《反渗透过程》PPT课件.ppt

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1、第四章反渗透过程反渗透(ReverseOsmosis)是最早工业化的膜分离过程之一，在压力的推动下，液体混合物中的溶剂(如水)和溶质以不同的速率透过膜，在膜的透过侧得到比较纯净的溶剂，而在膜的进料侧得到浓缩的进料溶液。反渗透同其它分离方法相比的优点:不发生相变；设备简单；占地少能耗低等。从海水、苦咸水的脱盐开始的，现在又有许多新的应用，如食品、医药工业中的浓缩，超纯水的制造，锅炉水的软化，城市污水处理及对微生物、细菌和病毒进行控制等。反渗透的基本原理反渗透过程的主要性能参数反渗透过程的膜与膜组件浓差(度)极化膜的污染反渗透过程的基本流程反渗透过程

2、的应用及经济性反渗透过程的研究方向4.1反渗透的基本原理渗透、渗透压与反渗透的概念渗透压的计算反渗透发生的条件描述反渗透过程的机理模型4.1.1渗透、渗透压与反渗透的概念用一张只能透过溶剂而不能透过溶质的理想膜将容器分成两部分，在膜的两侧分别注入纯溶剂和溶有溶质的溶液，当两侧具有同样的高度时，如图4-1(a)，溶剂侧中的溶剂将自发地穿过膜流入溶液一侧，这种现象叫渗透(osmosis)。随着溶剂不断地流入，溶液侧的液面将不断升高，最后当两侧液面差为H时，溶剂将停止透过膜，体系处于平衡状态，如图4-1(b)，H高度溶液所产生的压头，称为该溶液的渗透压

3、π，π=ρgH。若在(a)容器的溶液上方加一个压力p，且p>π，如图4-1(c)，则溶液中的溶剂透过膜向纯溶剂侧流动，这一现象称之为反渗透(ReverseOsmosis)，亦称为高滤。(hyperfiltration)。4.1.2渗透压的计算渗透压是溶液的物理性质之一，只与溶液的种类、浓度、温度等参数有关，而与膜无关。理想溶液真实溶液理想溶液理想溶液的渗透压可以根据Van‘tHoff公式计算式中:i—VantHoff系数，当电解质完全解离时，其值等于单位摩尔浓度溶液中解离的阴阳离子的总摩尔浓度；Cs—溶液中溶质的摩尔浓度，mol/L；T—绝对温度

4、，K；(atm)(4-1)如求25℃，浓度为0.1mol/L的NaCl溶液的渗透压时，因NaCl完全电离，则i=2.0所以：π=0.08206×2×0.1×298=4.89(atm)对于同样重量浓度的溶液，大分子量的高分子溶液要比盐之类小分子量溶液的渗透压小得多。用反渗透进行浓缩时，小分子量溶液的浓缩浓度一般不超过15%，大分子量溶液不超过20%，以免产生过高的渗透压。真实溶液计算真实溶液的渗透压，常用方法:渗透系数法凝固点下降法简化法渗透系数法引入渗透系数φ以校正真实溶液的非理想性，在文献中可查到各种溶质的φ值:(4-2)凝固点下降法式中:ΔT

5、f=Tf*-Tf，凝固点下降Tf*--纯溶剂凝固点浓度Tf--溶液的凝固点浓度Δhf--融化潜热VB--溶剂的偏摩尔体积可以由凝固点下降求得渗透压:(4-3)简化法为了方便起见，常将式(4-2)简化成如下形式:π=BXA(4-4)式中:XA--溶质的摩尔分数；B--比例常数，表4-1中列出一些常见的溶质--水体系的B值。表4-1某些溶质-水体系的B值溶质B×10-3atm/mol分数，25℃溶质B×10-3atm/mol分数，25℃尿素1.33K2SO4*3.02甘油1.39NaNO32.44砂糖1.40NaCl2.52CuSO4*1.39Na2

6、SO4*3.03MgSO4*1.54Ca(NO3)23.36NH4Cl2.45CaCl23.63LiCl2.55BaCl23.48LiNO32.55Mg(NO3)23.60KNO32.34MgCl23.65KNO32.48*硫酸盐与其它盐不同，其B值随浓度的增高而减小4.1.3反渗透发生的条件用一张选择透过溶剂的膜，将容器分成两部分，分别注入同种不同浓度的溶液，则会发生平衡、渗透和反渗透三种情况。1.当膜两侧的静压差等于渗透压差时，膜两侧的化学位相等，则系统处于平衡状态，如图4-2(a)、(c)。2.当膜两侧的静压差小于渗透压差时，稀溶液一侧的化

7、学位高，则溶剂将从稀溶液侧透过膜进入浓溶液侧，即发生渗透，如图4-2(b)。3.当膜两侧的静压差大于渗透压差时，如图4-2(d)，浓溶液的化学位高，则溶剂将从浓溶液侧透过膜进入稀溶液侧，这就发生反渗透。从上面的说明可知反渗透过程必须满足二个条件：一是有选择透过性的膜；二是操作压力差必须高于溶液的渗透压差。4.1.4描述反渗透过程的机理模型反渗透过程主要应用于从海水或苦咸水中脱盐制淡水，理想的脱盐反渗透膜应该是不妨碍水的透过，而溶解的盐完全不能透过。但实际上，水和盐均能透过膜，只不过是透过的速度不同而已。有许多模型来描述反渗透过程，主要可以分三类：

8、微孔类模型溶解—扩散理论孔隙开闭学说微孔类模型氢键理论筛分效应学说优先选择吸附—毛细孔流机制氢键理论氢键理论亦称孔穴式与有序式扩散(ho