化工单元操作 教学课件 作者 何灏彦 禹练英 谭平 主编模块十一 新型分离方法.ppt

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1、模块十一膜分离一、膜分离过程定义：以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。膜类型：固相、液相、气相推动力：压力差、浓度差、电位差、温度差等。任务一认知膜分离技术二、膜分离特点与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：（1）高效分离过程，可以实现高纯度的分离；（2）大多数不发生相变化，因此能耗较低；（3）通常在常温进行，特别适合处理热敏性物料；（4）设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作、维护都十分方便。三

2、、膜材料及分类1.按材料分：高分子聚合物膜纤维素类、聚砜类、聚酰胺类、聚酯类、含氟高聚物等。无机分离膜陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分子筛炭膜等。2.按膜形态结构分：对称膜非对称膜四、分离膜性能（一）透过性能基本条件：能够使被分离的混合物有选择的透过表征参数：透过速率，指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量。与膜材料的化学特性和分离膜的形态结构有关，随操作推动力的增加而增大。此参数直接决定分离设备的大小。（二）分离性能分离能力：膜分离过程得以实现的前提表示方法：截留率/超滤和

3、纳滤/、截留分子量、分离因数与膜材料的化学特性和分离膜的形态结构有关，同时也与膜分离过程的一些操作条件有关。任务二认知膜分离装置与工艺一、膜组件（一）板框式膜组件（二）螺旋卷式膜组件（三）管式膜组件（四）中空纤维膜组件二、膜分离装置的操作流程下面是几种反渗透过程工艺流程⑴一级一段连续式料液一次通过膜组件即为浓缩液而排出⑵一级一段循环式部分浓缩液返回进料贮槽与原有的进料液混合后，再次通过膜组件进行分离。⑶一级多段连续式如下图所示将第一段浓缩液作为第二段进料液，再把第二段浓缩液作为下一段进料液，而各段透过液连

4、续排出。该方式透过液回收率高，浓缩液量较少，但溶质浓度较高。三、膜分离装置的操作工艺（一）浓差极化及减弱措施1.浓差极化现象溶剂从高压侧透过膜到低压侧，溶质则大部分被膜截留，积累在膜高压侧表面，造成膜表面到主体溶液间的浓度梯度，促使溶质从膜表面通过边界层向主体溶液扩散，此种现象即为浓差极化，如下图所示。由于浓差极化的存在，将可能出现下列不良影响：（1）膜表面渗透压的升高将导致溶剂通量的下降；（2）溶质通过膜的通量上升；（3）若溶质在膜表面的浓度超过其溶解度可形成沉淀并堵塞膜孔和减少溶剂的通量；（4）出现膜

5、污染，导致膜分离性能的改变；严重时，膜透水性能大幅度下降，甚至完全消失。2.浓差极化的减弱措施（1）降低压力（2）降低溶质在料液中的浓度（3）在生产中控制回收率（4）流体流型和流程的安排（5）升温法（6）搅拌法（7）装设湍流促进器（8）脉冲法（9）流化床法和两相流法（10）反冲法（二）膜污染与防止膜污染：料液中的溶质分子由于与膜存在物理化学或机械作用而引起的在膜表面或孔内吸附、沉积而造成的膜孔径的变小及堵塞，从而引起膜分离特性不可逆变化的现象。1.料液的预处理（1）主要目的①去除超量的浊度和悬浮固体、胶体

6、物质。②调节并控制进料液电导率、总含盐量、pH值和温度。③抑制或控制化合物形成，防止它们沉淀堵塞水的通道或在膜表面形成涂层。④防止粒子物质和微生物对膜及组件的污染。⑤去除乳化油和未乳化油以及类似的有机物质。（2）预处理的方法①一般采用絮凝、沉淀、过滤生物处理法去除进料液中的浊度和悬浮固体②用氯、紫外线或臭氧杀菌，以防止微生物、细菌侵蚀。③加六偏磷酸钠或酸，防止钙、镁离子结垢。④严格控制pH值和余氯，以防止膜的水解。⑤控制水温。⑥注意控制进料流速和进水电导率，因为它们对脱盐率有影响。2.膜的清洗（1）物理方

7、法①水清洗②反冲洗③气洗(2)化学方法①酸碱清洗②表面活性剂③氧化剂④酶清洗任务三典型膜分离过程及应用一、反渗透优点：过程无相变，不需加热，工艺过程简单，能耗低，操作和控制容易，应用范围广泛。主要应用领域：海水和苦咸水的淡化，纯水和超纯水制备，工业用水处理，饮用水净化，医药、化工和食品等工业料液的处理和浓缩，以及废水处理等。二、超滤与微滤超滤：适用于大分子溶液的分离与浓缩，在食品、医药、工业废水处理、超纯水制备及生物技术工业，包括牛奶的浓缩、果汁的澄清、各种酶的提取等广泛应用。微滤：主要用于细菌、微粒的去

8、除，在饮料和制药产品的除菌和净化，超纯水制备过程中颗粒的去除，生物技术领域发酵液中生物制品的浓缩与分离等广泛应用。三、应用实例（一）超纯水及纯净水的生产（二）食品工业中的应用该法与传统工艺比，可大量节约能量，乳清蛋白质量明显提高，而且同时还能获得多种乳制品。（三）含油废水的处理