第七章 新分离方法

第七章新分离方法第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1泡沫吸附分离技术基本概念泡沫分离技术就是根据表面吸附原理，籍鼓泡使溶液内的表面活性物质聚集在气液界面(气泡表面)，上浮至溶液主体上方形成泡沫层，将泡沫层与液相主体分开，就可达到浓缩表面活性物质和净化液相主体的目的。被浓缩在泡沫层的物质可以是表面活性物质，也可以是与表面活性物质具有亲和能力的其他物质，如金属阳离子、阴离子、蛋白质、酶、染料、矿物粒子、溶液悬浮物质等。泡沫分离技术常用于肥皂泡沫去污渍、矿物浮选、原子能工业、化学工业、废水处理等领域。第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.1泡末吸附技术的分类第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.2泡末分离基本原理1.泡末的形成第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.2泡末分离基本原理2.泡末的结构三泡结构两泡结构四泡结构第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.3泡末分离流程1.非泡末分离流程溶剂消去法流程第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.3泡末分离流程2.间歇泡末分离流程第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.3泡末分离流程3.连续泡末分离流程——提馏式第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.3泡末分离流程3.连续泡末分离流程——精馏式第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.3泡末分离流程3.连续泡末分离流程——全馏式第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.4泡末分离的优点与局限1.泡末分离的优点①能在很低浓度下有效地除去表面活性剂（ppm级）。②在加入表面活性剂后，可同样有效地除去很低浓度的可捕集物。③全塔充满稳定泡末时，可用回流方式增加单塔分离能力。④设备简单，操作方便，能耗低。第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.1.4泡末分离的优点与局限2.泡末分离的局限①溶液中表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时，泡末稳定，但分离效率会降低。②在临界胶束浓度以下能维持稳定泡末的表面活性剂种类较少。③分离出的泡末中夹带的表面活性剂难以返回利用。④系统中的返混会严重影响分离效率，使泡末分离的设计计算比较困难。第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2液膜分离技术基本概念液膜分离技术就是以液膜为分离介质、以浓差为推动力的液-液萃取与反萃过程结合为一体的分离过程。起分离作用的液膜通常为添加了表面活性剂的溶剂相，液膜两边的被萃相和反萃相通常都是可互溶相。液膜分离技术常用于湿法冶金工业、石油与化学工业、生化工业、制药工业、环境保护等领域。第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.1液膜的结构与分类1.液膜的定义及组成液膜是一层很薄的液体，它阻隔在两个可互溶但组成不同的液相之间，一个液相中的待分离组分通过液膜的渗透作用传递到另一个液相中，从而实现分离的目的。液膜通常由溶剂（水或有机溶剂）、表面活性剂和添加剂组成。溶剂是构成液膜的基体；表面活性剂亲水亲油基团在溶剂中的定向排列是成膜的关键；添加剂的主要作用是确保膜的强度和提高膜的渗透性。第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.1液膜的结构与分类2.液膜的分类（1）乳化膜先将膜相与内相制作成油包水(W/O)的乳化液，再将乳化液投入到外相中，形成W/O/W双乳化液。这样，中间的有机相层就成为分隔两水相的液膜。第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.1液膜的结构与分类（2）支撑膜支撑架选择多微孔(微米级)亲油性材料，先配制好膜相，将支撑架放入膜相中浸润，使各微孔中充满成膜液而形成液膜。将浸润后的支撑架置于容器中，在两侧分别加入浓相和稀相，就形成了支撑液膜萃取体系。第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.2液膜分离机理1.选择性渗透在液膜设计时，根据被分离组分的性质，选择能溶解它的溶剂成膜，其余组分则不能溶解于膜相，从而达到分离的目的。第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.2液膜分离机理2.滴内化学反应在内相中包含能与外相被分离组分反应的物质，当被分离物质进入内相后立即被反应掉。这样就保持内相中被分离组分含量始终很低，维持较高的传质推动力。第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.2液膜分离机理3.膜相化学反应在膜相中包含能与外相被分离组分反应的物质，内相中包含更强的反应物质。这样膜相生成的产物在内相中再被反应，同时还原出膜相中原来的反应物，从而实现连续的反应传质过程。第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.2液膜分离机理4.膜相吸附在膜相中包含能吸附外相被分离组分的物质，外相中的被分离组分被吸附在膜相的外表层。吸附完成后，分离出包裹内相的乳化层，破乳后，所吸附的物质就转移到内相溶液中实现分离。第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.2.3液膜分离操作过程萃取液萃余液反萃液反萃剂原料液萃取剂乳化器成膜相破乳器萃取器第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3固膜分离技术基本概念固膜分离技术简称为膜分离技术，就是以固体膜为分离介质、借助膜两侧的能量差(如压力差、浓度差、电位差等)为推动力，将待分离组分从流体主题中分离出来的过程。起分离作用的固体膜可以是有机膜、无机膜、生物膜或复合膜，分离对象可以是液体或气体。固膜分离技术广泛用于石油、化工、生化、制药、食品、环保等领域。第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.1膜分离技术的分类第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.1膜分离技术的分类第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.2膜分离的基本工作原理1.反渗透第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.2膜分离的基本工作原理2.超过滤分离膜浓相稀相分离膜浓相稀相渗透型膜分离原理图过滤型膜分离原理图第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.3膜的特性和构件1.膜的特性指标（1）高渗透流率衡量膜处理能力的重要指标。（2）明显的截留率衡量膜分离能力的重要指标。（3）稳定性和耐用性衡量膜质量的重要指标。（4）抗堵性衡量膜适应性的重要指标。第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.3膜的特性和构件2.膜的结构（1）对称性膜膜层内部结构均匀一致。（2）非对称性膜膜层内部具有层次性结构，各层的孔径和空隙率不相同。第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.3膜的特性和构件3.膜构件（1）板框式第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.3膜的特性和构件3.膜构件（2）管式第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.3膜的特性和构件3.膜构件（3）螺旋板式第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.3膜的特性和构件3.膜构件（4）中空纤维式第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.4膜的分离流程1.多级海水淡化流程——反渗透膜分离第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.4膜的分离流程2.膜分离的完全级联流程第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.5电渗析简介1.电渗析使用的膜电渗析使用的分离膜为离子交换膜。离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，两种膜通常需配套使用。第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.3.5电渗析简介2.电渗析工艺过程1-料液2-阴极3-阳极4-阴极废水5-阳极废水6-稀产品水7-浓产品水A-阴极膜C-阳极膜第三十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7.4耦合分离技术基本概念耦合分离技术是针对一些难分离体系采取的一类组合分离技术。如前面介绍过的萃取精馏技术就是萃取和精馏耦合的分离技术。由于耦合分离技术采用了组合分离技术，因而具有所组合的分离技术的优势，可突破单一分离技术选择性分离上存在的不足。第三十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期四7