子任务3技能点1：能完成膜分离过程的描述选择合适的膜类型分离不同的液体中的微粒

1、淄博职业学院离子膜烧碱生产操作课程教学方案教师： 序号：授课时间授课班级上课地点实训室学习内容子任务3：一次盐水制备过程-技能点1：能完成膜分离过程的描述，选择合适的膜类型分离不同的液体中的微粒学时教学目标专业能力能分析利用膜分离技术分离粗盐水中杂质碳酸钙颗粒的基本过程；能分析反渗透过滤装置的生产过程。方法能力学会膜分离装置的选用和使用维护保养方法，完成任务小组内、外部资源协调使用的方法。社会能力在完成工作任务的过程中，要做到团结合作，互相配合，共同完成膜分离装置分离悬浮物的工作任务，能做到理论分析与实际操作有机结合。目标群体之前已学习了一次盐水生产过程中除钙离子、除镁离子的基本方法，熟悉了完

2、成盐水输送工作任务需要的工作条件，了解了膜分离的类型与膜组件。为完成工作任务，需要进一步学习膜分离操作，通过反渗透装置的操作训练，提高了学生的解决膜过滤实际问题的工作能力，帮助学生学会完成实际工作任务的基本方法。教学环境多媒体教室教学方法Ø 课堂讲授、讨论提问法时间安排教学过程设计一、任务资讯1.膜分离装置的资料与相关的图片。2.反渗透装置生产工艺流程图。3.反渗透、超滤和微滤的工作差异性学习。二、任务决策 通过对完成任务的工作条件、基本生产资料、完成后将获得的结果与过程的要求进行了逐一分析，确定对粗盐水制备过程中的新生成的碳酸钙颗粒，将通过采用薄膜过滤器的方法实施分离操作，达到完成

3、粗盐水中所含的杂质碳酸钙颗粒的目的，因此，需要学习液体混合物中的颗粒的分离中的膜分离操作中的相关技能与装置操作方法。三、任务计划 根据决策方案的完成要求和任务完成需要的时间要求，在教师的指导下，由组长负责组织成员共同完成膜分离装置操作的工作计划。本次完成膜分离操作技能工作任务的完成大约需要2 课时。四、任务实施根据本次膜分离装置操作工作任务的计划进度要求，着手实施工作任务，首先需要了解反渗透装置的工作过程。了解膜过滤装置工作过程的基础上，与小组内的学生一起完成膜分离操作技能的培训学习。如下：u 膜分离技术膜分离技术的类型 反渗透(重点与难点)a 反渗透工作过程渗透压：如图1-49所示。当纯水与

4、盐水用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水则透过膜向盐水侧渗透，过程的推动力是纯水和盐水的化学位之差，表现为水的渗透压。反渗透：随着水的不断渗透，盐水侧水位升高，当提高到h时，盐水侧的压力p2与纯水侧的压力p1之差等于渗透压时，渗透过程达到动态平衡，宏观渗透为零。如果在盐水侧加压，使盐水侧与纯水侧压差p2-p1大于渗透压，则盐水中的水将通过半透膜流向纯水侧，这一过程就是所谓反渗透。半透膜纯水 P1盐水hP1P2渗透压P1P2P(a)渗透现象 (b)渗透平衡 (c)反渗透图1-49 反渗透原理b 反渗透过程的操作反渗透过程设计的目标在于提高分离效率，降低能耗。除膜本身质量以外，过程的浓差极化、操作条

5、件对其影响甚大。浓差极化：在反渗透过程中，由于膜的选择透过性，溶剂从高压侧透过膜到低压侧表面上，造成由膜表面到主体溶液之间的浓度梯度，如图1-55，引起溶质从膜表面通过边界层向主体溶液扩散，这种现象即称之为浓差极化。浓差极化现象的存在将会给反渗透带来不利影响。由于浓差极化，使膜表面处溶液浓度升高，导致溶液的渗透压升高，因此反渗透操作压力亦必须相应提高，同时，膜表面处溶液浓度升高，易使溶质在膜表面沉积下来，使膜的传质阻力大为增加，膜的渗透通量下降。为了克服浓差极化的不利影响，在反渗透操作过程中必须予以考虑，尽量减少其影响。一般通过提高料液的流速可以使边界层大大减薄，导致传质系数增大。另一些学者采

