《制药设备与工艺设计》膜分离设备ppt课件.ppt

第四第四节膜分离膜分离设备1.大豆分离蛋白大豆分离蛋白传统生生产工工艺豆粕豆粕碱溶碱溶酸沉酸沉分离蛋白分离蛋白乳清乳清废水（排放或末端水（排放或末端处理）理）清清洁生生产工工艺流程流程豆粕豆粕碱溶碱溶酸沉酸沉乳清乳清超超滤滤液液纳滤滤液液反渗透反渗透盐水排放水排放回用水回用水分离分离蛋白蛋白质低分子低分子蛋白蛋白质低聚糖低聚糖2.借助于一定孔径的薄膜，将不同大小、不同形借助于一定孔径的薄膜，将不同大小、不同形状和不同特性的物状和不同特性的物质颗粒或分子粒或分子进行分离、提行分离、提纯或或浓缩的新型分离技的新型分离技术。膜分离技膜分离技术已被国已被国际上公上公认为20世世纪末至末至21世世纪中期最有中期最有发展前展前途，甚至会途，甚至会导致一次工致一次工业革命的重大革命的重大生生产技技术，所以可以称，所以可以称为前沿技前沿技术，是世界各国研究的是世界各国研究的热点。点。广泛广泛应用于生物工程、化学、制用于生物工程、化学、制药、饮料、料、电力、冶金、海水淡化、力、冶金、海水淡化、资源源再生等再生等领域。域。渗出液渗出液一、膜分离技一、膜分离技术概述概述3.1、膜分离技、膜分离技术的地位和影响的地位和影响l美国官方文件曾美国官方文件曾说说“18世世纪电纪电器改器改变变了整个工了整个工业进业进程，程，而而20世世纪纪膜技膜技术术将改将改变变整个面貌整个面貌”，“目前没有一种目前没有一种技技术术，能像膜技，能像膜技术这术这么广泛地被么广泛地被应应用用”l日本日本和欧洲和欧洲则把膜技把膜技术作作为21世世纪纪的基的基盘盘技技术进术进行研行研究和开究和开发发。l“谁掌握了膜技掌握了膜技术，谁就掌握了化学工就掌握了化学工业的未来的未来”-NormanN.Li，美国科学院院士，著名美国科学院院士，著名华裔科学家。裔科学家。l膜分离已得到广泛膜分离已得到广泛应应用用。21世世纪是工是工业生物技生物技术的世的世纪，膜技，膜技术将扮演重要角色。将扮演重要角色。4.2、膜分离技、膜分离技术优点点占地少，占地少，处理效率高，理效率高，设备易于放大；易于放大；条件温和，可在室温或低温下操作，适宜于条件温和，可在室温或低温下操作，适宜于热敏敏感物感物质分离分离浓缩；化学与机械剪切作用小，减少失活；化学与机械剪切作用小，减少失活；无相无相转变（除渗透气化外），（除渗透气化外），节能；能；有相当好有相当好选择性，可在分离、性，可在分离、浓缩的同的同时达到部达到部分分纯化目的；化目的；系系统可密可密闭循循环，防止外来，防止外来污染；易于和反染；易于和反应或或其他分离其他分离过程集成和耦合。程集成和耦合。5.6.7.8.9.10.11.高分子膜的分离功能很早就已高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，年，耐克特（耐克特（A.Nelkt）发现水能自水能自动地地扩散到装有酒散到装有酒精的猪膀胱内，开精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。了膜渗透的研究。1861年，施年，施密特（密特（A.Schmidt）首先提出了超）首先提出了超过滤的概念。他的概念。他提出，用比提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜璐酚膜过滤时，若在溶液，若在溶液侧施加施加压力，使膜的两力，使膜的两侧产生生压力力差，即可分离溶液中的差，即可分离溶液中的细菌、蛋白菌、蛋白质、胶体等微小、胶体等微小粒子，其精度比粒子，其精度比滤纸高得多。高得多。这种种过滤可称可称为超超过滤。3、膜分离技、膜分离技术发展展简史史12.然而，真正意然而，真正意义上的分离膜出上的分离膜出现在在20世世纪60年年代。代。1961年，米切利斯（年，米切利斯（A.S.Michealis）等人用）等人用各各种比例的酸性和碱性的高分子种比例的酸性和碱性的高分子电介介质混合物以水混合物以水丙丙酮溴化溴化钠为溶溶剂，制成了可截留不同分子量的，制成了可截留不同分子量的膜，膜，这种膜是真正的超种膜是真正的超过滤膜。美国膜。美国Amicon公司首公司首先将先将这种膜商品化。种膜商品化。50年代初，年代初，为从海水或苦咸水中从海水或苦咸水中获取淡水，开取淡水，开始了反渗透膜的研究。始了反渗透膜的研究。1967年，年，DuPont公司研制公司研制成成功了以尼功了以尼龙66为主要主要组分的中空分的中空纤维反渗透膜反渗透膜组件。同一件。同一时期，丹麦期，丹麦DDS公司研制成功平板式反渗公司研制成功平板式反渗透膜透膜组件。