第一节膜分离技术PPT学习教案

1、会计学1第一节膜分离技术第一节膜分离技术第1页/共14页膜分离：膜分离： 一般是指利用膜对流体混合物中不同组分的选择性渗透的特点来分离流体混合物的操作过程 膜分离的应用：膜分离的应用：(1) 分散得很细的固体，特别是与液体密度相近，胶状的可压缩的固体微粒；(2) 低分子量的不挥发的有机物、药物与溶解的盐类；(3) 对温度、酸碱度等物理化学条件特别敏感的生物物质。 涉及气体分离、水溶液分离、生化产品的分离与纯化等操作的食品和饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、湿法冶金、气体和液体燃料的生产及石油化工制品的生产等第2页/共14页过程过程 膜膜 主要功能主要功能 推动力推动力 微滤微滤对称细

2、孔高分子膜对称细孔高分子膜孔径孔径0.0310 nm 滤除滤除 50 nm的颗的颗粒粒 压差压差 0.1 MPa 超滤超滤非对称多孔膜非对称多孔膜孔径孔径120 nm 滤除滤除 5100 nm的的颗粒颗粒 压差压差 0.1 MPa 反渗透反渗透非对称性或复合膜非对称性或复合膜孔径孔径0.11 nm 水溶液中溶解盐类水溶液中溶解盐类的脱除的脱除 压差压差1 10 MPa 渗析渗析( (透析透析非对称离子交换膜非对称离子交换膜孔径孔径110 nm 水溶液中无机酸、水溶液中无机酸、盐的脱除盐的脱除 浓度差浓度差 电渗析电渗析阴、阳离子交换膜阴、阳离子交换膜孔径孔径110 nm 水溶液中酸、碱、水溶液

3、中酸、碱、盐的脱除盐的脱除 电位差电位差 气体分离气体分离均质膜和非对称膜均质膜和非对称膜 滤除滤除 50 nm的颗的颗粒粒 压差压差110 Mpa浓度差浓度差 渗透汽化渗透汽化复合膜复合膜 水、有机物的分离水、有机物的分离 渗透边的分压下渗透边的分压下降降 液膜液膜液体保存在多孔膜中液体保存在多孔膜中 盐、生理活性物质盐、生理活性物质的分离的分离 浓度差浓度差 常见的膜分离过程常见的膜分离过程第3页/共14页 膜材料膜材料材料特点纤纤维维素素二醋酸纤维素二醋酸纤维素 (CDA)(CDA)、三醋酸纤、三醋酸纤维素维素 (CTA)(CTA)、硝化纤维素、硝化纤维素(CN)(CN)，混合纤维素混合

4、纤维素(CN-CA)(CN-CA)、乙基纤维素、乙基纤维素(EC)(EC)等。等。成孔性、亲水性好、价廉易得，使用温成孔性、亲水性好、价廉易得，使用温度范围较广，可耐稀酸，不适用于酮类，度范围较广，可耐稀酸，不适用于酮类，酯类、强酸和碱类等液体的过滤。酯类、强酸和碱类等液体的过滤。聚聚酰酰胺胺尼龙尼龙-6(NY-6)-6(NY-6)、尼龙、尼龙-66(NY-66)-66(NY-66)、芳香聚酰胺芳香聚酰胺(PI)(PI)、芳香聚酰胺酰、芳香聚酰胺酰肼肼(PPP)(PPP)、聚苯砜对苯二甲酰、聚苯砜对苯二甲酰(PSA)(PSA)具亲水性能，较耐碱而不耐酸，在酮、具亲水性能，较耐碱而不耐酸，在酮、

5、酚、醚及高相对分子质量醇类中，不易酚、醚及高相对分子质量醇类中，不易被浸蚀，孔径型号也较多。被浸蚀，孔径型号也较多。聚聚砜砜聚砜聚砜(PS)(PS)、聚醚砜、聚醚砜 (PES)(PES)微滤膜微滤膜具有良好的化学稳定性和热稳定性，耐具有良好的化学稳定性和热稳定性，耐辐射，机械强度较高。辐射，机械强度较高。含含氟氟材材料料聚偏氟乙烯膜聚偏氟乙烯膜(PVDF)(PVDF)、聚四氟乙、聚四氟乙烯膜烯膜(PTFE)(PTFE)、聚全氟磺酸、聚全氟磺酸化学稳定性好，耐高温。如化学稳定性好，耐高温。如PTFEPTFE膜，膜，4040260260o oC C，可耐强酸，强碱和各种有，可耐强酸，强碱和各种有机

