膜分离技术课件

1、膜分离技术及其应用，山东格力尔水务有限公司，膜分离发展过程及趋势，2、学会交换PPT，微滤0.1-10m:细菌、粉煤灰、发酵细胞、色素、蛋白质等。超滤0.005-0.1m:蛋白质、色素、多糖、大分子，纳滤0.0005-0.005m:低聚糖、染料等。反渗透0.0001-0.001米：电解液，有机溶质大于100Da，水，有机溶质小于100Da，膜适用范围；3.学会交换PPT、膜、料液、水、小分子、大分子、渗透物，定义：具有选择性分离功能的膜材料。“在21世纪的大多数行业中，膜技术起着战略作用”，“谁掌握了膜技术，谁就掌握了21世纪的未来”，膜简介，4。学会交流PPT，报告内容，简要介绍膜技术发展历

2、史，技术术语，应用实例，典型膜过程反渗透超滤微滤陶瓷膜技术，5。学会交换PPT，膜的发展历史，Abble Nelkt在1748年发现水可以自然地扩散到充满酒精的猪膀胱。1827年，杜特罗切特引入了名词渗透；施密特在1861年提出了超滤的概念；1864年，Traube成功开发了人类历史上第一个人工膜(亚铁氰化物铜膜)。1918年，席格蒙迪提出了商用微滤膜的制备方法，并将其应用于微生物和颗粒的分离和富集；1950年，犹大成功研制出第一种具有实用价值的离子交换膜；1960年，Loeb和Sourirajan开发了第一个不对称醋酸纤维素反渗透膜，使膜分离技术进入实用和设备开发阶段；1967年以后，美国、

3、丹麦、日本等国家出现了许多膜及其组件的制造商，并逐渐开始了膜分离技术的规模化应用。1958年，中国开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开始研究反渗透、超滤、微滤、液膜和气体分离等膜分离过程的应用和发展。20世纪80年代后期，渗透汽化、膜萃取、膜蒸馏和膜反应等新型膜过程的研究相继开展，膜技术的推广应用开始。国内主要膜研究和推广单位：1)气体分离：大连化学物理研究所(天邦膜公司)2)液体分离：杭州水处理技术中心(西斗门公司)天津纺织工学院(膜公司)3)无机膜：南京理工大学(九五高科技)，中国科技大学，膜发展历史，7)研究和交换PPT，膜发展历史，8)研究和交换特点：功能薄膜材料具有选择性分离、集

4、成和器件应用的特点。 以it为核心的工艺流程：无相变、低能耗、高效率、少污染、工艺简单、易操作、易与其他技术集成； 9.学会交流PPT、膜分类；10.学会沟通PPT、膜应用范围、分离物体的粒径分布；11.学会交流PPT，膜元件。学习交换PPT，膜元件，13，学习交换PPT，膜分离形式的错流过滤，终端过滤污染严重，错流过滤轻，一些术语的膜过程，14，学习交换PPT，一些术语的膜过程，错流过滤，15，学习交换PPT，错流过滤的优点：(1)它便于在连续操作期间控制循环比；(2)流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力带走膜表面的沉积物，防止污染层的积累并保持其动态平衡，从而有效改善液体分离过程，使过

5、滤操作能够长时间连续进行；(3)错流过滤产生的流体剪切力和惯性升力可以促使膜表面的溶质向与流体相反的方向移动，提高过滤速度。膜过程的一些术语，16，学习交换PPT，膜过程的一些术语，通量：在某些操作条件下每单位面积通过膜的单位时间的体积流速。单位选择性17、学习交流PPT，通量衰减系数m:由于浓差极化、膜压实、膜污染等影响，通量随时间变化。膜过程的一些术语，18，学习交流PPT，膜过程的一些术语，驱动力：1)对于多孔膜，在对流流动的情况下，传质的驱动力是膜两侧的压差。膜压降：P1-P2，由流体流动引起。2)对于致密膜，驱动力是膜两侧的化学势差。P1，P2，P3，P(P1P2)/2P3，19，学