反渗透膜开始工件。反渗透膜开始工业化。化。13.自上世自上世纪60年代中期以来，膜分离技年代中期以来，膜分离技术真正真正实现了工了工业化。首先出化。首先出现的分离膜是超的分离膜是超过滤膜（膜（UF膜）、微孔膜）、微孔过滤膜（膜（MF膜）和反渗透膜（膜）和反渗透膜（RO膜）。以后又开膜）。以后又开发了了许多其它多其它类型的分离膜。型的分离膜。在此期在此期间，除上述三大膜外，其他，除上述三大膜外，其他类型的膜也型的膜也获得很大的得很大的发展。展。80年代气体分离膜的研制成功，年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了使功能膜的地位又得到了进步提高。步提高。14.具有分离具有分离选择性的人造液膜是性的人造液膜是马丁（丁（Martin）在在60年代初研究反渗透年代初研究反渗透时发现的，的，这种液膜是覆盖种液膜是覆盖在固体膜之上的，在固体膜之上的，为支撑液膜。支撑液膜。60年代中期，美籍年代中期，美籍华人黎念之博士人黎念之博士发现含有表含有表面活性面活性剂的水和油能形成界面膜，从而的水和油能形成界面膜，从而发明了不明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年年获得得纯粹液粹液膜的第一膜的第一项专利。利。70年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含）又研制成功含流流动载体的液膜，使液膜分离技体的液膜，使液膜分离技术具有更高的具有更高的选择性。性。15.黎念之黎念之(NormanN.Li)博士小博士小传黎念之化学工程学家。美国国籍黎念之化学工程学家。美国国籍1932年年12月月25日生于中国上海，原籍湖南湘潭。日生于中国上海，原籍湖南湘潭。1954年年获台湾大学化学工程学士学位。台湾大学化学工程学士学位。1959年年获美国密美国密执安州立安州立韦恩大学恩大学硕士学位士学位1963年年获美国史蒂文斯理工学院博士学位美国史蒂文斯理工学院博士学位1995年迄今任北美膜科学学会会年迄今任北美膜科学学会会长和恩理（和恩理（NL）化学技化学技术公司董事公司董事长。1990年起任美国国家工程院院士年起任美国国家工程院院士1996年起任台湾年起任台湾“中央研究院中央研究院”院士院士1998年当年当选为中国科学院外籍院士中国科学院外籍院士2000年年获被誉被誉为化学工化学工业界界诺贝尔奖的普金的普金奖章章2001年荣年荣获世界化工大会授予的世界化工大会授予的终身成就身成就奖 膜科学的主要奠基人之一。他膜科学的主要奠基人之一。他发明的液体膜技明的液体膜技术已形已形成一成一项重要的技重要的技术。著作。著作13部，部，论文及文及专利共有一利共有一百五十余篇（百五十余篇（项），），应邀在美国、中国、日本、欧洲邀在美国、中国、日本、欧洲等地作学等地作学术演演讲一百二十余次，担任一百二十余次，担任过约六十次重大六十次重大国国际化学、化工、膜科学学化学、化工、膜科学学术会会议主席。主席。16.二、典型的膜分离技二、典型的膜分离技术及及应用用领域域（一）膜分离的（一）膜分离的类型型1、按推、按推动力不同可分力不同可分为：（1）压力差膜分离：微力差膜分离：微滤（MF）、超）、超滤（UF）、）、纳滤（NF）、反渗透（）、反渗透（RO）、渗透蒸）、渗透蒸发（VP）、气体分离）、气体分离（GS）。）。（2）浓度差膜分离：渗析（度差膜分离：渗析（DD）、透析）、透析（3）电位差膜分离：位差膜分离：电渗析（渗析（ED）、膜）、膜电解（解（ME）（4）温度差膜分离：膜蒸）温度差膜分离：膜蒸馏（MD）17.微微滤(ME,microfiltration)超超滤(UF，ultrafiltration)纳滤(NF,nanofiltration)反渗透反渗透(RO,reverseosmosis)电渗析渗析(ED,electrodialysis)膜膜电解解(ME,membraneelectrolysis)扩散渗析散渗析(DD,diffusiondialysis)气体分离气体分离(GS,gasseparate)蒸汽渗透蒸汽渗透(VP,vaporpervation)全蒸全蒸发(PV,fullevaporation)膜蒸膜蒸馏(MD,membranedistillation)膜接触器膜接触器(MC,membranecontactor)18.2、按膜孔径或截留物、按膜孔径或截留物质的大小：的大小：微微滤超超滤纳滤、电渗析渗析、透析、透析 反渗透反渗透膜膜孔孔径径大大小小19.