膜技术课件(共79页ppt).pptx

第十章 膜技术;一、膜分离的基本原理;2、根据混合物的不同化学性质; 二者之和为总速度。总速度越大，透过膜时间越短；总速度越小，透过膜时间越长。;二、膜分离技术的特点;2.膜分离过程的能耗通常比较低; 例 　海水淡化反渗透的能耗是冷冻法的1/3，溶剂萃取法的1/8，多极闪蒸法的1/18左右。;3.工作温度为室温附近，适用于对热过敏物质的处理。;4.设备本身没有运动部件，很少需要维护。;5.规模和处理能力可在很大范围内变化，设备体积小、占地较少，通常可以直接插入以有的生产流程，不需对生产线进行大的改变。; 合成氨工艺只需在尾气（废气）排放口接上氮氢分离器，利用原有反应器中的压力，就可将尾气中氢气的浓度浓缩到原料气浓度。;第二节 膜分离;2.透过性; 分离膜的透过性是它处理能力的主要标志。分离膜与压力差之间一般呈线性关系。; 　1960年Loeh和Sourirajan制造出第一张具有高透量和高脱盐率的醋酸纤维素膜，引起工业界和学术界的关注。20世纪70年代聚砜和芳香聚酰胺膜开始应用于气体分离。;1.纤维素衍生物; 醋酸纤维由纤维素和醋酸反应制成。主要用作反渗透膜材料，也用于制造超滤膜和微滤膜。;优点：价格便宜，分离和透过性能良好。 ;2.聚砜类; 目前产量最大的高聚物膜材料。聚芳醚砜（PES）、酚酞型聚醚砜（PES-C）、聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）也是制造超滤、微滤和气体分离膜的材料。;聚醚砜树脂（PES）是英国ICI公司在1972年开发的一种综合性能优异的热塑性高分子材料，是目前得到应用的为数不多的特种工程塑料之一。 ;3.聚酰胺类及杂环含氮高聚物; 醋酸纤维膜不能经受反渗透海水淡化高压操作。目前性能最好的海水淡化反渗透复合膜，其超薄皮层都是芳香含氮化合物。 ; 　主要有聚碳酸酯膜，聚烯烃中的低密度聚乙烯（LDPE）和聚丙烯（PP）薄膜通过拉伸可以制造微孔滤膜，也可以作为分离膜的支撑材料。此外，含硅高聚物、含氟高聚物、甲壳素类（壳聚糖）。; ;主要的制备方法：溶胶─凝胶法;　　氧化铝膜是目前工业上最常用的一种无机分离膜已有孔径为0.2μm的微滤膜和4nm的超滤膜等各种规格商品出售。;三、???聚物分离膜的形态结构; 一般有两层组成，表面一层非常薄，从几十纳米到几微米，下面一层比较厚，约100多微米。;四、分离膜分类;2. 按膜的形态和结构分类;3. 按膜的用途分类;4. 按膜的作用机理;第三节 膜分离工艺;渗透于反渗透示意图; 当渗透过程进行到溶液液面而产生一压头H，以抵消溶剂向溶液方向流动的趋势即达到平衡时，这个H就叫做该溶剂的渗透压π。渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和湿度，而与膜本身无关。; 上述情况，若在溶液的液面上再施加一个大于π的压力时，溶剂将与原来的渗透方向相反。溶液开始向溶剂一侧流动——反渗透。 ;（1）一级流程;（2）一级多段流程 ;（4）多级流程;; 在化工分离中，一般要求达到很高的分离程度。例如在废水处理中，水的纯净化处理等，必须经多次反复操作才能达到要求。 ;第四节 现已应用的膜过程; 它能使90%的NaCl透过，而使99%的蔗糖被截留。由于该膜在渗透过程中截留率大于95%的最小分子约为1nm，故称为“纳滤膜”。;三、超过滤;超过滤工作原理示意图; 在超过滤中，大分子溶质等之所以不能像溶剂那样容易透过膜，主要原因是被吸附在过滤膜的表面上和孔中（吸附）；被保留在孔内（堵塞）或者从那里被排出；机械地被截留在过滤膜的表面上（筛分）。;四、微孔过滤;微孔滤膜的各种截留作用;1. 机械截留 指模可以截留比它孔径大或与孔径相当的微粒等杂质;五、透析;透析（dialysis）：通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理，将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。 ;透析的原理示意图;六、电渗析;电渗析的原理图;;七、气体分离;气体对均质膜的渗透机制;八、渗透蒸发;渗透蒸发分离的原理; 原理：在膜的上游连续输入经过加热的液体，而在膜的下游以真空泵抽气造成负压，从而使特定的气体组分不断变作蒸气透过分离膜，然后再将此蒸气冷凝成液体而得以从原液体中分离出去。; 与减压蒸馏过程相似：以膜替代加热过程，不是利用沸点的差别，而是利用膜的透过性。;九、控制释放;十、膜蒸馏;膜蒸馏法的分离原理;十一、膜反应器;氢对钯的解离——溶解——扩散机制;第五节 膜分离技术的应用; 　日本对超滤浓缩和真空蒸发浓缩进行对比，得出一个日处理226.8t牛奶的工厂，无论设备投资，还是运转费用都减少。; 在生产啤酒中的应用：传统的啤酒巴氏杀菌过程中能完全除去酵母和微生物，但不能保证100%