子任务3知识点2：膜分离技术

1、淄博职业学院离子膜烧碱生产操作课程教学方案教师： 序号：授课时间授课班级上课地点多媒体教室学习内容子任务3：一次盐水制备过程-知识点2：膜分离技术学时教学目标专业能力能分析粗盐水精制的过程；能分析膜分离的工作过程方法能力学会膜分离装置的选用和使用维护保养方法，完成任务小组内、外部资源协调使用的方法。社会能力在进行化工工艺仿真实训过程中，要团结协作，完成膜分离装置分离悬浮物的工作任务，能做到理论联系实际。目标群体之前已学习了液体输送工作任务，熟悉了完成盐水输送工作任务需要的工作条件。为完成工作任务，需要先学习一下膜分离装置的组成、结构、工作过程及其操作方法，通过反渗透装置的操作训练，提高了学生的

2、解决膜过滤的实际问题的能力，让学生学会完成生产任务的工作方法。教学环境多媒体教室教学方法 课堂讲授、讨论提问法时间安排教学过程设计一、任务资讯1.膜分离装置的技术资料与图片。2.一次盐水生产工艺流程图。3.一次盐水生产仿真操作实训软件。二、任务决策 通过对完成任务的工作条件、基本生产资料、完成后将获得的结果与过程的要求进行了逐一分析，确定对粗盐水制备过程中的新生成的碳酸钙颗粒，将通过采用薄膜过滤器的方法实施分离操作，达到完成粗盐水中所含的杂质碳酸钙颗粒的目的，因此，需要学习液体混合物中的颗粒的分离中的膜分离的相关技术与操作方法。三、任务计划 根据决策方案的完成的工作要求和完成任务需要的时间要求

3、，在教师的指导下，由组长负责组织成员共同完成膜分离过程的工作计划。本次完成膜分离技术的理论技能培训工作任务需要2 课时。四、任务实施根据本次粗盐水工作任务的计划进度要求，开始实施工作任务，首先需要了解膜分离的工作原理与工作过程。了解凯膜过滤器装置的组成、功能、工作原理与操作方法等，在认识其结构与原理的基础上，与小组内的学生一起完成理论与操作技能的培训学习。如下：（一）一次盐水的生产过程 1.生产原料原盐原盐：工业生产中使用的原料食盐称之为原盐。表1-8 从薄膜过滤器溢流而出的盐水质量指标控制项目指标要求NaCl(g/l)315Na2CO3(g/l)(过量)NaOH(g/l)(过量)盐水温度（）

4、50左右ss1mg/l(Ca、Mg固体物除外)选择原盐的主要标准: 氯化钠含量要高，一般要求大于95%； 化学杂质要少，Ca2+、Mg2+总量要小于1%，SO42+要小于0.5%； 不溶水的杂质要少； 盐的颗粒要粗。2.粗制盐水的制备与Mg2+去除的工艺流程(重点与难点) 图1-41粗制盐水制备与Mg2+去除的生产工艺流程图Mg2+去除的方法 MgCl22NaOHMg(OH)22NaClFeCl33NaOHFe(OH)33NaCl3.Ca2+去除的工艺流程图1-41 Ca2+去除的生产工艺流程图Ca2+去除的方法：Na2CO3CaCl2CaCO32NaCl4.膜分离技术 膜分离的基础(难点)膜

5、分离：借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。图1-42多孔膜图1-43无孔膜膜的种类繁多，大致可以按以下几方面对膜进行分类。根据膜的材质，从相态上可分为固体膜和液体膜。从材料来源上，可分为天然膜和合成膜，合成膜又分为无机材料膜和有机高分子膜。根据膜的结构，可分为多孔膜和致密膜如图1-47、1-48所示。图1-47多孔膜图1-48无孔膜按膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。对称膜又称均质膜。不对称膜具有极薄的表面活性层（或致密层）和其下部的多孔支撑层。根据膜的功能，可分为离子交换膜、渗透膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜、闸膜、气体渗透膜等。根据固体膜的形状

6、，可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜以及具有垂直于膜表面的圆柱形孔的核径蚀刻膜，简称核孔膜等。表1-9几种主要的膜分离过程过程简图推动力传递机理透过物截留物膜类型210um）进料滤液（水）压力差100kPa颗粒大小、形状水、溶剂溶解物悬浮物颗粒、纤维多孔膜um）进料滤液浓缩液压力差1001000kPa分子物性、大小、形状水、溶剂胶体大分子（不同分子量）非对称性膜um）进料溶剂（水）溶质（盐）压力差100010000kPa溶剂的扩散传递水、溶剂溶质、盐（悬浮物大分子、离子）非对称性膜或复合膜渗析进料接受液净化液扩散液浓度差溶质的扩散传递低分子量物离子溶剂分子量1000非对称性膜离子交换膜电渗析浓电