灰灰尘细菌菌病毒病毒生物大分子生物大分子生物小分子生物小分子盐类水水请将下列物将下列物质按从大到小的按从大到小的顺序排列：序排列：20.病毒病毒生物大分子生物大分子生物小分子生物小分子盐类水水灰灰尘细菌菌病毒病毒生物大分子生物大分子生物小分子生物小分子盐类水水灰灰尘细菌菌病毒病毒生物大分子生物大分子生物小分子生物小分子盐类水水灰灰尘细菌菌病毒病毒生物大分子生物大分子生物小分子生物小分子盐类水水膜膜微微滤（MF）超超滤（UF）纳滤（MF）反渗透反渗透滤（RO）灰灰尘细菌菌（0.2-2um）（10-200nm）（2nm）（2-10nm）21.3、各种膜分离法的原理和、各种膜分离法的原理和应用范用范围膜分离法膜分离法截留的截留的颗粒大小粒大小截留的主要物截留的主要物质过滤介介质应用用举例例微微 滤（MF）0.22um灰灰尘、细菌菌微孔微孔滤膜膜除菌，回收除菌，回收菌菌超超 滤（UF）10nm200nm生物大分子及以上生物大分子及以上超超滤膜膜蛋白蛋白质、多、多肽和多糖的和多糖的回收和回收和浓缩纳 滤（NF）2nm10nm生物小分子及以上生物小分子及以上纳滤膜膜脱脱盐、浓缩反渗透反渗透（RO）2nm盐类及以上及以上反渗透膜反渗透膜盐、氨基酸、氨基酸、糖的糖的浓缩、淡水制造淡水制造22.1、微微滤(MF)又称微孔又称微孔过滤，是以微，是以微滤膜作膜作为过滤介介质的膜分离技的膜分离技术。（1）截留）截留颗粒直径：粒直径：0.22um。（2）操作）操作压力：低于力：低于0.1MPa。（3）应用：用：实验室和生室和生产中通常利用微中通常利用微滤技技术除去或收集除去或收集发酵酵液中的液中的细胞。胞。无菌水、无菌水、矿泉水、泉水、纯生啤酒的生生啤酒的生产。热敏性敏性药物和物和营养物养物质的的过滤除菌等除菌等（二）典型的膜分离技（二）典型的膜分离技术及及应用用领域域23.微微滤（MF）细胞胞水水盐大大分分子子小小分分子子24.、微粒和、微粒和细菌的菌的过滤：可用于水的高度：可用于水的高度净化、食品化、食品和和饮料的除菌、料的除菌、药液的液的过滤、发酵工酵工业的空气的空气净化和化和除菌等。除菌等。、微粒和、微粒和细菌的菌的检测：微孔膜可作：微孔膜可作为微粒和微粒和细菌的菌的富集器，从而富集器，从而进行微粒和行微粒和细菌含量的菌含量的测定。定。、气体、溶液和水的、气体、溶液和水的净化：大气中化：大气中悬浮的浮的尘埃、埃、纤维、花粉、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固体体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。粒和微生物，都可借助微孔膜去除。、食糖与酒、食糖与酒类的精制：微孔膜的精制：微孔膜对食糖溶液和啤、黄食糖溶液和啤、黄酒等酒酒等酒类进行行过滤，可除去食糖中的，可除去食糖中的杂质、酒、酒类中的中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒度和酒类产品的清澈度，延品的清澈度，延长存放期。由于是常温操作，不会使存放期。由于是常温操作，不会使酒酒类产品品变味。味。25.、药物的除菌和除微粒物的除菌和除微粒热压法法灭菌菌时，细菌的尸体仍留在菌的尸体仍留在药品中。而且品中。而且对于于热敏性敏性药物，如胰物，如胰岛素、血清蛋白等不能采用素、血清蛋白等不能采用热压法法灭菌。菌。对于于这类情况，微孔膜有突出的情况，微孔膜有突出的优点，点，经过微孔膜微孔膜过滤后，后，细菌被截留，无菌被截留，无细菌尸体残留菌尸体残留在在药物中。常温操作也不会引起物中。常温操作也不会引起药物的受物的受热破坏和破坏和变性。性。许多液多液态药物，如注射液、眼物，如注射液、眼药水等，用常水等，用常规的的过滤技技术难以达到要求，必以达到要求，必须采用微采用微滤技技术。26.2、超超滤(UF)可截留溶液中溶解的大分子物可截留溶液中溶解的大分子物质，而透，而透过小分小分子物子物质。（1）截留）截留颗粒直径：粒直径：10200nm。（2）操作）操作压力：力：0.10.7MPa。（3）应用：一是分离用：一是分离纯化，从高分子物化，从高分子物质与低分子物与低分子物质的溶的溶液中，使低分子物液中，使低分子物质透透过膜；二是溶液的膜；二是溶液的浓缩。27.大分子大分子水水盐小小分分子子超超滤（UF）28.超超滤技技术的的应用用领域涉及化工、食品、医域涉及化工、食品、医药、生化等。主、生化等。主要可要可归纳为以下方面。以下方面。（1）纯水的制水的制备：超：超滤技技术广泛用于水中的广泛用于水中的细菌、病毒和其他菌、病毒和其他异物的除去，用于制异物的除去，用于制备高高纯饮用水、用水、电子工子工业超超净水和医用无菌水和医用无菌水等。