第三章 膜分离技术知识 现代分离科学与技术知识 .ppt

在电渗析过程中, 膜的作用并不象离子交换树脂那样对溶液中的某种离子起交换作用, 而是对不同电性的离子起选择透过作用, 因而离子交换膜实际上应称为离子选择性透过膜。 正极 阴离子交换膜 负极 + 固定离子 Cl- Na+ - 海水淡化----电渗析原理 1 离子在电场下的定向迁移 2 膜的选择性透过 3 分离对象/产品的去向 关注 + - 极水 盐水 淡水 电渗析的特点 1、除盐率比较任意。根据需要可在30~99％的范围内选择。 2、能量消耗很低。是目前该领域中比较经济的水处理技术 之一。 3、 对环境无污染。电渗析运行时，不象离子交换树脂那样有饱和失效问题，所以不用酸、碱频繁再生，也不需要加入其他药剂，仅在定时清洗时用少量的酸，对环境基本无污染。与反渗透相比，也没有高压泵的强烈躁声。 4、 装置设计灵活、使用寿命长、操作维修方便。 电渗析的应用 电渗析装置已被广泛应用于电力、化工、电子、环保、医药、纺织、食品等行业，获得令人满意的经济效益，具体用途主要有： 1、海水、苦咸水淡化制取生活饮用水。 2、制取啤酒、汽水、纯净水等饮料用水。 3、制取低压锅炉用水。 4、 电渗析和离子交换法联合使用，制取蒸馏水、高纯水、超纯水，这种制水方法可节约酸碱80-90%，避免树脂的频繁再生，并大大降低制水成本。 5、 联合其他不同的处理单元，可制成满足电子、医药、食品、化工等更高档次的行业用水。 6、电镀、电子等工业废水（液）中Au、Ag、Cu等贵重金属的回收及废水回用。 渗透气化（PV） 渗透汽化过程(Pervaporation，简称PV，国内又 称为“渗透蒸发”)是一种新型的膜分离过程，是利用 混合液中各组分被高分子膜选择吸附溶解，及其在 膜中扩散速度的不同，通过渗透与蒸发将各组分分 开，从而分离或富集有机混合物中的某一组分的一 种膜分离技术. 渗透汽化技术用于液体混合物的分离，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成的分离任务。 PV技术特别适用于普通蒸馏法难以或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离，同时对有机溶剂、混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的脱除在技术上和经济上具有明显的优势，PV技术还可以同生物及化学反应藕合，将反应生成物不断脱除，从而提高反应转化率。因而PV技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景。 渗透气化（PV）原理 渗透气化示意图 渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶 解扩散性能的不同，实现组分分离的一种膜过程。液体 混合物原料经加热器加热到一定温度后，在常压下送入 膜分离器与膜接触，液体混合物料流与膜的一侧接触, 所有组分的蒸气分压均处于饱和状态,在膜的下游侧用 抽真空或载气吹扫的方法降低膜下游蒸气分压，保持膜 两侧之间的蒸气分压梯度。渗透物组分在膜两侧的蒸汽 分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜，并在膜的下游 侧汽化，被冷凝成液体而除去。不能透过膜的截留物流 出膜分离器。渗透液蒸发所需的热量也传递并通过膜， 即渗透汽化是传热与传质相伴随的过程. 渗透气化（PV）原理 与蒸馏等传统的分离技术相比，渗透汽化过程的特点是： (1)高效节能。选择合适的膜，单级就能达到很高的分离度,一般比恒沸精馏法节能1／2~2／3。 (2)单元化的膜结构。过程简单，附加的处理少，操作方便。 (3)无污染流程过程不引入其它试剂，产品和环境不会受到污染。 (4)便于放大及与其它过程耦合和集成。PV与精馏过程集成和PV与反应过程集成. (5)特别适合共沸物的分离。 渗透汽化的特点 评价PV膜的性能主要有两个指标:渗透通量J,分离因子α和富集因子β值. 渗透通量J：在单位面积上单位时间内渗透过膜的物质的质量，通常用的单位是kg/m-2h-1。渗透通量表征通过膜的渗透度的大小，其大小决定了为完成一定分离任务所需膜面积(即膜器)的大小，渗透通量大，所需膜面积就小。 分离因子：表示用膜分离两种物质效率. 富集因子: 表示膜的选择性. PV膜的性能指标 为了表征渗透汽化膜的综合分离性能定义新的指标PSI,称为渗透汽化分离指数。 表征膜的实用性通常有四个指标: 选择性、渗透通量、机械强度和稳定性(包括 耐热性耐溶性及性能维持性等)。 PV膜分离性能的影响因素 膜材料结构,被分离组分的物化性质和它们相互作用 渗透汽化的操作温度 进料液的浓度 膜上、下游的压力 其中膜材料的选择是一个关键问题。在渗透汽化中应以含量少的组分为优先透过组分，根据组分的性质选择膜的材料，同时，还必须考虑膜的各种性质，如抗有机溶剂的