7、解质阳离子交换膜产品（溶剂）阴离子交换膜进料极极电化学势电解质离子的选择传递电解质离子非电解质大分子物质离子交换膜气体分离进气渗透气渗余气压力差100010000kPa浓度差（分压差）气体和蒸汽的扩散渗透渗透性的气体或蒸汽难渗透性的气体或蒸汽均匀膜、复合膜非对称性膜过程简图推动力传递机理透过物截留物膜类型渗透汽化进料溶剂或溶质溶质或溶剂分压差选择传递（物性差异）溶质或溶剂（易渗组分的蒸汽）溶剂或溶质（难渗组分的液体）均匀膜、复合膜非对称性膜液膜（促进传递）点 外相膜相内相化学反应和浓度差反应促进和扩散传递杂质（电解质离子）溶剂非电解质液膜常见的膜分离设备主要有如下几种膜组件。 板框式膜组件图1

8、-47 导流板、膜、支承板交替重叠板框式膜组件使用平板式膜，故又称为平板式膜组件。这类膜器件的结构与常用的板框压滤机类似，由导流板、膜、支承板交替重叠组成。如图1-47是一种板框式膜器的部分示意。图1-50导流板与支承板的作用合在一块板上如图1-50是另一种型式的板框式膜器件，它将导流板与支撑板的作用合在一块板上。图中板上的弧形条突出于板面，这些条起导流板的作用，在每块板的两侧各放一张膜，然后一块块叠在一起。膜紧贴板面，在两张膜间形成由弧形条构成的弧形流道，料液从进料通道送入板间两膜间的通道，透过液透过膜，经过板面上的孔道，进入板的内腔，然后从板侧面的出口流出。板框式膜组件的优点是组装方便，膜

9、的清洗更换比较容易，料液流通截面积较大，不易堵塞，同一设备可视生产需要而组装不同数量的膜。但其缺点是需密封的边界线长，为保证膜两侧的密封，对板框及其起密封作用的部件的加工精度要求高。 卷式膜组件图1-51卷式膜组件卷式膜组件也是用平板膜制成的，其结构与螺旋板式换热器类似。如图1-51，支撑材料插入3边密封的信封状膜袋，袋口与中心集水管相接，然后衬上起导流作用的料液隔网，两者一起在中心管外缠绕成筒，装入耐压的圆筒中即构成膜组件。使用时料液沿隔网流动，与膜接触，透过液透过膜，沿膜袋内的多孔支撑流向中心管，然后由中心管导出。 管式膜组件管式膜组件由管式膜制成，它的结构原理与管式换热器类似，管内与管外

10、分别走料液与透过液，如图1-52，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。管式膜分为外压和内压两种，外压即为膜在支撑的外侧。因外压管需有耐高压的外壳，应用较少；膜在管内侧的则为内压管式膜。亦有内、外压结合的套管式管式膜组件。图1-52 管式膜组件管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少，一般仅为33330m2/m3，除特殊场合外，一般不被使用。 中空纤维膜组件图1-53中空纤维膜组件中空纤维膜组件的结构与管式膜类似，即将管式膜由中空纤维代替。如图1-53是中空纤维膜制成的膜组件示意，它由很多根纤维（几十万至数百万根）组成，众多中空纤维与中心进料管捆在一起，一端用环氧树脂密封固定，另一端用环氧树

11、脂固定，料液进入中心管，并经中心管上下孔均匀地流入管内，透过液沿纤维管内从左端流出，浓缩液从中空纤维间隙流出后，沿纤维束与壳间的环隙从右端流出。这类膜组件的特点是设备紧凑，单位组件体积内的有效膜面积大（高达1600030000 m2/m3）。因中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，所以料液走管间，渗透液走管内，透过液侧流动损失大，压降可达数个大气压，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。析进料接受液净化液扩散液浓度差溶质的扩散传递低分子量物离子溶剂分子量1000非对称性膜离子交换膜电渗析浓电解质阳离子交换膜产品（溶剂）阴离子交换膜进料极极电化学势电解质离子的选择传递电解质离子非电解质大分子物质离子交换

12、膜气体分离进气渗透气渗余气压力差100010000kPa浓度差（分压差）气体和蒸汽的扩散渗透渗透性的气体或蒸汽难渗透性的气体或蒸汽均匀膜、复合膜非对称性膜过程简图推动力传递机理透过物截留物膜类型渗透汽化进料溶剂或溶质溶质或溶剂分压差选择传递（物性差异）溶质或溶剂（易渗组分的蒸汽）溶剂或溶质（难渗组分的液体）均匀膜、复合膜非对称性膜液膜（促进传递）点 外相膜相内相化学反应和浓度差反应促进和扩散传递杂质（电解质离子）溶剂非电解质液膜 膜分离技术的类型 反渗透a 反渗透工作过程渗透压：如图1-49所示。当纯水与盐水用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水则透过膜向盐水侧渗透，过程的推动力是纯水和盐水的化学位之差，表现为水的渗透压。反渗透：随着水的不断渗透，盐水侧水位升高，当提高到h时，盐水侧的压力p2与纯水侧的压力p1之差等于渗透压时，渗透过程达到动态平衡，宏观渗透为零。如果在盐水侧加压，使盐水侧与纯水侧压差p2-p1大于渗透压，则盐水中的水将通过半透膜流向纯水侧，这一过程就是所谓反渗透。半透膜纯水 P1盐水hP1P2渗透压P1P2P(a)渗透现象 (b)渗透平衡 (c)反渗透图1-49 反渗透原理五、任务检查 个人先自查后，小组人员互查，由组长与指导老师共同讨论决定，根据小组完成工作任务的