水等。（2）食品工）食品工业中的中的废水水处理：在牛奶加工厂中用超理：在牛奶加工厂中用超滤技技术可从可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。（3）果汁、酒等）果汁、酒等饮料的消毒与澄清：料的消毒与澄清：应用超用超滤技技术可除去果汁可除去果汁的果胶和酒中的微生物等的果胶和酒中的微生物等杂质，使果汁和酒在，使果汁和酒在净化化处理的同理的同时保保持原有的色、香、味，操作方便，成本持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。低。（4）在医）在医药和生化工和生化工业中用于中用于处理理热敏性物敏性物质，分离，分离浓缩生物生物活性物活性物质，从生物中提取，从生物中提取药物等。物等。29.纳滤膜主要用于截留粒径在膜主要用于截留粒径在210nm，分子量，分子量为1000左右的物左右的物质，可以使，可以使盐和小分子物和小分子物质透透过，操作操作压（0.51MPa）。）。其被分离物其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之膜之间，但与上述两种膜有所交叉。，但与上述两种膜有所交叉。3、纳滤(NF)30.水水盐小分子小分子大分子大分子纳滤（NF）31.应用用领域域(1)、脱、脱盐淡化淡化对苦咸水苦咸水进行行软化、脱化、脱盐是是纳滤应用的最大市用的最大市场。产水完全符合水完全符合饮用水的要求用水的要求。在美国目前已有超。在美国目前已有超过40万吨万吨/日日规模的模的纳滤膜装置在运膜装置在运转，大型装置多数分布，大型装置多数分布在佛在佛罗里达半里达半岛。(2)、食品、食品、饮料、制料、制药行行业此此领域中的域中的纳滤膜膜应用十分活用十分活跃，如各种蛋白，如各种蛋白质、氨基酸、氨基酸、维生素、奶生素、奶类、酒、酒类、酱油、油、调味品等的味品等的浓缩、精制。、精制。32.4、反渗透、反渗透(RO)在在压力作用下，溶力作用下，溶剂（通常是水）透（通常是水）透过膜，而溶膜，而溶质被阻被阻挡于膜壁外。于膜壁外。（1）截留）截留颗粒直径：小于粒直径：小于2nm。（2）操作）操作压力：力：110MPa。（3）应用：主要用于分离各种离子和小分子物用：主要用于分离各种离子和小分子物质。在溶液的在溶液的浓缩、无离子水的制、无离子水的制备、海水淡化等方面广泛、海水淡化等方面广泛应用。用。溶溶质 水水水水膜膜溶溶质 水水水水膜膜渗透渗透反渗透反渗透33.渗透与反渗透原理示意渗透与反渗透原理示意图34.水水盐小分子小分子大分子大分子反渗透（反渗透（RO）35.反渗透最早反渗透最早应用于苦咸水淡化。反渗透用于苦咸水淡化。反渗透过程主要程主要是从水溶液中分离出水。是从水溶液中分离出水。（1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化化制制备锅炉用水，高炉用水，高纯水的制水的制备。近年来，反渗透技近年来，反渗透技术在家用在家用饮水机及直水机及直饮水水给水水系系统中的中的应用更体用更体现了其了其优越性。越性。反渗透膜技反渗透膜技术应用用领域域36.（2）在医）在医药、食品工、食品工业中用以中用以浓缩药液、果汁、咖液、果汁、咖啡浸液等。与常用的冷啡浸液等。与常用的冷冻干燥和蒸干燥和蒸发脱水脱水浓缩等工等工艺比比较，反渗透法脱水，反渗透法脱水浓缩成本成本较低，而且低，而且产品的品的疗效、效、风味和味和营养等均不受影响。养等均不受影响。37.5、电渗析（渗析（ED）在在电场作用下，作用下，带电离子透离子透过膜向两极移膜向两极移动，而达到，而达到分离的目的。分离的目的。溶液溶液膜膜膜膜+-+-38.+-极水极水 盐水水 淡水淡水应用：用：电渗析主要用于溶液的脱渗析主要用于溶液的脱盐、海水淡化、海水淡化、纯水水制制备等等39.食食盐生生产电渗析器示意渗析器示意图A：阴离子膜，：阴离子膜，K：阳离子膜；：阳离子膜；D：稀室，：稀室，C：浓室室Na+ClNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+ClClClClClClClClAKKKKKAAAADCDDDDCCC阳阳 极极 水水阴阴极极水水咸咸水水Cl2NaOH脱脱盐水水浓缩 液液40.（1）中草）中草药有效成分的分离和精制：通有效成分的分离和精制：通过电渗析一般渗析一般可以把中草可以把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。