第9章其他分离技术1课件.ppt

9.4.4 微滤、超滤、反渗透及浓差极化现象 五、渗透汽化和蒸气渗透 本 章 小 结 应用： 微滤：制药行业的过滤除菌、电子工业用的高纯度水 的制备是其最大应用领域； 超滤：食品工业和乳清处理是其最大应用领域； 反渗透：海水制淡水、乳品加工等。 * 渗透现象：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。 渗透压：渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差 ? ?。 反渗透：在浓溶液一侧加压，使膜两侧的压差大于溶液的渗透压(?p ??)，溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧流动。 一、反渗透（Reverse Osmosis,RO） * 二、浓差极化现象 浓差极化现象不可避免 浓差极化现象的存在不利于传质： 被截留的组分在膜表面附近形成凝胶层，使传质阻力大大增加。 被截留的组分在膜的表面富积，而主体区的浓度较小，这种现象称为浓差极化。 * 浓差极化的影响 1.加快了溶质透过膜的渗析，使透过一侧的水质变差； 2.使膜表面处溶液浓度升高，导致溶液的渗透压升高，因此反渗透操作压力亦必须相应提高； 3.膜表面处溶液浓度升高，易使溶质在膜表面沉积下来，使膜的传质阻力大为增加，膜的渗透通量下降。此时提高压力反而会增加沉积层的厚度。??? 1.提高料液的流速。可使边界层减薄，传质系数增大。而流速增大，输送料液的能耗亦大，因此对于浓差极化不明显的料液，尽量减小膜的表面流速。 2.在料液流道内设置湍流促进器。可增强料液的湍流程度，提高传质系数； 3.提高料液温度。可使分子运动加快，降低黏度，也可以使浓差极化得到部分的控制。 浓差极化的控制 * 三、超滤与微滤 1、超滤与微滤都是在压力差作用下根据膜孔径的大小进行筛分的分离过程。 2、基本原理：在一定压力差作用下，当含有高分子溶质A和低分子B的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质（如无机盐类）透过膜，作为透过液被收集起来，而大于膜孔的高分子溶质（如有机胶体等）则被截留，作为浓缩液被回收，从而达到溶液的净化、分离和浓缩的目的。 * 能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程称为超滤；截留0.1μm更大分子(通常为分散粒子)的膜分离过程称为微滤。 超滤操作的压差为0.1～0.6Pa，微滤操作的压差为0.1～0.3MPa。 3、超滤与微滤的差别 微滤和超滤中使用的膜都是多孔膜。超滤膜多数为非对称结构，膜孔径范围为1nm～0.05μm，系由一极薄具有一定孔径的表皮层和一层较厚具有海绵状和指孔状结构的多孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。微滤膜有对称和非对称两种结构，孔径范围为0.05～10μm。 * 操作过程中无相变化，且一般在常温低压下进行，故能耗很低，约为蒸发或冷冻法的1/2~1/3 物质在浓缩过程中不发生质变，因而适用于保味和热敏性物质的处理 设备体积小，结构简单，故投资费用低 工艺流程简单，易于操作和管理 能将不同分子量的物质分级 4、超滤的特点 应用:超滤作为一种膜分离技术，在工业生产、医药卫生和环境保护等领域得到了广泛的应用。如海水淡化和超纯水的制备、无菌液体食品的制造、血液超滤净化、药物的浓缩和净化、乳制品的浓缩以及废水处理等。 * 反渗透、超滤和微滤技术的原理和操作特点比较 分离技术类型 反渗透 超滤 微滤 膜的形式 表面致密的非对称膜、复合膜等 非对称膜，表面有微孔 微孔膜 膜材料 纤维素、聚酰胺等 聚丙烯腈、聚砜等 纤维素、PVC等 操作压力 /MPa 2～100 0.1～0.6 0.1～0.3 分离的物质 分子量小于500的小分子物质 分子量大于500的大分子和细小胶体微粒 0.1～10μm的粒子 分离机理 非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用 筛分，膜的物化性能对分离起一定作用 筛分，膜的物理结构对分离起决定作用 水的渗透通量 /(m3.m-2.d-1) 0.1～2.5 0.5～5 20～200 * 四、气体膜分离(Gas Permeation,GP) 气体膜分离是在膜两侧压力差的作用下，利用气体混合物中各组分在膜中渗透速率的差异而实现分离的过程。 特点：能耗低、占地小、投资少、无污染，成为低温精馏、 吸收、变压吸附等气体分离方法的有力竞争者。 * 应用：合成氨尾气中回收氢气（Prism膜），从天然气中分离 CO2、回收浓缩氦气；空气中富氧空气或氮气；以金属钯膜制取超纯氢；水果保鲜系统；空气、有机蒸气或天然气的脱湿；燃烧废气中CO2的回收和燃烧废气脱硫等。 早在一百多年前，人们就发现了渗透蒸发现象，但直到上世纪50~60年代，以Kammermyer，Binning，Michaels和Long，Neel为代