6、溶剂。具疏水性，可用于过滤蒸气及机溶剂。具疏水性，可用于过滤蒸气及腐蚀性液体。腐蚀性液体。第4页/共14页一、板框式一、板框式第5页/共14页二、圆管式二、圆管式圆管式膜组件的机构主要将膜和支撑体均制成管状。第6页/共14页 螺旋卷式膜组件是将做好的平板膜密封成膜袋，在两膜螺旋卷式膜组件是将做好的平板膜密封成膜袋，在两膜袋间衬以网状间隔材料并紧密地卷绕在多孔中心管上制成袋间衬以网状间隔材料并紧密地卷绕在多孔中心管上制成。 1-密封圈(原溶液)；2-渗透物收集管；3、4-浓缩物；5、9-进料-分隔板；6、8-膜；7-渗透物-分隔板；10-膜的粘合；11-外壳；12-渗透槽三、三、螺旋式膜组螺旋式

7、膜组件件第7页/共14页 将几十万根或更多的中空纤维束的一端封死，另一端固定将几十万根或更多的中空纤维束的一端封死，另一端固定在管板上，再装入圆筒型耐压容器内制成。特点是自承式。在管板上，再装入圆筒型耐压容器内制成。特点是自承式。四、四、中空纤纬式膜组件中空纤纬式膜组件第8页/共14页 膜分离过程简介膜分离过程简介一、反渗透一、反渗透渗透现象：渗透现象：即纯溶剂通过半透膜由纯溶剂一侧向溶液一侧即纯溶剂通过半透膜由纯溶剂一侧向溶液一侧的自发流动过程。的自发流动过程。渗透压：渗透压：渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差 。反渗透：反渗透：在浓溶液一侧加压，使膜两

8、侧的压差大于溶液的在浓溶液一侧加压，使膜两侧的压差大于溶液的渗透压渗透压( ( pp ) )，溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧液流动。，溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧液流动。 稀溶液 浓溶液 半透膜 渗透 稀溶液 浓溶液 半透膜 平衡 稀溶液 浓溶液 半透膜 反渗透 p 第9页/共14页 在一半透膜两侧的两种溶液中的小分子溶质或溶剂通在一半透膜两侧的两种溶液中的小分子溶质或溶剂通过膜进行交换，而大分子被截留在各自的一侧的现象，称过膜进行交换，而大分子被截留在各自的一侧的现象，称为透析。为透析。 人工肾是透析过程最成功人工肾是透析过程最成功的范例。自的范例。自19431943年年KolffKolff用用醋

9、酸纤维素膜制成的人工醋酸纤维素膜制成的人工肾对血液进行透析治疗尿肾对血液进行透析治疗尿毒症获得成功后，透析技毒症获得成功后，透析技术在血液滤过、血液灌流术在血液滤过、血液灌流和血浆分离等多种治疗方和血浆分离等多种治疗方法上得到应用。法上得到应用。 水 x1 溶质 B A 渗出液 原液 x 2 水或溶剂 渗析液 溶剂+扩散分子 二、渗透二、渗透第10页/共14页原理：压力差的作用下，利用膜的孔径的大小对原理：压力差的作用下，利用膜的孔径的大小对微粒进行机械筛分和截留，而吸附截留的作用相微粒进行机械筛分和截留，而吸附截留的作用相对较小。对较小。 三、微孔过滤三、微孔过滤常用的膜是醋酸纤维素和硝酸纤

10、维素等混合常用的膜是醋酸纤维素和硝酸纤维素等混合组成。其它商业化膜有再生纤维素膜，聚氯组成。其它商业化膜有再生纤维素膜，聚氯乙烯膜，聚酰胺膜和陶瓷膜等。乙烯膜，聚酰胺膜和陶瓷膜等。工业上主要用于无菌液体、超纯水的生产和工业上主要用于无菌液体、超纯水的生产和空气过滤。空气过滤。 第11页/共14页原理：原理：溶液在压力差的作用下，溶剂和小于膜孔径的溶质由膜溶液在压力差的作用下，溶剂和小于膜孔径的溶质由膜透过，而大于膜孔径的溶质则被截留，从而达到溶液的净化、透过，而大于膜孔径的溶质则被截留，从而达到溶液的净化、分离和浓缩。分离和浓缩。 四、超滤四、超滤 A+B 溶液 A 溶液 B 溶液 超滤与微滤的不同之处在于能截留溶解的大分子，与反超滤与微滤的不同之处在于能截留溶解的大分子，与反渗透的不同之处在于所截留的大多为大分子溶质。渗透的不同之处在于所截留的大多为大分子溶质。 超滤应用非常广泛，从家用净水器到现代化工业生产。超滤应用非常广泛，从家用净水器到现代化工业生产。 第12页/共14页 混合气体在压差作用下通过分离膜，利用混合气中的各混合气体在压差作用下通过分离膜，利用混合气中的各组分分子在膜中的透过速率不同而达到分离的目的。组分分子在膜中的透过速率不同而达到分离的目的。 渗透物 残留物 原料气 气体膜分离过程示意图 特点：特点：能耗低、操作简单、装置紧凑并可按