部分。（2）纯水制水制备：电渗析制渗析制备初初级水水,可去可去盐80-90%；再用离子交；再用离子交换除除盐10-20%制制备高高级水。水。这样既降既降低成本低成本,又减少又减少污染。染。（3）水）水污染染处理：理：如回收如回收镀镍废水等。水等。应用用举例例41.我国在我国在电渗析主要装置部件及渗析主要装置部件及结构方面都有巨大的构方面都有巨大的创新，新，仅离子交离子交换膜膜产量就占到了世界的量就占到了世界的1/3。我国。我国的的电渗析装置主要由国家海洋局杭州水渗析装置主要由国家海洋局杭州水处理技理技术开开发中心生中心生产，现可提供可提供200m3/d规模的海水淡化装置。模的海水淡化装置。42.膜膜电解的基本原理可以通解的基本原理可以通过NaCl水溶液的水溶液的电解解来来说明。在两个明。在两个电极之极之间加上一定加上一定电压，则阳极生阳极生成成氯气，阴极生成气，阴极生成氢气和气和氢氧化氧化钠。阳离子交。阳离子交换膜膜允允许Na+渗透渗透进入阳极室，同入阳极室，同时阻阻拦了了氢氧根离子氧根离子向阴极的运向阴极的运动，在，在阴阴极室的反极室的反应是：是：2Na+2H2O+2e=2NaOH+H2在在阳阳极室的反极室的反应为：2Cl2e=Cl26、膜、膜电解（解（ME）43.透析袋透析袋酶溶液溶液蒸蒸馏水水l应用：在生物分离方面，主用：在生物分离方面，主要用于生物大分子溶液的脱要用于生物大分子溶液的脱盐。由于透析由于透析过程以程以浓差差为传质推推动力，膜的透力，膜的透过通量很小，不通量很小，不适于大适于大规模生物分离模生物分离过程，而程，而在在实验室中室中应用用较多。多。7、透析、透析44.在一半透膜两在一半透膜两侧的两种溶液中的小分子溶的两种溶液中的小分子溶质或溶或溶剂通通过膜膜进行交行交换，而大分子被截留在各自的一，而大分子被截留在各自的一侧的的现象，称象，称为透析。透析。人工人工肾是透析是透析过程程最成功的范例。自最成功的范例。自1943年年Kolff用醋酸用醋酸纤维素膜素膜制成的人工制成的人工肾对血液血液进行透析治行透析治疗尿毒症尿毒症获得得成功后，透析技成功后，透析技术在血在血液液滤过、血液灌流和血、血液灌流和血浆分离等多种治分离等多种治疗方法方法上得到上得到应用。用。水水 溶溶质 B A 渗出液渗出液 原液原液 水或溶水或溶剂 渗析液渗析液 溶溶剂+扩散分子散分子 45.8、渗透蒸、渗透蒸发（PV）渗透蒸渗透蒸发是近十几年中是近十几年中颇受人受人们关注的膜分离关注的膜分离技技术。渗透蒸。渗透蒸发是指液体混合物在膜两是指液体混合物在膜两侧组分的蒸分的蒸气分气分压差的推差的推动力下，透力下，透过膜并部分蒸膜并部分蒸发，从而达，从而达到分离目的的一种膜分离方法。可用于到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手分离手段段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。理的恒沸物及近沸点物系的分离。46.渗透蒸渗透蒸发v疏水膜的一疏水膜的一侧通入料液，通入料液，另一另一侧抽真空或通入惰性气抽真空或通入惰性气体，使膜两体，使膜两侧产生溶生溶质分分压差。在分差。在分压差的作用下，料差的作用下，料液中的溶液中的溶质溶于膜内，溶于膜内，扩散散通通过膜，在透膜，在透过侧发生气化，生气化，气化的溶气化的溶质被膜装置外被膜装置外设置置的冷凝器冷凝回收。的冷凝器冷凝回收。v发生了相生了相变v适用于：高适用于：高浓度混合物的分度混合物的分离，特离，特别适用于共沸物和适用于共沸物和挥发度相差度相差较小的双小的双组分溶液分溶液的分离的分离47.水分子水分子 醇分子醇分子 膜膜 48.渗透蒸渗透蒸发分离示意分离示意图(真空气化真空气化)49.渗透蒸渗透蒸发分离示意分离示意图(惰性气体吹惰性气体吹扫)50.渗透蒸渗透蒸发作作为一种无一种无污染、高能效的膜分离染、高能效的膜分离技技术已已经引起广泛的关注。引起广泛的关注。目前渗透蒸目前渗透蒸发膜分离技膜分离技术已在无水乙醇的生已在无水乙醇的生产中中实现了工了工业化。与化。与传统的恒沸精的恒沸精馏制制备无水乙醇无水乙醇相比，可大大降低运行相比，可大大降低运行费用，且不受汽用，且不受汽液平衡的液平衡的限制。限制。渗透蒸渗透蒸发技技术应用用领域域51.除了以上用途外，渗透蒸除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他膜在其他领域的域的应用尚都用尚都处在在实验室室阶段。段。