第6-1章膜分离技术

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1、分离工程第一章绪论第二章单级平衡过程第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第四章特殊精馏与分离过程控制方案第五章分离过程的选择与节能第六章膜分离技术与吸附分离第6章其他分离技术6.1膜分离技术6.2吸附分离6.1膜分离技术6.1.1膜基本知识6.1.2微滤和超滤6.1.3反渗透和纳滤6.1.4渗透汽化和气体分离一、膜分离发展史分类精灵：1861年，Maxwell分类精灵能够区分每一个分子并且不消耗任何能量ABAB膜分离推动力C，P，T，E膜不能实现完全的分离要消耗能量：WGm=Hm-T

2、Sm观察现象渗透：Nollet,1748年电渗析：Reuss,1803年，Porret1816年渗析：Graham1861年关联式扩散：Fick,1855年渗透压：Van’tHoff,1887年电解质传递：Nernst-Planck1889年理论探索渗透压：Einstein1905年膜电位：Henderson,1911年膜平衡：Donnan,1911年反渗透：Sollner,1930年不可逆热力学：Kedem,Katchalsky,1964年传递模型离子膜：Teorell,1937年；Mayer,

3、Sievers，1936年孔模型：Schmid1950年;Meares,1956年溶解－扩散模型：Lonsdale,1965年表6-1膜科学发展里程碑表6-2膜技术的发展膜过程国家年代应用规模微滤德国1920实验室用（细菌过滤器〕小规模超滤德国1930实验室用小规模血液渗析荷兰1950人工肾小规模电渗析美国1955脱盐工业规模反渗透美国1960海水脱盐工业规模超滤美国1960大分子物质浓缩工业规模气体分离美国1979氢回收工业规模膜蒸馏德国1981水溶液浓缩小规模渗透蒸发德国/荷兰1982有机溶液脱

4、水工业规模二、膜分离特点1.优点2.缺点可实现连续分离能耗通常较低可在温和条件下实现分离易于放大膜的性能可以调节不需要填充物易与其它分离过程结合浓差极化和污染较严重膜寿命有限选择性较低放大因子基本是线性的三、膜的定义及分类定义：来源材料形态/结构制造分类：膜是两相之间的选择性屏障对称膜多孔膜均质膜10～200m柱状孔不规则孔不对称膜相转膜复合膜多孔层50～150m称不对称多孔膜带致密皮层的不对称膜致密皮层多孔膜皮层0.1～0.5m不对称膜P10图6-1不对称聚砜超滤膜断面复合膜图6-2反渗透复

5、合膜(PEC1000,Toray)的构造四、膜性能1.分离透过性a.透过通量单位时间通过单位膜面积的物理量。b.分离效率用截留率表示：（R）截留率；表示膜对溶质的截留能力，可用小数或百分数表示。c.分离系数：（）ad.通量衰减系数膜渗透通量随时间减少2.物化稳定性强度、耐温、耐压性等五、分离设备（1）板框式膜具↑↑（2）卷式膜具由四层组成膜盐水中心管多孔支撑材料进料液隔网淡化水流图6-3卷式膜结构示意图（3）管式膜具纤维束管中心分布管透过液浓缩液料液图6-4管式膜结构示意图六、膜过程种类推动力C，

6、P，T，E相1膜相2原料渗透物表6-3膜过程及相应的推动力膜过程相1相2推动力微滤LLP超滤LLP纳滤LLP反渗透LLP加压透析LLP气体分离GGP蒸汽渗透GGP渗透汽化LGP电渗析LLE膜电解LLE透析LLC扩散透析LLC膜接触器LLCGLC/PLGC/P热渗透LLT/P膜蒸馏LLT/P表6-4不同压力推动的膜过程的通量和压力范围膜过程膜结构压力范围bar通量范围L·m-2·h-1·bar-1微滤微孔膜>0.1m0.1~2.0>50超滤微孔膜0.

7、001m<<0.1m1.0~5.010~20纳滤带皮层的不对称膜<0.002m5.0~201.4~12反渗透带皮层的不对称膜<0.002m10~1000.05~1.4图6-5不同膜过程的应用范围七、膜过程的开发思考层次6.1.2微滤、超滤及其应用一、微滤、超滤为的发展历史1918年德国开始研究1921年硝酸纤维素微孔膜制造方法获专利1925年第一个滤膜公司SartoriusGmbH成立1960s超滤走出实验室应用进入工业应用现在……成为应用领域最广，经济价值最大的膜过程。二、基本原理压

8、力驱动的筛孔分离过程图6-7超滤和微滤工作原理示意图三、传质模型Hagen－Poiseuille方程J：通量m3/s;P：压力Pa;x：膜厚m;r：孔半径m;：液体粘度Pa·s;：膜表面的孔隙率；：弯曲因子存在浓差极化和凝胶化现象图6-8边界层中的传质及浓差极化浓差极化的后果：溶质为小分子物质时，降低截留率；溶质为大分子混合物时，提高截留率通量降低对一些大分子溶质，出现凝胶层图6-9浓差极化和凝胶形成四、超滤膜和微滤膜1.超滤膜和微滤膜的比较表6-5超滤膜和