膜分离设备讲解ppt课件.ppt

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1、9.4膜分离一.定义对溶液中粒径很小的粒子进行过滤分离的操作。膜分离是近20年来在迅速崛起的高新技术，利用天然或人工合成的高分子半透膜分离的方法利，用膜两侧的压力差或电位差为动力，使流体中的某些分子或离子透过半透膜或被半透膜截留下来，以获得或去除流体中某些成分的一种分离技术。如果通过半透膜的不只是溶剂，而是有条件选择性地让某些溶质组分通过，因而溶液中不同溶质组分得到分离，该过程称为膜分离。二、膜分离过程膜浓差极化现象当待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态，水及小分子溶质透过膜，大分子溶质则被膜阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速度，受

2、分子通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐渐在膜面上，形成一高浓度的被阻留的溶质分子层。随着浓差极化愈来愈严重，膜的滤出速度也愈来愈低。膜分离技术的核心是膜，膜的选择性是分离的关键，膜分离方法有：（1）超滤（ultrafiltration），UF法；（2）反渗透（reverse-osmosis），RO法；（3）电渗析（electrodialysis），ED法；（4）微孔过滤（microfiltration），MF法。膜分离过程的类型按膜内平均孔径、推动力和传递机制进行分类过程孔径推动力机制微滤0.02-10um压力差

3、筛分超滤0.001-0.02um压力差筛分反渗透无孔压力差溶液-扩散气体透过无孔压力差溶液-扩散透析1-3nm浓度差筛分+扩散电渗析相对分子质量电位差离子迁移小于200渗透蒸发无孔分压差溶液-扩散一、膜分离设备的原理和特点1．膜分离的原理反渗透和超滤是以压力差为推动力的膜分离技术。水溶液与具有微孔的薄膜互相接触，由于膜的化学性质使它对水溶液中的溶质具有排斥作用，结果，靠近膜表面的浓度梯度急剧下降，在溶液-膜的界面上形成一层被吸附的纯水层。反渗透就是在压力存在下使水不断通过膜上的毛细孔渗出，溶质则被膜截留。“筛分”理论是把膜表面看成具有无数微孔，利用这些

4、不同孔径的孔眼像筛子一样截留住分子直径相应大于它们的溶质和颗粒，从而达到了分离的目的。超滤机理：（1）毛细流动模型溶质的脱除靠流过过滤或筛滤作用，半透膜阻止了大分子的通过，按这一模型建立的流动是毛细孔中的层流流动；（2）溶解扩散模型假定扩散质的分子，先溶解于膜的结构材料中，后经载体的扩散而传递。因为分子不同，溶解度和扩散度不同。2．膜分离的应用范围根据膜分离技术过程推动力的不同，大体上可分为两类：以压力为推动力的超滤和反渗透，以电力为推动力的电渗析，电渗析使用的是被称为离子交换膜的特殊半透膜。膜分离技术目前已经被广泛地应用于海水、苦咸水淡化，超纯水制备

5、，废水处理过程以及食品工业中的牛奶、乳清蛋白、茶叶的浓缩和其他食品的精制、提纯与浓缩。此外，在染料工业、化学工程和生物工程、航天技术上亦被得到广泛的应用。比如反渗透和超滤在医疗行业方面用于血过滤、人工血液的制造、人参蜂王浆处理、中草药制剂的精制、病菌、酶、病毒、核酸、蛋白质等生理活性物质的浓缩、分离、精制以及激素的精制等。膜分离的特点分离效率高，容易控制膜分离过程不发生相变化，能耗低。截留能力强（按分子量分离）常温下操作，适于处理热敏性物料膜分离的推动力有多种，如压力差、浓度差、电位差等不仅适用于有机物，无机物和病毒、细菌分离，还适用于一些共沸物或近沸

6、物的分离。设备简单、体积小，能量消耗较少。3．膜性能膜是反渗透和超滤的主要材料，也是电渗析的主要材料，是膜分离技术的中心，膜分离技术的提高，关键取决于膜性能的改进。（1）膜性能的要求指膜的物理和化学性能以及膜的分离透过性。（2）膜材料膜的材料及其材质在很大程度上决定了膜的功能。对膜材料的要求有效膜厚度小，开孔率高，过滤阻力小；惰性，不吸附溶质，不易污染，不易堵塞；耐高温、耐酸碱，稳定性高，使用寿命长；通过清洗易恢复透过性能；满足实现分离目的的各种要求。（1）天然高分子材料纤维素衍生物——醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。醋酸纤维膜（CA膜）的截盐能力强

7、，价格便宜，性能也好，常用作反渗透膜，也可用作微滤膜和超滤膜。醋酸纤维膜使用最高温度和pH范围有限，一般使用温度低于45一5O℃，pH3一8在强酸和弱碱作用下会水解。抗污染性差，；再生纤维素可制造透析膜和微滤膜。（2）合成高分子材料主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等，其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超滤膜。聚砜膜的特点是耐高温(一般为70～80℃，有些可高达125℃)，适用pH范围广(pHl～13)，耐氯能力强，可调节孔径范围宽(1～2Onm)。但聚砜膜耐压能力较低，一般平板膜的操作压力极限为0.5～1.OMPa。聚

8、酰胺膜的耐压能力较高，对温度和pH都有很好的稳定性，使用寿命较长，常用于反渗透。（3）无机材料