预计有有较好好应用前景的用前景的领域有：工域有：工业废水水处理中采用渗透蒸理中采用渗透蒸发膜去除少量有膜去除少量有毒有机物（如苯、酚、含毒有机物（如苯、酚、含氯化合物等）；从溶化合物等）；从溶剂中中脱除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工脱除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工工工业中用于中用于烷烃和和烯烃、脂肪、脂肪烃和芳和芳烃、近沸点、近沸点物、同系物、同分异构体等的分离等。物、同系物、同分异构体等的分离等。52.9、气体分离膜、气体分离膜气体膜分离是利用气体气体膜分离是利用气体组分在膜内溶解和分在膜内溶解和扩散散性能的不同，即渗透速率的不同来性能的不同，即渗透速率的不同来实现分离的技分离的技术，具有很大的具有很大的发展前景。展前景。53.气体分离膜是当前各国均极气体分离膜是当前各国均极为重重视开开发的的产品，已有不少品，已有不少产品用于工品用于工业化生化生产。如美国。如美国DuPont公司用聚公司用聚酯类中空中空纤维制成的制成的H2气体分离膜，气体分离膜，对组成成为70H2，30CH4，C2H6，C3H8的混合气体的混合气体进行行分分离，可离，可获得含得含90H2的分离效果。的分离效果。气体分离膜的气体分离膜的应用用领域域54.此外，富氧膜、分离此外，富氧膜、分离N2，CO2，SO2，H2S等等气气体的膜，都已有工体的膜，都已有工业化的化的应用。例如从天然气中分用。例如从天然气中分离氮、从合成氨尾气中回收离氮、从合成氨尾气中回收氢、从空气中分离、从空气中分离N2或或CO2，从烟道气中分离，从烟道气中分离SO2、从煤气中分离、从煤气中分离H2S或或CO2等等，均可采用气体分离膜来等等，均可采用气体分离膜来实现。55.具体示例具体示例：水果保：水果保鲜系系统v一一般般说来来，水水果果在在收收获后后，仍仍会会继续呼呼吸吸作作用用，果果品品将将逐逐渐劣劣化化以以至至腐腐烂，为抑抑制制果果品品的的呼呼吸吸，可可适适当当降降低低其其保保藏藏容容器器中中的的氧氧气气浓度度，增增加加二二氧氧化化碳碳浓度度。目目前前广广泛泛采采用用由由硅氧硅氧烷膜使氧气与二氧化碳等膜使氧气与二氧化碳等进行交行交换分离的方法。分离的方法。外界气氛外界气氛%O2 21CO2 0N2 79仓库气氛气氛%3O2 5CO292 N2 硅氧硅氧烷膜膜56.ABC超滤、反渗透两种膜分离技术的优点是()vA.分离过程中不发生相变化,与有相变化的分离法和其他分离法相比，能耗要低。vB.分离过程是在常温下进行的,因而特别适用于对热敏性物质的分离、浓缩。vC.由于只是用压力作为超滤和反渗透的推动力，因此分离装置简单，操作方便。vD.膜使用方便，不需洗涤与后处理操作，节约时间。57.三、膜分离技三、膜分离技术的基本流程的基本流程渗出液渗出液膜膜组件件料液罐料液罐浓缩液（回流液）液（回流液）泵58.四、膜材料及膜的制四、膜材料及膜的制备（一）膜材料（一）膜材料有机高分子材料有机高分子材料无机材料无机材料分离膜材料分离膜材料59.主要有：陶瓷、微孔玻璃、不主要有：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。和碳素等。适用：微适用：微滤膜。膜。特点：是机械特点：是机械强度高，耐高温、耐化学度高，耐高温、耐化学试剂和和耐有机溶耐有机溶剂，但缺点是不易加工，造价，但缺点是不易加工，造价较高。高。制制备方法：氧化方法：氧化铝、硅胶、和、硅胶、和钛等陶瓷微粒等陶瓷微粒烧结而成。而成。1、无机材料无机材料60.烧结过程示意程示意图加加热孔孔将一定大小的将一定大小的颗粒粒进行行压缩，然后在高温下，然后在高温下烧结。61.目前，目前，实用的有机高分子膜材料有：用的有机高分子膜材料有：纤维素素酯类、聚、聚砜类、聚、聚酰胺胺类及其他材料。及其他材料。可用作反渗透膜、微可用作反渗透膜、微滤膜和超膜和超滤膜。膜。2、有机高分子材料、有机高分子材料以日本以日本为例，例，纤维素素酯类膜占膜占53，聚，聚砜膜膜占占33.3，聚，聚酰胺膜占胺膜占11.7，其他材料的膜占，其他材料的膜占2。62.类 别膜材料膜材料举 例例纤维素素酯类纤维素衍生物素衍生物类醋酸醋酸纤维素，硝酸素，硝酸纤维素，素，乙基乙基纤维素等素等非非纤维素素酯类聚聚砜类聚聚砜，聚，聚醚砜，聚芳，聚芳醚砜，磺化聚磺化聚砜等等聚聚酰(亚)胺胺类聚聚砜酰胺，芳香族聚胺，芳香族聚酰胺，胺，含氟聚含氟聚酰亚胺等胺等聚聚酯、烯烃类涤纶，聚碳酸，聚碳酸酯，聚乙，聚乙烯，聚丙聚丙烯腈等等含氟含氟(硅硅)类聚四氟乙聚四氟乙烯，聚偏氟乙，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧聚二甲基硅氧烷等等其他其他壳聚糖，聚壳聚糖，聚电解解质等等63.纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1,4甙链连接起来的天然接起来的天然线性高分子化合物，其性高分子化合物，其结构式构式为：（1）、）、纤维素素酯类膜材料膜材料从从结构上看，每个葡萄糖构上看，每个葡萄糖单元上有三个元上有三个羟基。在催化基。在催化剂（如硫酸、高（如硫酸、高氯酸或氧化酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行行酯化反化反应，得到二醋酸，得到二醋酸纤维素或三醋酸素或三醋酸纤维素。素。醋酸醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。素是当今最重要的膜材料之一。64.聚聚砜结构中的特征基构中的特征基团为，为了引入了引入亲水水基基团，常将粉状聚，常将粉状聚砜悬浮于有机溶浮于有机溶剂中，用中，用氯磺酸磺酸进行磺化。行磺化。（2）聚）聚砜类OCCH3CH3OS OOn聚聚砜类树脂具有良好的化学、脂具有良好的化学、热学和水解学和水解稳定性，定性，强度也很高，度也很高，pH值适适应范范围为113，最高使用温度达，最高使用温度达120，抗氧化性和抗，抗氧化性和抗氯性都十分性都十分优良。因此已成良。因此已成为重要的膜材料重要的膜材料之一。之一。65.早期使用的聚早期使用的聚酰胺是脂肪族聚胺是脂肪族聚酰胺，如尼胺，如尼龙4、尼尼龙66等制成的中空等制成的中空纤维膜。膜。以后以后发展了芳香族聚展了芳香族聚酰胺，用它胺，用它们制成的分离膜，制成的分离膜，pH适用范适用范围为311，分离率可达，分离率可达99.5（对盐水），水），透水速率透水速率为0.6ml/cm2h。长期使用期使用稳定性好。定性好。（3）聚）聚酰胺胺类66.1.分离膜制分离膜制备工工艺类型型膜的制膜的制备工工艺对分离膜的性能十分重要。同分离膜的性能十分重要。同样的材料，由于不同的制作工的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能和控制条件，其性能差差别很大。合理的、先很大。合理的、先进的制膜工的制膜工艺是制造是制造优良性良性能分离膜的重要保能分离膜的重要保证。目前，国内外的制膜方法很多，其中最目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的用的是相是相转化法（流涎法和化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。法）和复合膜化法。（二）膜的制（二）膜的制备67.相相转化是指将均化是指将均质的制膜液通的制膜液通过溶溶剂的的挥发或或向溶液加入非溶向溶液加入非溶剂或加或加热制膜液，使液相制膜液，使液相转变为固固相的相的过程。相程。相转化制膜工化制膜工艺中最重要的方法是中最重要的方法是LS型制膜法。它是由加拿大人型制膜法。它是由加拿大人劳勃（勃（S.Leob）和索）和索里拉金（里拉金（S.Sourirajan）发明的，并首先用于制明的，并首先用于制造醋酸造醋酸纤维素膜。素膜。将制膜材料用溶将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模具中形成均相制膜液，在模具中流涎成薄流涎成薄层，然后控制温度和湿度，使溶液，然后控制温度和湿度，使溶液缓缓蒸蒸发，经过相相转化就形成了由液相化就形成了由液相转化化为固相的膜。固相的膜。2.相相转化制膜工化制膜工艺68.聚合物聚合物溶溶剂添加添加剂均均质制膜液制膜液流涎法制成平板型、流涎法制成平板型、圆管型；管型；纺丝法制成中空法制成中空纤维蒸出部分溶蒸出部分溶剂凝固液浸凝固液浸渍水洗水洗后后处理理LS法制法制备分离膜工分离膜工艺流程框流程框图69.由由LS法制的膜，起分离作用的法制的膜，起分离作用的仅是接触空气是接触空气的极薄一的极薄一层，称，称为表面致密表面致密层。它的厚度。它的厚度约0.251m。而用。而用LS法法制制备表面表面层小于小于0.1m的膜极的膜极为困困难。为此，此，发展展了复合制膜工了复合制膜工艺。3.复合制膜工复合制膜工艺70.多孔支持膜多孔支持膜涂覆涂覆交交联加加热形成超薄膜形成超薄膜复合膜复合膜形成超薄膜的溶液形成超薄膜的溶液交交联剂复合制膜工复合制膜工艺流程框流程框图71.五、膜分离五、膜分离设备板框式膜板框式膜过滤器器螺旋螺旋盘绕式式过滤器器管式膜管式膜过滤器器中空中空纤维式膜式膜过滤器器72.