gòu)造電滲析器由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三部分構(gòu)成。（1）膜堆膜堆是由相當(dāng)數(shù)量的膜對組裝而成的。膜對：是由一張陽離子交換膜，一張隔板甲（或乙）；一張陰膜，一張隔板乙（或甲）組成。第四十七頁，共62頁。（2）極區(qū)包括電極、極框和導(dǎo)水板。（3）壓緊裝置壓緊裝置是用來壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件形成一個整體，不致漏水。第四十八頁，共62頁。2、組裝方式電滲析器的組裝是用“級”和“段”來表示，一對電極之間的膜堆稱為“一級”。水流同向的每一個膜堆稱為“一段”。增加段數(shù)就等于增加脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增加膜對數(shù)，可提高水處理量。一般有以下幾種組裝形式：一級一段；一級多段；多級一段；多級多段。第四十九頁，共62頁。（三）電滲析工藝流程第五十頁，共62頁。第五十一頁，共62頁。（四）應(yīng)用生產(chǎn)制藥工藝用水第五十二頁，共62頁。第3節(jié)超濾與微濾1、超濾過程膜:非對稱性膜,表面活性層孔徑1~20nm微孔,能截留分子量500以上大分子或膠體微粒。原理:原料液在壓差作用下，小分子物質(zhì)與小分子量物質(zhì)透過膜上微孔，流到低壓側(cè)，大分子物質(zhì)被截留。機理:篩分第五十三頁，共62頁。2、微濾過程(微孔過濾)6的高分子原理:原料液在壓差作用下，小分子物質(zhì)與小分子量物質(zhì)透過膜上微孔，流到低壓側(cè)，懸浮微粒和分子膠體被截留。機理:篩分第五十四頁，共62頁。3、濃差極化（1）概念

膜傳質(zhì)過程中，靠近膜表面的邊界層處會存在濃度梯度或分壓差，對于給定的主體流體濃度，邊界層阻力的存在降低了膜分離的傳質(zhì)推動力，滲透物的通量也降低。由于傳質(zhì)阻力而引起邊界層組分濃度的增加或降低的現(xiàn)象被稱為濃差極化。第五十五頁，共62頁。（2）濃差極化對膜分離過程的不利影響①引起滲透壓的增大，減小傳質(zhì)推動力；②增加透過阻力；③改變膜的分離特性；④惡化膜的性能；⑤嚴重的濃差極化導(dǎo)致結(jié)晶析出，阻塞流道，運行惡化。第五十六頁，共62頁。（3）減輕濃差極化的方法①改變流向、提高流速；②設(shè)置湍流促進器；③脈沖加料法；④攪拌法；⑤適當(dāng)提高原料側(cè)溫度。第五十七頁，共62頁。4、切向流概念：料液流向與膜平面平行。第五十八頁，共62頁。第五十九頁，共62頁。5、超濾的影響因數(shù)（1）操作壓