第12章-其他传质分离过程

第十二章其他传质分离过程

第一节膜分离技术

膜分离？膜分离技术的优点？一、分离膜

分离膜？分离膜的分类？

二、膜组件

（一）平板式膜组件

它是由许多导流板、膜、支撑板堆积组装在一起。导流板相当于滤框，支撑板相当于过滤板。

（二）螺旋卷式膜组件

先做成平板膜，在的多孔支撑材料的两侧是膜，三边密封组成一个信封状膜袋，开放边为袋口，袋口与一根多孔的中心产品水收集管连接，在膜袋外部的上下垫一层料液隔网，把膜袋－隔网依次迭合，绕中心集水管紧密地卷起来，形成一个膜卷，装进圆柱形压力容器内，就制成了一个螺旋卷式膜组件。

（三）圆管式膜组件

它是由膜和多孔的支撑管构成，支撑管材料一般为不锈钢管、陶瓷管或塑料管，膜可以放在支撑管的内侧（称内压式），也可以放在支撑管的外侧（称外压式）

（四）中空纤维式膜组件

把大量(多达几十万根)中空纤维膜装入圆筒型耐压容器内，纤维束的开口端用环氧树脂铸成管板，则可构成一个完整的膜组件。

三、膜分离技术

（一）反渗透技术反渗透分离过程是利用半透膜选择性只能透过溶剂的性质，对溶液施加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。

（二）超滤技术超滤是借助于压差，利用超滤膜进行过滤，从水中分离大分子物质或微细粒子。

（三）电渗析技术它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统，在直流电场作用下，以电位差为动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来。四、膜分离技术设备

（一）反渗透技术设备

以反渗透膜组件为主，辅以多级离心泵（增压装置）、压力容器、保安过滤器、不锈钢高压管路管件、控制阀门、检测和测量仪表、电器控制系统、反冲洗、化学清洗等组成。

（二）超滤技术设备

由超滤膜组件、增压装置、管路管件、检测和测量仪表、控制阀门、反冲洗、化学清洗组成。

（三）电渗析技术设备

电渗析装置由膜堆、极区和压紧装置三大部分构成。

五、膜分离技术在工业中的应用

（一）反渗透技术在工业中的应用

1、纯净水、蒸馏水等制备；2、食品、医药、电子、造纸、电镀、印染等工业用水及废水处理；3、化工、生物、食品、医药等行业产品的浓缩、分离、提纯；4、锅炉用水的除盐软化；5、海水、苦咸水淡化。（二）超滤技术在工业中的应用

1．纯水的制备2．工业产品的浓缩、精制或分离。3．在医药和生化工业中用于处理热敏性物质，分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等4．工业废水处理。（五）电渗析技术在工业中的应用

1.在水处理方面的应用⑴工业废水处理⑵饮用及过程水的应用2.食品和化学工业中的应用①海水浓缩制盐②提取乳酸新技术③在食品精制方面的应用④金属元素的分离⑤无机酸、碱、盐的提纯

第二节离子交换

离子交换？一、离子交换树脂

（一）离子交换树脂的分类

①根据离子交换树脂中活性基团的性质②根据离子交换树脂根据外观形状及物理性质③根据聚合物的单体④根据用途

（二）离子交换树脂的交换容量

总交换容量：表示每单位数量(重量或体积)树脂能进行离子交换反应的化学基团的总量。工作交换容量：表示在某一定的应用条件下树脂表现出来的交换容量。再生交换容量：表示在一定的再生剂量条件下所取得的再生树脂的交换容量。

（三）离子交换树脂的选择性

常见离子的选择性次序为：①强酸性阳离子交换树脂对阳离子的选择性顺序Fe3+>Al3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>H+>Li+·②弱酸性阳离子交换树脂对阳离子的选择性顺序H+>Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+③强碱性阴离子交换树脂对阴离子的选择性顺序SO42－>NO3－

>Cl－

>HCO3－

>OH－

>F－>HSiO3－④弱碱性阴离子交换树脂对阴离子的选择性顺序OH－>柠檬酸根3－

>SO42－

>酒石酸根2－

>草酸根2－

>PO43－

>NO2－

>Cl－

>醋酸根－

>HCO3（四）离子交换树脂的物理性质

1.离子交换树脂颗粒形状2.离子交换树脂颗粒粒度3.离子交换树脂的密度4.离子交换树脂的含水率5.离子交换树脂的膨胀性6.耐用性（五）离子交换树脂的选用

一般从以下几方面考虑：1、原水的水质2、出水的水质3、离子交换树脂的交换容量

4、离子交换设备的类型

二、离子交换的基本原理

（一）离子交换平衡

1.离子交换过程过程通常分为五个阶段:①交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面；②交换离子在树脂颗粒内部扩散；③交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离子发生交换反应；④被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散；⑤被交换下来的离子在溶液中扩散。2.离子交换平衡

在一定温度下，溶液相与树脂相在交换设备内经过一定时间接触后，其交换反应达到的平衡状态称为离子交换平衡。

（二）离子交换速度

离子的交换过程可以分为五个步骤:步骤③是交换反应。步骤①和⑤是离子在溶液中的外部扩散步骤②和④是离子在树脂颗粒内部的扩散也就是说离子交换过程受外部扩散、内部扩散和交换反应三个步骤速度的影响。

影响离子交换速度的因素：

①树脂的颗粒大小

②树脂的交联度

③树脂的强弱和树脂层装填的松紧度

④离子的浓度

⑤离子的电荷数和大小

⑥溶液的温度

⑦搅拌或提高流速

三、离子交换设备

离子交换装置系统通常包括离子交换器、除碳器和再生系统的设备等。

（一）固定床离子交换器

固定床离子交换是将树脂装在交换柱内，欲处理的溶液不断地流过树脂层，离子交换的各项操作均在柱内进行。

（二）连续床离子交换器

移动床离子交换器

流动床离子交换器

1、移动床离子交换器

移动床离子交换器实际上是一种介于固定床和流动床之间的半连续式离子交换器，离子交换树脂