新型分离技术 膜分离技术8.1.ppt

化工基础-新型分离技术 8.1膜分离技术 本章教学基本要求 了解膜分离过程种类及其基本特点，了解膜组件的型式、构成及膜分离工艺的主要应用领域； 了解超临界流体的基本性质、超临界流体萃取分离方法及典型流程。 膜分离技术的发展-定义 膜分离是一项新兴的高效分离技术，是基于物质透过固态膜或液态膜速率不同，而将多组分混合物或溶液中各组分加以分离、分级、纯化或富集的过程。 膜分离技术的发展-发展史 1748年科学家就发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，这一发现开创了膜渗透的研究。 1854年Graham发现了渗析现象。 1964年Traube成功地制成了历史上第一片人造膜-亚铁氰化铜膜。 20世纪40年代，利用渗析原理研制出人工肾。 20世纪50年代初，离子膜研制成功，电渗析技术成功地应用于工业生产中。 20世纪60年代Loeb研制成醋酸纤维素非对称性膜，这在膜分离技术的发展中是一个重要的突破，使反渗透进入了实用阶段。 20世纪70年代超滤和液膜； 20世纪80年代气体分离； 20世纪90年代渗透汽化。 此外以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和发展。 膜分离技术的发展-特点 操作温度低，能耗低，分离效率高，分离过程中不伴随相变，无二次污染。特别适合于热敏性物质、稀溶液、难分离物质的分离。 膜分离技术是一种新技术，与其它新技术一样，产品更新快，技术含量高，研制比重大，而且品种较多，生产规模小。 膜及膜分离技术的定义和分类-膜的定义 在一种流体相内或两种流体相之间，用一个较为致密的薄层（＜0.5mm）凝聚相物质把流体相分为两部分，这一薄层物质就是膜。膜本身可以是均一的一相，或是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体。膜既可以是固态的，也可以是液态的；可以是完全透过性的，也可以是半透过性的。不论膜有多薄，都必须起到隔离作用，以阻止膜两侧的流体相直接接触。 膜及膜分离技术的定义和分类-膜的分类 按制造膜的材料分类 高分子材料、金属、陶瓷 膜及膜分离技术的定义和分类-膜的分类 按膜的孔径大小分类 膜及膜分离技术的定义和分类-膜的分类 按膜的结构和制造方法分类 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 微滤MF：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差(约200kPa)为推动力，使不溶物浓缩过滤的操作。 功能：分离固体粒子10-0.02μm。 从水、饮料、药液中除菌；从啤酒中除去浑浊物。在生物技术领域，特别适用于细胞的捕获。 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 膜及膜分离技术的定义和分类-膜分离技术的分类和定义 纳米过滤NF: 以压力差为推动力介于超滤和反渗透之间，从溶液中分离出相对分子质量为300-1000的物质的膜分离过程。 制药，纯水制备，废水处理，化学工业，食品及染料工业，低聚糖的分离和精制，果汁的高度浓缩。 膜过滤的基本概念 膜过滤指MF、UF、RO三种过程。 UF、RO目的都是将溶质通过一层具有选择性的薄膜，而从溶液中分离出来，推动力都是压差，被分离物质的相对分子质量和粒径大小的差别，膜孔的结构不同，采用的压力差UF为100-1000kPa，RO为1-10 MPa 膜过滤的基本概念-超滤的工作原理 超滤是在一定的外压作用下，当含有高、低分子化合物的溶质的溶液通过被支撑的膜表面时，溶剂和低分子溶质将透过薄膜，作为透过液被收集，而膜另一侧的高分子溶质被截留而作为浓溶液被收集（分子质量500以上的高分子溶质）。 膜过滤的基本概念-微滤的工作原理 膜过滤的基本理论 超滤和反渗透特性一般可用膜的透过通量，即单位时间、单位面积透过膜的溶液量及截留率来表示。 膜的透过通量包括总体积通量和溶质透过通量 截留率有表观截留率和真实截留率 浓差极化现象：在膜分离法中，被透过膜的流体带到膜表面的溶质，被膜截留而累积增多，形成浓度边界层，膜表面处溶质浓度比原溶液主体高。 反渗透的应用 ①反渗透法处理酸性尾矿水废水经过滤后，用高压泵送进反渗透器，产出的淡水加碱调整pH值后即可作为工业用水，若再经过滤和消毒后还可作为饮用水。浓缩水部分循环，部分用石灰中和沉淀。废水中的CaS04容易沉淀，可沾污、堵塞反渗透膜，所以反渗透器的进水应控制废水与沉淀池返回来的上清液之比为10:1。同时，应使水流处于湍流状态，以便防止边界层沉淀。反渗透处理结果见表，操作压力为4.2