其它分离技术和分离过程的选择

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1、第七章其它分离技术和分离过程的选择7.1膜分离技术7.2吸附分离7.3反应精馏7.4分离过程的选择7.1膜分离技术1、膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，因溶液中各组分透过膜的迁移速率不同而实现分离的一种技术。2、膜分离技术的类型和定义膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类：（1）微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.

2、025~14μm之间；（2）超滤：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；（3）反渗透：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；（4）纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm（5）电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或

3、富集电解质的膜分离操作；膜分离具有分离温度低，无相变，能耗低等特点。常见膜分离过程见P205表7-17.1.1分离用膜和膜分离设备一、膜的种类1、膜的定义在一种流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体被膜分开的流体相物质是液体或气体膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜。2、膜的分类按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料

4、膜分离系数通量衰减系数m截留率R3、对膜材料的特性的要求对于不同种类的膜都有一个基本要求：（1）耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般膜分离操作的压力范围在0.1~0.5MPa反渗透膜的压力更高，约为1~10MPa（2）耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要（3）耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解；（4）化学相容性：保持膜的稳定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的变性；（6）成本低；4、各种膜材料有机高分子膜：纤维素酯膜、缩合系聚合物（聚砜类）、聚烯烃及其共聚物、脂肪族或

5、芳香族聚酰胺类聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；无机多孔膜：陶瓷膜二、膜分离设备共同的特点尽可能大的膜表面积可靠的支撑装置可引出透过液膜表面浓度差极化达到最小1、板框式膜器特点：过滤板相对独立、过滤面积大、结构紧凑、便于清洗，检修和换膜。但耐受压力低，适于超滤单元操作2、卷式膜器特点：膜面积大、湍流情况良好、适用于反渗透3、管式膜器特点：无需支撑物，可耐受高压，设备结构得到简化可用于反渗透、超滤、微滤7.1.2反渗透（RO)一、基本原理反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂而截留离子

6、物质的的性质，对溶液施加压力克服溶剂渗透压，使溶剂从溶液中透过反渗透膜而分离出来的过程。1、渗透渗透是由于化学位存在梯度而引起的自发扩散现象。溶液中水的化学势纯水的化学势纯水的a＝1,溶液中水的活度a<1,即RTlna<0则其结果是水从纯水一侧透过半透膜向溶液侧渗透，使后者的液位抬高,直至溶液液柱升至一定高度H并保持不变，两侧静压差即等于纯水和盐溶液之间的渗透压π。如果在溶液一侧施加一压力，外界力做功使溶液中水的化学势升高，则纯水通过膜的渗透就会逐渐减小，当压力为P2时，渗透最终停止，此时的压力差就是

7、溶液的渗透压。当时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。实际反渗透过程，透过液中多少含有一些溶质，其推动力为：反渗透因只是纯溶剂通过膜，而低分子量的化合物被截留。操作压差大，一般为2～10MPa。二、反渗透过程的机理与传质方程的渗透压反渗透膜孔径远大于所截留粒子的直径，因此筛分作用无法解释反渗透机理，目前已提出孔模型、溶解扩散模型和优先吸附－毛细孔流动模型等多种机理。多孔膜多孔膜2tt溶液主体界面上膜的临界孔径优先吸附－毛细孔流动模型膜由醋酸纤维素等亲水性的高分子材料制成。水优先吸附于

8、膜表面形成厚度t=1nm的纯水层。当膜表面的有效孔径≤2t时，透过的将是纯水，膜表面的有效孔径>2t时，溶质将透过膜。膜上毛细孔径＝2t时得到最大的纯水渗透量，此孔径称为临界孔径。膜表面的物理化学性质和合适的孔径为实现反渗透的必要条件。通过膜的渗透量：溶质渗透量若xMAi和xMA2分别与溶液浓度xAi和xA2呈线性平衡关系。三、浓差极化在反渗透过程中，因膜的选择性透过，溶剂从高压侧透过膜到低压侧，溶质则大部分被拦截积累在膜高压侧表面上溶质的“聚集浓缩作用