6、习交换PPT，膜过程，浓差极化的一些术语：在膜分离过程中，一部分溶质被截留，膜表面上和附近的浓度越来越高，导致从膜表面到本体溶液的浓度梯度。这种现象称为“浓差极化”，1、2、3、Cf Cm Cp浓差膜渗透侧极化层，20、学习交流PPT、传输电阻：1)膜电阻Rm:与膜本身的结构有关，包括从膜层到支撑层的传输电阻；2)浓差极化电阻Rc:由膜表面截留成分浓度增加引起；3)驱动力损失：进料侧和渗透侧的压力损失；4)膜污染阻力：由材料中的成分引起的吸附、堵塞、沉积等现象引起。有些术语指膜过程，21，学习交流PPT，Rm膜管阻力Ri污染阻力膜孔Rg凝胶层阻力Rc浓度极化阻力，22，学习交流PPT，有些术语

7、指膜过程，膜污染：指被处理材料中的颗粒、胶体颗粒或溶质大分子在膜表面或膜孔中由于物理化学作用或与膜的机械作用而发生的吸附。物理污染包括膜表面沉积和膜孔堵塞，这与膜孔结构、膜表面粗糙度、溶质大小和形状等有关。化学污染包括膜表面和孔上的吸附，这与表面电荷、亲水性、吸附活性点和溶质电荷、亲水性和溶解性有关。23、学会交换PPT，使用膜，浓缩：目标产物以低浓度形式存在，因此有必要除去溶剂；(滞留物是产品)纯化：除去杂质；分离：将混合物分离成两种或多种目标产物；反应促进：持续取出化学反应或生化反应的产物可以提高反应速度或产品质量。从20世纪初到20世纪90年代，膜技术已从实验室基本进入产业化，并已成功应

8、用于水处理、食品工业、环保、化工石化、电子、冶金、国防等领域。目前，全球膜产业规模超过100亿美元，正以30年的速度增长。25、研究和交流PPT、膜应用、膜、海水淡化、工业废水处理、城市废水资源利用、天然气、生物质利用、能源、水资源、传统工业、生态环境、除尘、CO2控制、医药制备、食品、化工和石化工业、电力、冶金、燃料电池膜技术用于开发生物质资源，而膜生物反应器中的分批发酵技术可将反应器效率提高1580倍。渗透汽化膜分离技术与传统的共沸蒸馏相比，节约了能源。60生产设备总投资是传统分离方法总投资的4080%。28.学习交换PPT、膜脱盐、反渗透脱盐装置的能耗和制水成本，并比较几种分离方法的能耗

9、。29.学会用膜交换PPT和脱盐。圣斯1000吨/天反渗透海水淡化厂，30，学会交换PPT，膜水厂，140，000立方米/天纳滤厂在梅里市，巴瓦兹河，提供140，000吨饮用水，每天为巴黎附近的500，000居民，李，31，学会交换PPT，典型的膜应用过程反渗透，渗透和反渗透的区别：渗透是指水通过半透膜从低溶质浓度侧到高溶质浓度侧，直到渗透压计算：理想水溶液渗透压RTCsi实际溶液渗透压irtccsi是溶质浓度，mol/cm3，32，学习交换PPT，典型膜应用过程反渗透，半透膜，纯水，盐水，h，P，A，渗透，b，渗透平衡，c，反渗透，渗透，平衡渗透，反渗透示意图，33，学习交换PPT，典型膜应

10、用过程反渗透，一般来说，无机盐溶液的渗透压很高，天然水含有1g/l氯化钠，渗透压为反渗透是一种由压力差驱动的分离操作，其功能是拦截离子物质并仅渗透溶剂。反渗透不是渗透的逆过程，而是在等温条件下溶剂从高化学位向低化学位迁移的过程。反渗透将料液分为两部分：溶质很少的溶剂称为渗透液；不渗透膜的液体，其溶质浓度增加，称为浓溶液。1784年，Abble Nollet用猪膀胱做了渗透试验，发现了渗透现象；1953年，里德提出了反渗透海水淡化方案；1960年，勒布和索瑞拉简制造了第一个不对称结构的醋酸纤维素膜，反渗透技术进入实用阶段。反渗透过程可分为三类：高压反渗透(5.6-10.5兆帕)、低压反渗透(1.

