水的膜分离技术ppt课件.ppt

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1、第十章膜法第一节概论第二节电渗析第三节反渗透第四节超滤第一节概述膜分离法是在某种推动力作用下，利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术.膜分离技术有以下共同特点：①不发生相变，能量转化效率高；②在常温下进行；③装置简单，操作容易，分离效率高。在直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从水中分离出来的过程。第二节电渗析一、电渗析原理和工作过程1.原理C——阳膜A——阴膜阳极：Cl-→Cl2↑+2e阴极：2H++2e→H2↑（氧化反应）：4OH-→O2↑+2H2

2、O+4e（还原反应）：图9-1电渗析工作原理图Cl-Na+2.工作过程主要过程：离子电迁移和电极反应次要过程（1）反离子的迁移（2）电解质浓差扩散（3）水的渗透（4）水的电渗透（5）水的压渗（6）水的电离海水淡化电渗析法示意图二、离子交换膜1、离子交换膜的分类2、离子交换膜性能3、离子交换膜选择透过性机理1、离子交换膜的分类（1）按膜体结构分类a．异相膜b．半均相膜c．均相膜（2）按活性基团分类a．阳离子交换膜b.阴离子交换膜c．特种膜（3）按材料性质分类a.有机离子交换膜b.无机离子交换膜二、离子交换膜离子交换膜电渗析器2、离子交换膜的性能（1）交换容

3、量一定量膜样品中所含活性基团数，通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交换离子的毫克当量数表示。（2）含水量湿膜中所含水的百分数。一般为30％～50％。（3）破裂强度衡量膜机械强度的重要指标之一。（4）厚度膜厚度与膜电阻和机械强度有关。一般异相膜约1mm，均相膜0.2～0.6mm，最薄的为0.015mm。（6）选择透过性膜中离子的选择透过性可用选择透过率来表示。阳膜对阳离子的选择透过性阴膜对阴离子的选择透过性（5）导电性可用电阻率、电导率或面电阻来表示，面电阻表示单位膜面积的电阻（Ω·cm-2）。3离子交换膜的选择性透过机理（1）双电层理论（2）Do

4、nnan膜平衡理论三、电渗析器的构造1.构造膜堆：一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排列组成最基本的脱盐单元，称为膜对。电极之间若干膜对组成膜堆。极区：电极、极框、电极托板、橡胶垫板。紧固装置：压杆、螺杆紧固。配套设备：整流器、水泵、转子流量计等。(1)离子交换膜（组装前对膜的处理）首先将膜放在操作溶液中浸泡24～48小时，使之与膜外溶液平衡，然后剪裁打孔。膜的尺寸大小比隔板周边小1mm，应比隔板水孔大1mm。电渗析停运时，应在电渗析器中充满溶液，以防膜发霉变质，或膜因干燥收缩变形甚至破裂。（2）隔板（放在阳、阴膜之间）作用①膜的支撑体；②水流通道。隔板上有

5、进出水孔、配水槽及过水道，其结构如图。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式的隔网。(3)电极常用铅板或石墨作阳极，不锈钢作阴极。(4)夹紧装置作用是把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体。可采用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。2电渗析器的组成将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就构成了电渗析器。电渗析器的组装方式有几种，如图所示。四、电渗析的操作控制电能消耗分析电流密度控制1.浓差极化2.极限电流密度流速与压力确定1、电能消耗分析电渗析过程，主要消耗的是电能，因此，耗电量的大小，不但直接地影响

6、到处理成本，也在一定程度上反映了操作技术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算：(kWh/m3)式中V——工作电压，V；I——工作电流，A；Qd——淡水产量，m3／h。电渗析器的工作电压V可分解为下式中的几个部分：2电流密度控制（1）浓差极化在电渗析操作中，如采用的电流密度过大，会产生浓差极化现象，如图所示。（2）极限电流密度发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。理论值：式中ilim—极限电流密度，A/cm2；c—淡水室溶液中的离子浓度，mmol/L；δ——扩散边界层厚度，cm；D——离子扩散系数，cm2/s；F——法拉第常数，F＝96500

7、C/mol。对于扩散层厚度δ，威尔逊(Wilson1960)提出如下计算式：式中v——淡水室中水流线速度，cm/s；K’——试验常数；d——淡水室(隔板)厚度，cm。将式(9-7)代入式(9-6)中，并令得此式常被称为威尔逊公式。水力特性系数3.流速与压力的确定电渗析器都有自身的额定流量，流量过大进水压力过高，设备容易产生漏水和变形。流量过小时，达不到正常流速，水流不均匀，容易极化结垢，都会影响电渗析器的正常运行。目前一般水流速度控制在5～25cm/s，进水压力一般不超过O.3MPa。五电渗析除盐的设计计算1．设计计算步骤①确定电渗析在临界极化状态下所需

8、要的极限流程长度Llim。以此为依据，确定电渗析器的工作状况。②选定隔板形式，确