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实验九 中空纤维超过滤膜分离 一、实验目的 1. 了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程； 2. 了解膜分离技术的特点； 1. 培养膜分离的实验操作技能。 二、实验原理 膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双 组分或多组分的溶质与溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离法可用于液相和气 相。对于液相分离可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其它微粒的水溶 液体系。膜分离包括反渗透、超过滤、电渗析、微孔过滤等。膜分离过程具有无相态变化、 设备简单、分离效率高、占地面积小、操作方便、能耗少、适应性强等优点。目前，在海水 淡化、食品加工工业的浓缩分离、工业超纯水制备、工业废水处理待领域的应用越来越多。 超过滤是膜分离技术的一个重要分支，通过实验掌握这项技术具有重要的意义。 根据溶解-扩散模型，膜的选择透过性是由于不同组分在膜中的溶解度和扩散系数不同 而造成的。若假设组分在膜中的扩散服从Fick 定律，则可推出透水速率F 及溶质透过速 w 率F 方程。 s DcV (p) 1.透水速率F  w w M  A(p) w RT 2 式中：F —透水速率，g/cm ·s； w 2 D —水在膜中的扩散系数，cm ·s； w 3 c —水在膜中的浓度，g/cm； w 3 V —水的偏摩尔体积， cm/mol； M Δ—膜两侧的压力差，atm； p Δ—膜两侧的渗透压差，atm； π R—气体常数； T—温度，K； Δ—膜的有效厚度，cm。 DcV w w w 2 A′—膜的水渗透系数（ ），g/cm ·s·atm RT 2.溶质透过速率 DKc DK (c c ) F  s s  s s 2 3  Bc B(c c ) s 2 3   2 式中，D—溶质在膜中的扩散系数，cm/s； s K—溶质在溶液和膜两相中的分配系数； s B—溶质渗透系数； Δc—膜两侧的浓度差。 有了上述方程，下面建立中空纤维在定态时的宏观方程。料液在管中流动情况如图所示。 取假设条件： （1） 径向混全均匀； （2） π =BX ，渗透压正比于摩尔分数； A A （3） N « N ,X «1，B 组分优先透过； A B A3 （4） D /K·δ，同X 或K 无关； AM A1 U L （5） peB 0  ，忽略轴向混合扩散。 E 由假设看出，其实质是一维问题，只是侧壁有液体流出的情况，因为关心的是管中组分 的浓度分布，只需做出两个质量衡算方程即可求解。 由连续性方程： c