11、0-4.2兆帕)和纳滤(0.3-1.0兆帕)。34，研究交流PPT，典型膜应用过程反渗透，分离机理反渗透膜上微孔的孔径约为2纳米，而无机盐离子的直径仅为0.1-0.3纳米，水合离子的直径为0.3-0.6纳米，明显小于孔径，因此分离现象不能用分子筛原理来解释。苏里扬提出了一个优先吸附毛细管流模型来解释不带电荷膜的分离；荷电膜分离机理考虑了膜与分离对象之间的唐南效应。溶解-扩散模型：膜是一个“完整的膜”，没有孔，35。学习交换PPT，典型膜应用过程反渗透，膜，低压渗透侧，Jw=水通量Cw=渗透溶质浓度Qp渗透流jwa，铬滞留物Qr滞留物流中的溶质浓度，高压侧Cb膜的驱动力主要溶质浓度Cm膜表面溶质

12、浓度，进料，滞留物。Qi=进料流量Ci=溶质浓度，反渗透工艺示意图，由三个参数评估：R表观截留率1-w/Ci Jw=单位面积渗透通量R回收率间歇系统：r=Jw A t/V连续系统：r=Jw A /Qi，36，学习交换PPT，典型膜应用工艺反渗透，反渗透膜：高操作压力要求膜必须具有高透水性和高脱盐率；耐某些酸碱、微生物和压力；必须满足工艺要求，性能稳定，能长期使用。形状：平板膜、管状膜、卷曲膜和中空纤维膜。主要膜材料有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺和聚砜。膜组件反渗透工艺的经济性和适用性取决于各种廉价的反渗透膜组件。主要是：管式、板式、中空纤维和卷装式组件的销售占反渗透总市场的70%，中空纤维组件占2

13、6%，而管式和板框组件的销售相对较少。组件必须满足以下要求：1)机械强度：它们必须承受高压并定期减压和清洗膜；2)良好的水力性能：模块设计必须将膜污染和浓差极化降至最低；3)经济性：部件的使用寿命必须长；4)制造成本低，易于更换。37，学习交换PPT，典型膜应用过程中的反渗透，38，学习交换PPT，典型膜应用过程中的反渗透，39，学习交换PPT，典型膜应用过程中的反渗透，40，学习交换PPT，典型膜应用过程中的反渗透，工艺设计1。原则：设计变量：流体力学和组分的流速，水的特性(溶质浓度和扩散率，os设计过程中需要考虑的因素：1)溶液变量：悬浮固体、可溶性无机物质、微生物、可溶性有机物质、有机溶

14、剂、氧化化学试剂、温度、酸碱度2)最低预处理要求SDI5 3)膜变量：膜材料和组件形式、组件中的流速、压降、回收率和浓度、最小运行通量和最大通量、组件布置、清洗要求4)膜与其他过程的组合5)膜的性能将随着长期运行而变化，通量和脱盐率将随着时间的延长而明显变化。一般来说，膜的寿命为3-5年；41、学习交换PPT，反渗透在典型的膜应用过程中，2、原料液的预处理每个反渗透系统都包括一定程度的原料预处理系统。其目的是延长膜的寿命，防止膜污染，保持系统的去除率和回收率。与预处理相关的投资成本和运营成本占总生产成本的50%。预处理的程度取决于膜组件的类型、进料液体的组成和系统所需的性能。预处理方法：1)防

15、止化学损伤。供应水的氯浓度和酸碱度会对膜造成化学损伤。聚酰胺膜不耐氯，醋酸纤维素应特别控制在pH7，水解特别快。常用脱氯方法：a、用亚硫酸氢钠处理；b、碳过滤和c、用SO2气体处理。通常，用硫酸或氢氧化钠来调节酸碱度，42。学会交换PPT，典型膜应用过程中的反渗透，43。学习交换PPT、反渗透在典型膜应用过程中，脱盐装置的常见单元：给水抽吸系统、预处理系统、反渗透膜产品水后处理动力回收系统、水源、高压泵、反渗透膜单元、后处理系统、分配、汽提、消毒、能量回收系统、浓缩液排放、典型脱盐系统单元，可通过2540冲击式水泵、反渗透、44、学习交流PPT、反渗透典型膜应用过程、海水、氯气、氯化铁、阳离子聚电解质、搅拌罐、氯气、0.5m筒式过滤器、阻垢剂、H2SO4、膜去除模块、海水淡化预处理系统、0.5m筒式过滤器、膜去除模块、深进水、酸，第三级渗透液，第一级渗透液，第二级渗透液，产品水应用1。海水和微咸水的脱盐。工业废水和危险废水的处理。化学加工工业应用电镀和金属抛光工业