五、膜分离五、膜分离设备1、板框式膜、板框式膜组件件 板框式膜板框式膜组件使用平板式膜，件使用平板式膜，这类膜器件的膜器件的结构与常用构与常用的板框的板框压滤机机类似，由似，由导流板、膜、支承板交替重叠流板、膜、支承板交替重叠组成。成。优点点:组装方便，膜的清洗更换比较容易，料液流通截面较 大，不易堵塞，同一设备可视生产需要而组装不同数量的膜。73.板框式膜板框式膜过滤器器导流板流板膜膜支撑板支撑板透透过液液74.板框式膜板框式膜过滤器器75.76.2、管式膜、管式膜组件件管式膜管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透走料液与透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。管式膜分管等。管式膜分为外外压和内和内压两种。两种。缺点缺点:管式膜管式膜组件的缺点是件的缺点是单位体位体积膜膜组件的膜面件的膜面积少，一般少，一般仅为33330m2/m3，除特殊，除特殊场合外，一般不被使用。合外，一般不被使用。77.1高高压水水泵；2缓冲器；冲器；3管式管式组件；件；4压力表；力表；5阀门；6玻璃玻璃钢管；管；7膜膜管式膜装置管式膜装置原液原液1浓缩液液23456778.料液料液渗透液渗透液浓缩液液79.80.81.82.83.3、卷式膜、卷式膜组件件卷式膜卷式膜组件也是用平板膜制成的。件也是用平板膜制成的。优点点:目前卷式膜目前卷式膜组件件应用比用比较广泛、与板框式相比、广泛、与板框式相比、卷式膜卷式膜组件的件的设备比比较紧凑、凑、单位体位体积内的膜面内的膜面积大。大。缺点缺点:清洗不方便，膜有清洗不方便，膜有损坏，不易更坏，不易更换，尤其是，尤其是易堵塞。易堵塞。84.85.86.87.88.89.90.91.92.4、中空、中空纤维膜膜组件件中空中空纤维膜膜组件的件的结构与管式膜构与管式膜类似，即将管式膜由似，即将管式膜由中空中空纤维膜代替。膜代替。优点点:设备紧凑，凑，单位位设备体体积内的膜面内的膜面积大大(高达高达1600030000)93.94.95.96.97.98.中空中空纤维膜分离器膜分离器实物正面物正面中空中空纤维膜分离器膜分离器实物背面物背面99.无机膜分离装置无机膜分离装置 100.陶瓷膜分离陶瓷膜分离设备101.FYW系列系列电渗析渗析设备102.六、六、浓差极化、差极化、污染染现象和清洗象和清洗浓差极化：？差极化：？凝胶极化：？凝胶极化：？103.膜分离膜分离过程中遇到的最大程中遇到的最大问题是膜是膜污染，染，膜膜污染的主要原因来自以下几个方面。染的主要原因来自以下几个方面。凝胶极化引起的凝胶凝胶极化引起的凝胶层;溶溶质在膜表面的吸附在膜表面的吸附层;膜孔堵塞膜孔堵塞;膜孔内的溶膜孔内的溶质吸附。吸附。膜的膜的污染染104.膜的清洗一般膜的清洗一般选用水、用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表溶液、稀酸、稀碱、表面活性面活性剂、络合合剂、氧化、氧化剂和和酶溶液等溶液等为清洗清洗剂。具体用何种清洗具体用何种清洗剂应根据膜的性根据膜的性质和和污染物的性染物的性质而决定，使用的清洗而决定，使用的清洗剂要具有良好的去要具有良好的去污能力，能力，同同时又不能又不能损害膜的害膜的过滤性能。性能。105.如果用清水清洗就恢复膜的透如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，性能，则不需使用其他清洗不需使用其他清洗剂。对于蛋白于蛋白质的的严重重吸附所引起的膜吸附所引起的膜污染，用蛋白染，用蛋白酶(如胃蛋白如胃蛋白酶、胰蛋白、胰蛋白酶等等)溶液清洗，效果溶液清洗，效果较好。好。106.后面内容直接删除就行资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用资料仅供参考，实际情况实际分析107.主要经营：课件设计，文档制作，网络软件设计、图文设计制作、发布广告等秉着以优质的服务对待每一位客户，做到让客户满意！致力于数据挖掘，合同简历、论文写作、PPT设计、计划书、策划案、学习课件、各类模板等方方面面，打造全网一站式需求108.感感谢您的您的观看和下看和下载The user can demonstrate on a projector or computer,or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field109.