化工原理 第12章02（改）.ppt

1、12.3 膜分离 12.3.1概述 （1）目的：分离流体混合物 基本原理：固体膜对混合物各组分的选择性渗透。 推动力：压力差 电位差,（2）膜分离过程的分类,膜厚度： 如不对称膜：致密层0.1 m 多孔支撑层25100m 支撑层改善机械强度,聚酰胺转相膜,多孔聚醚酰胺膜表层,毛细管膜,细中空纤维,（3）膜的基本要求 截留率 透过速率（通量） kmol/m2s 随时间增加而衰减 截留分子量 分子大，截留率大(膜孔有大小) 定义：截留率90%物质的分子量 机械强度、化学稳定性,12.3.2 反渗透 （1）原理：盐水溶液蒸汽压，逸度 加压gh使逸度（P207） 平衡时 f纯水=f盐水 渗透压 =gh

2、=(x盐) 反渗透 p ,（2）浓差极化 溶质在膜表面截留， 形成高浓度区 控制体物料衡算： 积分z:0L, x:x1x3, 当x20，,传质系数k越小，浓差极化比越大,（3）透过速率 反渗透推动力 溶剂： A溶剂透过系数 （4）影响因素膜的性能，混合液浓缩程度， 浓差极化。 （5）反渗透的工业应用 如 海水脱盐: 3.5%0.05% 膜组件：螺旋卷式,中空纤维式 脱盐率(盐截留率)：98% 透过速率：4.1710-6m/s,12.3.3 超滤 （1）原理 多孔膜截留微粒、大分子溶质 膜孔的筛分作用 超滤透过速率,（2）透过速率和浓差极化 极限通量,（3）超滤操作的反冲 用渗透物反向冲洗 （4

3、）超滤的工业应用 热敏物、生物活性物等物质分离 如：果汁、牛奶的浓缩、 纯水制备(除去大分子有机物等) 生物酶的浓缩精制、血液中除去尿毒素 工业废水中除去高分子物质,12.3.4 电渗析 （1）原理 电位差为推动力， 离子交换膜使离子选择透过,离子交换膜： 高分子材料基体，链接可电离的活性基团 阳膜：活性基团常为磺酸基 电离后固定基团带负电 阴膜：活性基团常为季胺 电离后固定基团带正电,（2）电渗析的应用 从溶液中除去各种盐 盐水淡化制饮用水 电镀废水中回收铜、镍、铬 人工肾,12.3.5 气体渗透分离 （1）原理 多孔膜(孔径50nm)：努森流分离 均质膜：溶解分子扩散解吸,（2）透过率和分

4、离系数 均质膜： A组分扩散速率： 膜中溶解度：pA=HcA 渗透率 （3）气体渗透分离的应用 合成氨尾气中回收氢：60%90% 从油田气中回收CO2： 70%93% 空气制取60%富氧 天然气中提取氦,12.3.6 膜分离设备 （1）平板式膜分离器 优点：不易堵塞，压降较小， 160500m2/m3，容易换膜。 缺点：安装、密封要求高。,平板式膜分离器,（2）管式膜分离器 优点：结构简单，安装、操作方便， 缺点：膜面积少, 33330 m2/m3。,毛细管膜分离器,人工肾,管式膜分离器,（3）螺旋卷式膜分离器 优点：结构紧凑，6501600 m2/m3 缺点：成本高，膜清洗困难,（4）中空纤维式膜分离器 中空纤维外径约40250m， 优点：结构紧凑，1.63万m2/m3。 缺点：透过液流动阻力大，清洗、更换组件困难。,12.4 常规分离方法的选择 低浓度混合物提取目的产物，分离要求是 纯度和产物的得率（回收率）； 高浓度混合物除去杂质时，分离要求是纯 度和产物的损失率。 分离方法选择的目标是以最低的成本达到 既定的分离要求。分离成本由运行费用（操 作）和设备费用组成。,常规分离中，精馏是唯一不用分离剂的， 应首先考虑。其分离剂实际是热能。当 1.05时分离已很难。 萃取的分离剂是溶剂S； 吸收的分离剂是吸收