6、用脉冲形式进料也可起到增加湍动程度的作用，虽然这类方法给装置设计带来很大的困难，但却能有效地降低浓差极化的影响。在操作方式上，提高温度可使分子运动加快，降低黏度，也可以使浓差极化得到部分的控制。边界层 膜 xA1JxA1xAiXMA11XMA2XA2JAXACZ=0Z=1图1-55浓差极化() 操作条件在反渗透过程中，除浓差极化影响外，料液中含有的固体微粒、胶体、可溶性高分子物、微生物等对膜亦有堵塞、沉积等影响，因此为提高分离效率、降低能耗、常采用以下措施，以达到最佳效果。 料液的预处理 预处理的目的在于除去料液中的固体物质，降低浓度；抑制和控制微溶盐的沉淀；调节的控制进料的温度和PH值；杀死

7、和抑制微生物的生长；去除各种有机物等。在反渗透过程中，一般均加砂滤、微滤、超滤对料液进行预过滤，并根据料液和膜的性质而加入一些特定的化学物质处理料液以增加渗透过程的效率。 温度 温度升高有利于降低浓差极化的影响，提高膜的渗透通量，但温度升高导致能耗增大，并且对高分子膜的使用寿命有影响，因此反渗透过程一般在常温或略高于常温下操作。 压力 反渗透过程的推动力是压差，因此操作压差愈高，渗透通量增大，但压差增大往往导致浓差极化的增加，使得膜面的渗透压增高，达到一定压力，增加压力并不能提高渗透通量，即膜面形成了一层凝胶层。另一方面，操作压差的增大将导致能耗增加，因此综合考虑，必须根据经济核算选择适宜的操

8、作压差。一般来说，反渗透的操作压差在23MPa之间。() 膜的清洗清洗的方法有两种：物理清洗和化学清洗。物理清洗中最简便的方法是采用流动的清水冲洗膜的表面，也可以采用水和空气的混合流冲洗。对于内压管式膜，尚可以加入海绵球用水带动海绵球冲刷膜面。化学清洗则是采用各种清洗剂来清洗，清洗效果好。如果在膜的微孔中有胶体堵塞，则可以利用分离效率极差的物质，如尿素、硼酸、醇等作清洗剂。这些物质易于渗入细孔而达到清洗的目的。() 工艺流程根据料液的情况和对分离过程的要求，反渗透过程可以采用以下几种工艺流程。 一级一段连续流程 如图1-56，料液通过膜组件一次即排出，由于单个组件料液流程不可能很长，因此料液的

9、浓缩率低，这种流程工业上较少采用。泵料液贮槽膜组件浓缩液透过液1-56一级一段连续流程 一级一段循环式流程 如图1-57所示，采用部分浓缩液循环的操作流程，这种流程浓缩倍数较高，但料液浓度必然也高，将导致膜通量的下降或渗透压的增高。泵料液贮槽膜组件浓缩液透过液1-57一级一段循环流程一级多段连续式流程 如图1-58，实质是多个组件串联的操作方式，直至达到设定的浓度倍数。采用这种流程，各段膜组件大小要根据膜的渗透通量和分离要求进行设计。泵料液贮槽第一段浓缩液透过液1-58一级多段连续流程第二段料液第n段 wwdm一级多段循环式流程 如图1-59，这种流程主要适宜以料液为目的的分离过程。泵料液贮槽

10、第一段浓缩液1-59一级多段循环流程第二段料液去贮槽 wwdm透过液 () 反渗透的应用反渗透过程的特征是从水溶液中分离出水，其应用也主要局限于水溶液的分离。目前反渗透的应用主要是海水和苦咸水淡化，纯水制备以及生活用水处理，并逐渐渗透到食品，医药、化工等部门的分离、精制、浓缩操作之中。 苦咸水与海水淡化 纯水生产 废水处理 低分子量物质水溶液的浓缩 超滤和微滤(难点)()过程原理超过滤（简称超滤）和微孔过滤（简称微滤）也是以压力差为推动力的膜分离过程，一般用于液相分离，也可用于气相分离，比如空气细菌与微粒的去除。超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约为10100Å，能够截

11、留分子量为500以上的大分子与胶体微粒，所用操作压差在0.10.5MPa。原料液在压差作用下，其中溶剂透过膜上的微孔流到膜的低压侧，为透过液；大分子物质或胶体微料被膜截留，不能透过膜，为浓缩液，从而实现原料液中大分子物质与胶体物质和溶剂的分离。超滤膜对大分子物质的截留机理主要是筛分作用，决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状。除了筛分作用外，膜表面、微孔内的吸咐和粒子在膜孔中的滞留也使大分子被截留。实践证明，有的情况下，膜表面的物化性质对超滤分离有重要影响，因为超滤处理的是大分子溶液，溶液的渗透压对过程有影响。从这一意义上说，它与反渗透类似，但是，由于溶质分子量大、渗透压低，可以不

