膜分离工程 第十二章 膜器和膜过程设计课件.ppt

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1、膜过程设计回顾化工设计化工过程设计的目标及内容美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐述了化工过程设计的主要目标：确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保(S.H.E)的因素，确定出一个综合的设计方案。化工过程设计的内容：其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。化工工艺设计的内容与步骤第一步：流程组织（过程合成）第二步：物料衡算及热量衡算第三步：设备设计及选型第四步：PFD图及PID图的设计与绘制第五步：车间流程的平立面布置设计第六步：主要

2、材料表及概（预）算（工艺部分）第七步：对流程的技术经济分析第八步：编写工艺设计说明书内循环优化外循环优化工艺设计不是一蹴而就的，要做许多回合的优化调整。物料衡算与热量衡算物料衡算（MaterialBalance），简称“MB”热量衡算（HeatBalance），简称“HB”能量衡算（EnergyBalance），简称“EB”物料衡算与能量衡算的联立计算（CombinedBalance），简称“CB”MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。作业（平时成绩）：归纳总结列出物料恒算、热量恒算基本方程，基本知识要点设计任务产量，进料液组成，馏出液组成设计内容塔设备尺寸，塔板数，

3、板间距，管路，泵，冷凝器，再沸器。。。。。。有关计算物料衡算，热量衡算，传质方程。。。。。。以精馏为例膜过程流程图膜过程设计内容膜组件-设备设计整个流程-工艺设计非工艺设计膜过程设计相当于工艺流程的设计膜器设计相当于化工设备设计非工艺设计膜过程设计层次通常将膜过程开发分为四个层次：膜单元膜器（膜组件）膜器组合总的工艺过程设计内容设计任务原料液的处理量、截留率等设计内容1.膜种类2.选择合适的膜器，膜器面积、类型，膜器排列方式，所需膜器数，膜器排列，流体走向，膜器材质，管路，泵功率，工艺参数，膜的清洗，以及成本核算等。3.前处理工艺，后处理工艺设计中考虑的因素膜分离过程的设计，要考虑（1）通

4、过膜的传递性质，而且要考虑浓差极化和压力损失对组件操作的影响；（2）要考虑过程中温降（比如气体分离J-T[焦耳-汤姆逊]效应过程）（3）膜组件的形式、排列、流体流向以及每种膜分离过程所具有的特征通常根据膜过程和分离体系的特性选择合适形式的膜组件；然后根据膜内、膜表面的传质方程及浓度、流速、压力、温度沿膜面分布的微分方程组求解膜分离性能(如分离因子、渗透流率、回收率等)与膜组件几何尺寸的关系，以对组件的几何结构进行优化；同时求得完成一定分离任务所需膜面积和级联数设计基础是什么？膜内传质方程和膜表面传质方程是膜分离过程的设计基础!!膜器(分离单元)------装置的核心部件一系列膜器以串联或并

5、联方式连在一起构成级;过程设计的任务-----将膜器适当组合，以最低制作成本体现一种最优设计;工程师需要知道的若干知识所有膜过程工艺的核心是膜本身、以及在膜上和膜中发生的局部传递过程。对于膜组件来说，还必须考虑场量(例如浓度等参数)沿工艺流程段的变化情况，在膜装置中要对膜组件进行组合连接。最后，在总工艺过程的情况下，就必须考虑膜装置与其它配套分离设施之间的最佳耦合浓度(前处理后处理工艺)。工程师需要知道的若干知识从经济的观点来看，以下两个特征对于所有的膜过程都是至关重要的：①膜的选择性，即将混合物中的组分分离开来的能力，例如，将醇和水分离开来，或将盐离子和水分离开来；②膜的效率(生产能力)

6、，即在一定的操作条件下可达到的渗透物通量。上述两个特征参数中．相对而言，效率是第二位的。因为在一定的范围内，低的效率可以通过加大膜面积来平衡；但如果选择性较低的话，则会导致需要多级的过程。—般情况下，这样处理与大多数现行的其他分离工艺相比较是没有竞争能力的。工程师需要知道的若干知识利用膜的选择性和分离任务的不同，希望得到的产物既可以是滞留物的形式、也可以是渗透物的形式。O2/N2工程师需要知道的若干知识膜的通量和选择性都是局部参数。一般情况下，这此参数在工程化装置(膜组件)中沿膜会有明显的变化。例如：三端头组件的分离原理。工程师需要知道的若干知识在这里，进料流体被分离成两股不同组成的物料：

7、一股为滞留物，另一股为渗透物。从图可以清楚地看出，进料中难渗透(被截留)组分的浓度沿组件随膜面积的增大而增大。因此．就会引起这样的结果；即使膜的局部选择性是恒定的，难渗透组分在渗透边产生的局部浓度也会有相应的上升，而在渗透口出处，渗透物的浓度为平均浓度。通量和选择性又是由膜中的质量传递过程决定的。目前普遍认为，主要有两种不同的机理支配着膜中的质量传递和渗透过程：①通过微孔的传递—在最简单的情况下是单纯的对流传递：②基于扩