第十二章膜分离

第十二章膜分离演示文稿现在是1页\一共有47页\编辑于星期五优选第十二章膜分离现在是2页\一共有47页\编辑于星期五利用选择性透过膜，对组分进行分离、提纯或富集的单元操作，称膜分离。20世纪膜分离技术的发展历程：30年代微孔过滤（MF），40年代渗析（DL），50年代电渗析（ED），60年代反渗透（RO），70年代超滤（UF），80年代气体分离（GP），90年代渗透蒸发（PV）。现在是3页\一共有47页\编辑于星期五第一节

膜及膜分离器

12-1

分离膜

12.1A分离膜的分类

现在是4页\一共有47页\编辑于星期五1．无机分离膜（1）陶瓷膜（2）玻璃膜（3）金属膜（4）分子筛炭膜2．聚合物分离膜12.1B聚合物膜的制备工艺1.相转化法成膜2.复合膜的制备分别制备超薄皮层和多孔支撑层后再将二者进行复合。支撑层提供支持强度，皮层起分离作用。

现在是5页\一共有47页\编辑于星期五现在是6页\一共有47页\编辑于星期五12.1C膜的性能和膜渗机理1、分离膜的性能包括两方面：分离透过特性和物理化学稳定性。主要的分离透过特性为以下三种：（1）溶质分离率（2）溶剂透过速度

（3）膜的流量衰减因数

2、膜渗机理（1）毛细管流动模型（2）溶解扩散模型现在是7页\一共有47页\编辑于星期五12-2膜分离器膜分离器是膜分离装置系统中最核心部分，又称膜组件。将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，这个基本单元设备就称为膜分离器。工业上常用的膜分离器形式主要有板框式、圆管式、螺旋卷式和中空纤维式四种类型。性能良好的膜组件应具备下列条件：（1）对膜提供足够机械支撑并可使原料液和透过液分开。（2）在能耗最小的条件下，料液在膜面上流动，减少浓差极化。（3）具有尽可能高的装填密度。（4）装置牢固安全，价格低廉。

现在是8页\一共有47页\编辑于星期五现在是9页\一共有47页\编辑于星期五12.2A板框式膜组件1．系紧螺栓式2．耐压容器式12.2B圆管式膜组件1．内压型管束式2．外压型管壳式12.2C螺旋卷式膜组件12.2D中空纤维式膜组件中空纤维为极细的空心膜管，外径约为50~200μm,内径为25~42μm。多达105~106根中空纤维成束装入圆筒形耐压容器内。分为以下三种类型：（1）轴流型（2）径流型（3）纤维卷筒型

现在是10页\一共有47页\编辑于星期五现在是11页\一共有47页\编辑于星期五现在是12页\一共有47页\编辑于星期五现在是13页\一共有47页\编辑于星期五现在是14页\一共有47页\编辑于星期五现在是15页\一共有47页\编辑于星期五现在是16页\一共有47页\编辑于星期五第二节反渗透和超滤

12-3反渗透的基本原理12.3A渗透和反渗透

现在是17页\一共有47页\编辑于星期五因，发生渗透。

如果是稀溶液，渗透压（osmoticpressure）:c—溶液浓度，mol/m3。溶液侧施压，发生反渗透(reverseosmosisRO)。现在是18页\一共有47页\编辑于星期五现在是19页\一共有47页\编辑于星期五12.3B反渗透的传质方程1、溶剂扩散速率方程Nw——溶剂扩散率，kg/(m2·s)Pw——溶剂膜渗透率(permeability),kg/(Pa·m·s);Kw——溶剂渗透率常量，又称透水系数kg/(Pa·m2·s);现在是20页\一共有47页\编辑于星期五现在是21页\一共有47页\编辑于星期五2.溶质扩散速率Ns——溶质的通量，kg/(m2s)Ks——溶质的渗透率常量，m/s现在是22页\一共有47页\编辑于星期五3．溶质的分离率