12、考虑渗透压的影响。微滤所用的膜是微孔膜，平均孔径0.0210m，能够截留直径0.0510m的微粒或相对分子质量大于100万的高分子物质，操作压差一般为0.010.2MPa超滤与微滤原理见图1-60。进料膜浓缩液透过液 图1-60 超滤与微滤原理示意图超滤膜一般为非对称膜，其制造方法与反渗透法类似，一般采用相转化方法。微滤膜一般为均匀的多孔膜，孔径较大，可用多种方法测定，如气体泡压法、液体排除法等，直接用测得的孔径来表示其膜孔的大小。超滤、微滤和反渗透均是以压差作为推动力的膜分离过程，它们组成了可以分离溶液中的离子、分子、固体微粒的这样一个3级分离过程。根据所要分离物质的不同，选用不同的方法，但

13、也需说明，这3种分离方法之间的分界并不十分严格。表1-11列出超滤、微滤和反渗透过程的原理和操作性能，以资比较。表1-11超滤、微滤和反渗透的比较性能反渗透超过滤微滤过程用膜表面致密的不对称膜不对称微孔膜微孔膜操作压力/MPa2100.10.50.010.2分离物质相对分子质量小500的小分子物质相对分子质量大于500的分子直至细小胶体微粒微粒大于0.1m的分子分离机理非简单筛分，膜物化性能起主要作用筛分，但膜物化性能有影响筛分水通量/m3/(m2.d)0.12.50.5522000() 过程与操作与反渗透过程相似，微滤、超滤过程也必须克服浓差极化和膜孔的堵塞带来的影响。超滤的工作压力范围一般

14、为0.10.7MPa，过高的压力不仅无益而且有害。超滤过程操作一般均呈错流，即料液与膜面平行流动，料液流速影响着膜面边界层的厚度，提高膜面流速有利于降低浓差极化影响，提高过滤通量，这与反渗透过程机理是类似的。微滤过程以前大都采用折褶筒过滤，属终端过滤，对于固相含量高的料液无法处理，近年来发展起来的错流微滤技术的过滤过程类似于反渗透和超滤，设计时可以借鉴。微滤、超滤过程的操作压力、温度以及料液预处理、膜清洗过程的原理与反渗透极为相似，但其操作过程亦有自己的特点。超滤过程流程与反渗透类似，采用错流操作，常用的操作模式有三种。 单段间歇操作 如图1-61，在超滤过程中，为了减轻浓差极化的影响，膜组件

15、必须保持较高的料液流速，但膜的渗透通量较小，所以料液必须在膜组件中循环多次才能使料液浓缩到要求的程度。图示两种回路的区别在于闭式回路中采用双泵输送方式，料液从膜组件出来后不进料液槽而直接流至循环泵入口，这样输送大量循环液所需能量仅仅是克服料液流动系统的能量损失，而开式回路中的循环泵除了需提供料液流动系统的能量损失外，还必须提供超滤所需的推动力即压力差，所以闭式回路的能耗低。料液膜组件循环液渗透液（b）间歇操作-闭式回路循环泵料液泵膜组件循环液渗透液（a）间歇操作-开式回路图1-61 单段间歇操作间歇操作适用于实验室或小规模间歇生产产品的处理。 单段连续操作 如图1-62，与间歇操作相比，其特点

16、是超滤过程始终处于接近浓缩液的浓度下进行，因此渗透量与截留率均较低，为了克服此缺点，可采用多段连续操作。膜组件循环液透过液图1-62单段连续操作浓缩液料液 多段连续操作 如图1-63，各段特环液的浓度依次升高，最后一段引出浓缩液，因此前面几段中料液可以在较低的浓度下操作。这种连续多段操作适用于大规模工业生产。膜组件循环液渗透液（a）间歇操作-开式回路料液浓缩液图1-63多段连续操作() 应用 超滤的应用超滤技术广泛用于微粒的脱除，包括细菌、病毒、热源和其他异物的去除，在食品工业、电子工业、水处理工程、医药、化工等领域已经获得广泛的应用，并在快速发展着。 微滤的应用微滤主要用于除去溶液中大于0.05um左右的超细粒子，其应用十分广泛，在目前膜过程营业销售额中