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第一节 膜分离技术 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： (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 过程 膜 主要功能 推动力 微滤 对称细孔高分子膜 孔径0.03~10 nm 滤除 ?50 nm的颗粒 压差 ~ 0.1 MPa 超滤 非对称多孔膜 孔径1~20 nm 滤除 5~100 nm的颗粒 压差 ~ 0.1 MPa 反渗透 非对称性或复合膜 孔径0.1~1 nm 水溶液中溶解盐类的脱除 压差 1~ 10 MPa 渗析(透析 非对称离子交换膜 孔径1~10 nm 水溶液中无机酸、盐的脱除 浓度差 电渗析 阴、阳离子交换膜 孔径1~10 nm 水溶液中酸、碱、盐的脱除 电位差 气体分离 均质膜和非对称膜 滤除 ?50 nm的颗粒 压差1~10 Mpa 浓度差 渗透汽化 复合膜 水、有机物的分离 渗透边的分压下降 液膜 液体保存在多孔膜中 盐、生理活性物质的分离 浓度差 常见的膜分离过程 膜材料 材料 特点 纤维素 二醋酸纤维素 (CDA)、三醋酸纤维素 (CTA)、硝化纤维素(CN)，混合纤维素(CN-CA)、乙基纤维素(EC)等。 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，酯类、强酸和碱类等液体的过滤。 聚酰胺 尼龙-6(NY-6)、尼龙-66(NY-66)、芳香聚酰胺(PI)、芳香聚酰胺酰肼(PPP)、聚苯砜对苯二甲酰(PSA) 具亲水性能，较耐碱而不耐酸，在酮、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。 聚砜 聚砜(PS)、聚醚砜 (PES)微滤膜 具有良好的化学稳定性和热稳定性，耐辐射，机械强度较高。 含氟材料 聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸 化学稳定性好，耐高温。如PTFE膜，－40～260oC，可耐强酸，强碱和各种有机溶剂。具疏水性，可用于过滤蒸气及腐蚀性液体。 一、板框式 膜组件 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。 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。 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、螺旋式膜组件 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。 四、中空纤纬式膜组件 膜分离过程简介 一、反渗透 渗透现象：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。 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液流动。 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，称为透析。 人工肾是透析过程最成功的范例。自1943年Kolff用醋酸纤维素膜制成的人工肾对血液进行透析治疗尿毒症获得成功后，透析技术在血液滤过、血液灌流和血浆分离等多种治疗方法上得到应用。 二、渗透 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对较小。 三、微孔过滤 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、超纯水的生产和空气过滤。 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。 四、超滤 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。 超滤应用非常广泛，从家用净水器到现代化工业生产。 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。 特点：能耗低、操作简单、装置紧凑并可按处理量改变等。 应用：合成氨弛放气中回收氢气，天然气中分离CO2、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。 五、气体分离