令：现在是23页\一共有47页\编辑于星期五12-4反渗透的实际过程12.4A浓度极化及其消除表面附近溶液浓度高于浓缩液主体的浓度，这种现象称为浓度极化（concentrationpolarization）。浓度极化因数M：

>1现在是24页\一共有47页\编辑于星期五浓度极化对反渗透操作会产生三种不利作用。（1）使反向推动力增大，降低透水速率。反渗透推动力的合力较非极化时下降。（2）使有效膜面积减少，亦使透水率下降（3）使溶质的渗漏增大。现在是25页\一共有47页\编辑于星期五浓度极化作用的主要影响因素：（1）透水率（2）溶液黏度（3）溶质在溶液中的扩散系数（4）膜表面上溶液的流动条件12.4B反渗透工艺1．前处理工艺2．反渗透基本工艺流程（1）一级一段流程（2）一级多段流程（3）多级流程3．后处理工艺现在是26页\一共有47页\编辑于星期五现在是27页\一共有47页\编辑于星期五现在是28页\一共有47页\编辑于星期五现在是29页\一共有47页\编辑于星期五现在是30页\一共有47页\编辑于星期五12-5

超滤与微孔过滤过程名称

功能

p(MPa)

分离机制微孔过滤(MF)超滤(UF)反渗透(RO)滤除>0.1μm颗粒滤除5～100nm颗粒水-盐分离

0.01～020.1～11～10

筛滤毛细流动溶解扩散

现在是31页\一共有47页\编辑于星期五12.5A超滤(Ultrafiltration,UF)1.超滤的基本原理超滤膜对大分子溶质等的截留作用是由于（1）在膜表面和微孔内的吸咐（一次吸咐）；（2）在膜孔中的阻塞；（3）在膜表面的机械截留（筛滤）。2.

超滤膜和组件

3.超滤过程中膜的污染

4.超滤操作的流程现在是32页\一共有47页\编辑于星期五12.5B微孔过滤(Microfiltration,MF)微孔过滤（MF）是介于普通过滤和超滤之间的一种操作，一般认为MF的有效分离范围为直径0.1~10μm的粒子，操作静压差为10~200kPa1．微孔滤膜及组件2．微孔过滤的应用12-6

超滤和反渗透在食品工业中的应用1．蛋白质的分离2．食品料液的净化现在是33页\一共有47页\编辑于星期五现在是34页\一共有47页\编辑于星期五现在是35页\一共有47页\编辑于星期五现在是36页\一共有47页\编辑于星期五超滤澄清工艺优点：（1）缩短果蔬汁的处理时间（2）节省了压滤机、离心机、反应罐等设备投资以及淀粉酶、果胶酶以及澄清剂、助滤剂等费用。（3）维生素C等损失少，果胶、蛋白质和香气物质可以回收。（4）超滤本身可除微生物，后面不再需要加热杀菌。3.食品料液的浓缩4.工业废水的处理5.膜反应器的应用现在是37页\一共有47页\编辑于星期五现在是38页\一共有47页\编辑于星期五现在是39页\一共有47页\编辑于星期五第三节电渗析

使离子在电场作用下通过膜进行渗析迁移的过程，称为电渗析（electrodialysis,ED）12-7电渗析的基本原理和概念12.7A电渗析的基本原理现在是40页\一共有47页\编辑于星期五现在是41页\一共有47页\编辑于星期五1、离子交换膜的选择性透过原理磺酸型阳膜的结构：R———SO-3——H+季胺型阴膜的结构：R———N+(CH3)3——OH-2．电渗析器分离原理12.7B电渗析的基本概念1、离子移动速度

2．离子通量3．离子迁移数

对1-1价:现在是42页\一共有47页\编辑于星期五现在是43页\一共有47页\编辑于星期五4.能耗与库仑效率每膜对中能量单耗库仑效率: