(最新)实验九中空纤维超过滤膜分离

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1、实验九中空纤维超过滤膜分离一、实验目的1.了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程；2.了解膜分离技术的特点；1.培养膜分离的实验操作技能。二、实验原理膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质与溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离法可用于液相和气相。对于液相分离可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其它微粒的水溶液体系。膜分离包括反渗透、超过滤、电渗析、微孔过滤等。膜分离过程具有无相态变化、设备简单、分离效率高、占地面积小、操作方便、能耗少、适应性强等优点。目前，在海水淡化、食品加工工业的浓

2、缩分离、工业超纯水制备、工业废水处理待领域的应用越来越多。超过滤是膜分离技术的一个重要分支，通过实验掌握这项技术具有重要的意义。根据溶解-扩散模型，膜的选择透过性是由于不同组分在膜中的溶解度和扩散系数不同而造成的。若假设组分在膜中的扩散服从Fick定律，则可推出透水速率Fw及溶质透过速率Fs方程。DwcwVM(p)'1.透水速率FA(p)wRT式中：Fw—透水速率，g/cm2·s；D—水在膜中的扩散系数，cm2·s；wcw—水在膜中的浓度，g/cm3；V—水的偏摩尔体积，cm3/mol；MΔp—膜两侧的压力差，atm；Δπ—膜两侧的

3、渗透压差，atm；R—气体常数；T—温度，K；Δ—膜的有效厚度，cm。DcVA′—膜的水渗透系数（www），g/cm2·s·atmRT2.溶质透过速率DKcDK(cc)ssss23FBcB(cc)s23式中，D—溶质在膜中的扩散系数，cm2/s；sKs—溶质在溶液和膜两相中的分配系数；B—溶质渗透系数；Δc—膜两侧的浓度差。有了上述方程，下面建立中空纤维在定态时的宏观方程。料液在管中流动情况如图所示。取假设条件：（1）径向混全均匀；（2）πA=BXA，渗透压正比于摩尔分数；（3）NA«NB,XA3«1，B组分优先透过；（4）DAM

4、/K·δ，同XA1或K无关；UL0（5）peB，忽略轴向混合扩散。E由假设看出，其实质是一维问题，只是侧壁有液体流出的情况，因为关心的是管中组分的浓度分布，只需做出两个质量衡算方程即可求解。由连续性方程：cdivcuPtdcu0(源项)dx(定态)(无混合扩散)和总流率方程：0JAPA(cc)tA113压力项渗透项duV[1r(cc)w13可推出（1）dxh式中，h为装填系数，对于圆管h=R/2，R为管半径。APVWcA1rP由溶质A的连续性方程cAdivcuP'AAtduccV13W可推

5、出（2）dxhu实际工作中更关心的是回收率，1，因此需要将式（1）和式（2）转化为Δ、u0c1的方程。dduhdu[1r(cc)]（3）13dxdxVdxdcducVdcducV13W13Wucuc11dxdxhdxdxhdcdu1u(cc)（4）13dxdxdcccd113cxdx1由流率方程可推出c1与c3的关系，为11cc{1lexp[]}13rc(rc)33D/L式中（5）D/KAMD/KAMVW式（3）、（4）为非线性方程，一般只能在特定条件下求得数值解

6、。但当r=0时，则化为线性微分方程，可求得解析解。附：分光光度计工作原理分光光度计的基本原理是溶液中的物质在光的照射激发下，产生了对光吸收的效应，物质对光的吸收是具有选择性的，各种不同的物质都具有各自的吸收光谱，因此当某色光通过溶液时，其能量就会被吸收而减弱，光能量减弱的强度和物质的浓度有一定的比例关系，也即符合与比色原理—比耳定律。TII0Ilog0KCLIAKCL其中：T投射比I0入射比强度I透射光强度A吸光度K吸收系数L溶液的光经长度C溶液的浓度由以上公式可以看出，当入射光/吸收系数和溶液的光经长度不变时，透射光是根据溶液的浓度而变化的。三、

7、实验设备、流程和仪器1．主要设备：中空纤维超滤组件透过液出口透过液出口中空纤维束料液进口浓缩液出口中空纤维超滤器示意图主要参数：截留分子量，6000过滤面积，2m2适宜流量，400~600ml/min2．实验流程本实验将料液—聚乙烯醇水溶液（PVA）—浓缩，料液经泵输送经过滤器，然后从下部进入膜组件。将料液分为：（1）透过液—透过膜的稀溶液，该液由流量计计量后入贮罐；（2）浓缩液—未透过膜的PVA溶液（浓度高于料液）。浓缩液经转子流量计计量后回料液贮槽。流程中，漏斗为膜组件加保护液（5%甲醛溶液）用；贮罐为放出保护液的接收容器；过滤器—聚丙烯酰胺蜂房式过

8、滤器，精度为<5μ，作用是拦截料液中的不溶性杂质，以保护膜不受阻塞。3．主要仪器