第七章 膜分离技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章 膜分离技术,学习目标,：,了解膜分离技术的特点和类型，各种类型膜分离器的结构和优、缺点以及膜分离技术在工业生产中的典型应用和发展趋势。,掌握反渗透、超滤、电渗析、气体膜分离、微滤的基本原理、工艺流程及各种膜分离过程的影响因素、能够分析解决实际问题。,第一节 概,述,一、膜和膜分离的分类,1.,膜的定义与分类,膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。,选择性透过膜的定义,按膜结构进行分类,2.,膜分离的定义、分类和特,点,膜分离,-,借助于膜，在某种推动力的作用下，利用,流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的过,程。,膜分离过程的特点如下,:,一般不发生相变，能耗低；,一般在常温或温度不太高的条件下进行；,可除去病毒、细菌，溶液中的大分子和无机盐,装置简单、操作方便、维护费用低。,二、对膜的基本要求,1.,膜,应具,有良好的选择透过性，通常表示,为,:,截留率,R,R,=,透过速率（通量）,J,指单位时间、单位膜面积的透过的物质量，常用单位为,kmol/(m,2,s),。,截留物分子量,一般取截留率为,90%,的物质的分子量为膜的截留物分子量。,2.,膜有足够的机械强度和化学稳定性,。,R,=,三、膜分离技术在环境工程中的应用,1,饮用水的净化,2,工业用水的处理,3,工业污水和市政污水处,理,四、膜分离设备,膜分离技术的核心是分离膜。,无机,膜,聚合物膜,按分离膜的材质不同,按膜的分离功能,：,微滤膜、超滤膜、反渗透膜、渗析膜、,电渗析膜、气体分离膜、渗透蒸发膜、,液体分离膜；,按膜的形态,：,平板膜、管状膜、细管膜、中空纤维膜等。,膜分离器,-,将膜以某种形式组装在一个基本单元设,备,内,也称膜组件,:,板框式,中空纤维式,螺旋卷式,毛细管式,圆管式,槽式,板框式膜组件构造示意图,紧螺栓式板框式反渗透,螺旋卷式反渗透膜组件,螺旋卷式反渗透器,管式膜组件,杜邦公司中空纤维反渗透膜组件示意图,毛细管膜组件示意图,槽条式膜组件示意图,第,二,节 反 渗 透,一、反渗透原理,渗透压,（,a,）渗透；（,b,）渗透平衡；（,c,）反渗透,渗透过程示意图,反渗透膜,对,反渗透膜,的要求,:,具有较好的分离透过性,良好的,物化稳定性,典型的非对称膜结构示意图,二、影响反渗透因素,浓差极化,浓差极化,-,溶质在膜表面附近积累，造成由膜表面到溶,液主体之间的具有浓度梯度的边界层，引起溶质从膜表面通,过边界层向溶液主体扩散。,不良影响,:,导致溶剂的渗透通量下降；,对溶剂渗透通量的增加提出了限制；,膜表面上形成沉淀，会堵塞膜孔；,会导致膜分离性能的改变；,出现膜污染。,三、反渗透组件及其技术特征,各种反渗透组件技术特征,各种组件的比较,各种组件的比较,四、反渗透过程工艺流程,一级一段连续式,一级一段循环式,一,级一段连续式,一级一段循环式,一级一段循环式,一级多段连续式,一级多段循环式,多级多段循环式,五、反渗透技术的应用,（,1）,海水淡化,目的：除去无机盐,日本某海水淡化厂工艺流,（2）,纯水制备,目的：除去水中,悬浮固体、溶解固体、可溶性气体、,挥,发物质及微生物、细菌等,超纯水生产的典型工艺流程,（3）,电镀污水处理,目的：除去重金属,（,4）,低分子溶液的浓缩,电镀污水反渗透流程,第三节 超,滤,一、超滤原理,在膜表面及微孔内吸附；,在膜面的机械截留；,在,微,孔中停留而被除去。