分离工程_朱家文_第五章膜分离技术

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1、第七节复杂精馏塔的计算分离工程华东理工大学化工学院分离工程教学组2007年11月分离工程第五章膜分离技术目录5.1前言5.2膜与膜分离技术的分类5.3膜分离过程5.4膜制备技术5.5与传统反应和分离技术的结合5.6膜与膜工程技术的工业应用5.7展望所有分离过程都是利用在某种环境中混合物中各组分性质的差异进行分离。常规的分离过程如精馏、吸收、萃取等，借助于热能、溶剂和吸附剂等媒介，使均相混合物变成两相，原料中各组分在两相间选择性分配；对分离过程进行工艺计算时，可以简化为一个个的平衡理论级来考虑，分离效果由相平衡关系决定。——平衡分离过程5.1前言而膜分离过程（主要是固膜分离）是以

2、选择性透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力，利用原料侧各组分透过膜的扩散速率的差异，从而达到混合物分离的过程；分离效果的好坏，由各组分通过膜的速率快慢来决定。——速率分离过程推动力：P,C或通过膜相际有3种基本的传质形式：（1）被动传递通过膜相际的组分均以化学势梯度为推动力，可以是膜两侧的压力差、浓度差、温度差或电势差。（2）促进传递通过膜的组分仍以化学势梯度为推动力，各组分由特定的载体带入膜中。促进传递是一种高选择性的被动传递（3）主动传递与前二者不同，各组分可以逆化学势梯度而传递，其推动力由膜内某种化学反应提供，这类现象主要存在于生命膜不同的膜分离过程中所用的膜具

3、有一定结构、材质和选择特性；被膜隔开的两相可以是液态，也可以是气态；推动力可以是压力梯度、浓度梯度、电位梯度或温度梯度，所以不同的膜分离过程的分离体系和适用范围也不同。本章，主要简述反渗透、纳滤、超滤、微滤、透析、电渗析、载体促进传递、渗透汽化、膜精馏、膜萃取和气体分离等膜分离过程。膜分离技术的发展历史膜分离过程国家年份应用微滤德国1920实验室规模超滤德国1930实验室规模血液渗析荷兰1950人工肾(实验室规模)电渗析美国1955脱盐(工业规模)反渗透美国1960海水淡化(工业规模)超滤美国1960大分子浓缩(工业规模)气体分离美国1979氢气回收(工业规模)膜蒸馏德国198

4、1水溶液浓缩(工业规模)渗透汽化德国/荷兰1982有机溶剂脱水(工业规模)美国膜与膜组件的实际销售额与预测额单位:百万美元2000年，美国膜产品的销售额总计14.62亿US$；世界范围内100亿US$，而国内销售额仅占0.5%左右。膜分离过程及其应用领域几种典型溶质分子大小和对应的膜各种膜分离过程的分离机理膜过程相1*2推动力分离机理渗透物截留物膜结构微滤LL压力差(0.01-0.2MPa)筛分水、溶剂溶解物悬浮物、颗粒、纤维和细菌(0.01-10m)对称和不对称多孔膜超滤LL压力差(0.1-0.5MPa)筛分水、溶剂、离子和小分子(分子量1000)生化制品、胶体和大分子(

5、分子量1000-300000)具有皮层的多孔膜纳滤LL压力差(0.5-2.0MPa)筛分+溶解/扩散水和溶剂(分子量200)溶质、二价盐、糖和染料(分子量200-1000)致密不对称膜和复合膜反渗透LL压力差(1.0-10.0MPa)溶解/扩散水和溶剂全部悬浮物、溶质和盐致密不对称膜和复合膜电渗析LL电位差离子交换电解离子非解离和大分子物质离子交换膜渗析LL浓度差扩散离子、低分子量有机质、酸和碱分子量大于1000的溶解物和悬浮物不对称膜和离子交换膜渗透蒸发LG分压差溶解/扩散溶质或溶剂(易渗透组份的蒸汽)溶质或溶剂(难渗透组份的液体)复合膜和均质膜膜蒸馏LL温度差气-液平衡溶

6、质或溶剂(易汽化与渗透的组份)溶质或溶剂(难汽化与渗透的组份)多孔膜气体分离GG压力差(1.0-10.0MPa)(分压差)溶解/扩散易渗透的气体和蒸汽难渗透的气体和蒸汽复合膜和均质膜液膜LL化学反应与浓度差反应促进和扩散传递电解质离子非电解质离子载体膜膜接触器LLGLLG浓度差浓度差(分压差)浓度差(分压差)分配系数易扩散与渗透的物质难扩散与渗透的物质多孔膜和无孔膜5.2膜与膜分离技术的分类膜的微观结构（固膜）：对称膜不对称膜复合膜多层复合膜按膜凝聚态分类膜材料的分类天然高分子材料：主要是纤维素的衍生物，有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维等。醋酸纤维：截留能力强，反渗透膜，也

7、可作微滤膜和超滤膜，使用时的温度和pH值受到限制，温度低于45～50℃，pH3～8。合成高分子材料：市场上大部分膜为合成高分子膜，种类很多，如聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。聚砜是最常用的材料之一，主要用于超滤膜，耐温(70～80℃)、耐pH变化(pH1～13)，但耐压能力较低.聚酰胺膜的耐压能力较高，使用寿命长，常用于反渗透。无机材料：主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。机械强度高，耐高温和腐蚀；加工不易，成本比有机膜高十倍以上。有机材料纤维素类二醋酸纤维素、醋酸