,二、超滤的浓差极化,溶质会在膜表面积聚,并形成从膜面到主体溶液之间的浓度梯度。,超滤分离原理示意图,减轻浓差极化,的,措施,：,错流设计,，以利清除极化层；,流体流速提高，增加流体的湍动程度；,采用脉冲以及机械刮除法维持膜表面的清洁,。,三、超滤膜,常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、,聚偏氟乙烯等。,四、超滤过程的工艺流程,参见教材,235,页表,7-5,五、超滤技术的应用,三种类型：,浓缩；,小分子溶质的分离；,大分子溶质的分级。,1,回收电泳涂漆污水中的涂料,超滤在金属电泳漆过程中的应用,2,含油污水的回收,超滤过程处理含油污水,3,果汁的澄清,果汁澄清新旧工艺比较（,a,）传统工艺，,(b),超滤新工艺,4,血清白蛋白的提取,用超滤技术提取血清白蛋白工艺,5,纺织工业污水的处理,（,1）,聚乙烯醇（,PVA,）退浆水的回收,；,（,2）,染色污水中染料的回收,；,（,3）,羊毛清洗污水中回收羊毛脂,。,第四节 电渗析,一、电渗析原理及适用范围,1,电渗析原理,电渗析过程示意图表,电位差为推动力,2,电极反应,阳极和阴极上所发生的反应分别是氧化反应和还原反应。,以,NaCl,水溶液为例，其电极反应为：,阳极：,20H,-1,2e,：,O+H,2,O,Cl,-,e,Cl,H,+,+Cl,-,HCl,阴极：,2H+2e ,H,2,Na,+,+OH,-,NaOH,3,极化现象,当操作电流极化现象大到一定程度时，膜内离子迁移被,强化，就会在膜附近造成离子的“真空”状态，在膜界面处,将迫使水分子离解成,H,+,和,OH,-,离子来传递电流，使膜两侧的,pH,值发生很大的变化，这一现象称为极化。,极化的危害：,Ca,2+,、,Mg,2+,等离子时将形成沉淀,；,膜电阻增,大,，降低分离效率,。,4,离子交换膜,可分为三类：,（,1）,均相离子交换膜,；,（,2）,非均相离子交换膜,；,（,3）,半均相离子交换膜,。,对离子交换膜的要求是：,有良好的选择透过性；,膜电阻应低，膜电阻应小于溶液电阻；,有良好的化学稳定性和机械强度；有适当的孔隙度。,5,电渗析的特点,：,只对电解质的离子起选择迁移作用；,除盐过程中没有物相的变化，因而能耗低；,没有对环境的污染，属清洁工艺；,电渗析过程是在常温常压下进行的。,6,电渗析的适用范围,：,可,作为离子交换工艺的预除盐处理，制取初级纯水。,将污水中有用的电解质进行回收，并再利用；,改革原有工艺，采用电渗析技术，实现清洁生产。,二、电渗析的流程,各种电渗析器的组合方式示意图,直流式电渗析除盐流程,循环式电渗析除盐流程,部分循环式电渗析除盐流程,三、电渗析技术的应用,（,）,咸水脱盐制淡水,电渗析脱盐生产淡水的工艺流程,1,-,渗析槽；,2,-,冷凝器；,3,-,浓缩罐；,4,-,结晶罐；,5,-,涡轮机；,6,-,锅炉；,7,-,浓液槽,（2）,重金属污水处理,电渗析处理电镀含镍污水工艺流程,（3）,纯净水的生产,（4,）,在食品工业中的应用,（5）,其他应用,第五节,微滤,一、微滤原理,微滤膜各种截留作用示意图,二、影响微滤膜分离效果的因素,（1）,孔堵塞,：,机械堵塞；,架桥；,吸附。,（,2）,浓差极化,（,3）,溶质吸附,（,4）,生物污染,三、微滤的操作流程,（,1）,无流动操作,无流动操作示意图,（,2）,错流操作,错流,操作示意图,四、微滤的应用,1.,微滤膜的特点,孔径的均一性,空隙率高,材薄,2.,微滤的应用,实验室中的应用,工业上的应用,微生物检测,微粒子检测,制药工业,电子工业,其他领域,