其他分離技術(shù)物理吸附、化學吸附概念吸附劑的特性

1、第七章 其他分離技術(shù)基本要求：1、 掌握的內(nèi)容：物理吸附、化學吸附概念，吸附劑的特性，吸附平衡的概念，氣相單分子層物理吸附等溫線，蒸發(fā)的原理、單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)；膜分離的原理及特點，反滲透、超濾與微濾的原理。2、 熟悉的內(nèi)容：吸附劑的分類，吸附過程與吸附過程速率控制，真空蒸發(fā)的特點及其應用；，蒸發(fā)過程的強化；膜組件，滲透汽化的原理，氣體分離的原理。3、了解的內(nèi)容：氣相雙組分吸附等溫線，液相中的吸附平衡，各種吸附操作及強化吸附過程的途徑。蒸發(fā)操作的特點及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，蒸發(fā)器的選型原則，膜分離的應用。第一節(jié) 吸附分離一、概述吸附：當流體與多孔固體接觸時, 流體中某一組分或多個組分在固體表面

2、處產(chǎn)生積蓄, 此現(xiàn)象稱為吸附。吸附物、吸附劑：在固體表面積蓄的組分稱為吸附物或吸附質(zhì)(adsorbate)，多孔固體稱為吸附劑(adsorbent)。吸附操作：利用某些多孔固體有選擇地吸附流體中的一個或幾個組分，從而使混合物分離的方法稱為吸附操作，它是分離和純凈氣體和液體混合物的重要單元操作之一。實際上，人們很早就發(fā)現(xiàn)并利用了吸附現(xiàn)象，如生活中用木炭脫濕和除臭等。隨著新型吸附劑的開發(fā)及吸附分離工藝條件等方面的研究，吸附分離過程顯示出節(jié)能、產(chǎn)品純度高、可除去痕量物質(zhì)、操作溫度低等突出特點，使這一過程在化工、醫(yī)藥、食品、輕工、環(huán)保等行業(yè)得到了廣泛的應用，例如：（1）氣體或液體的脫水及深度干燥，如將

3、乙烯氣體中的水分脫到痕量，再聚合。（2）氣體或溶液的脫臭、脫色及溶劑蒸氣的回收，如在噴漆工業(yè)中，常有大量的有機溶劑逸出，采用活性炭處理排放的氣體，既減少環(huán)境的污染，又可回收有價值的溶劑。（3）氣體中痕量物質(zhì)的吸附分離，如純氮、純氧的制取。（4）分離某些精餾難以分離的物系，如烷烴、烯烴、芳香烴餾分的分離。（5）廢氣和廢水的處理，如從高爐廢氣中回收一氧化碳和二氧化碳，從煉廠廢水中脫除酚等有害物質(zhì)。吸附的分類物理吸附：也稱為范德華吸附，它是吸附質(zhì)和吸附劑以分子間作用力為主的吸附?；瘜W吸附：是吸附質(zhì)和吸附劑以分子間的化學鍵為主的吸附。二、吸附劑及其特性1吸附劑吸附分離的效果很大程度上取決于吸附劑的性能

4、，工業(yè)吸附要求吸附劑滿足以下要求：（1）具有較大的內(nèi)表面 吸附容量大；（2）選擇性高 吸附劑對不同的吸附質(zhì)具有不同的吸附能力，其差異愈顯著，分離效果愈好；（3）具有一定的機械強度 抗磨損；（4）有良好的物理及化學穩(wěn)定性 耐熱沖擊，耐腐蝕；（5）容易再生；（6）易得，價廉。吸附劑可分為兩大類，一類是天然的吸附劑，如硅藻土、白土、天然沸石等。另一類是人工制作的吸附劑，主要有活性炭、活性氧化鋁、硅膠、合成沸石分子篩、有機樹脂吸附劑等，下面介紹幾種廣泛應用的人工制作的吸附劑。（1）活性炭活性炭是最常用的吸附劑。它具有非極性表面，比表面積較大，化學穩(wěn)定性好，抗酸耐堿，熱穩(wěn)性高，再生容易。合成纖維經(jīng)炭化后

5、可制成活性炭纖維吸附劑，使吸附容量提高數(shù)十倍，因活性炭纖維可以編制成各種織物，流體流動阻力減少?；钚蕴恳部杉庸こ商糠肿雍Y，具有分子篩的作用，常用于空氣分離制氮、改善飲料氣味、香煙的過濾嘴等場合。（2）硅膠 硅膠的分子式通常用sio2nh2o表示。它的比表面積達800 m2/g。工業(yè)用的硅膠有球型、無定形、加工成型和粉末狀四種。硅膠是親水性的極性吸附劑，對不飽和烴、甲醇、水分等有明顯的選擇性。主要用于氣體和液體的干燥、溶液的脫水。（3）活性氧化鋁活性氧化鋁是一種極性吸附劑，對水分有很強的吸附能力。其比表面積約為200500 m2/g，用不同的原料，在不同的工藝條件下，可制得不同結(jié)構(gòu)、不同性能的活

6、性氧化鋁?；钚匝趸X主要用于氣體的干燥和液體的脫水，如汽油、煤油、芳烴等化工產(chǎn)品的脫水；空氣、氦、氫氣、氯氣、氯化氫和二氧化硫等氣體的干燥。（4）合成沸石分子篩沸石分子篩是指硅鋁酸金屬鹽的晶體，它是一種強極性的吸附劑，對極性分子，特別是對水有很大的親和能力，它的比表面積可達750 m2/g，具有很強的選擇性。常用于石油餾分的分離、各種氣體和液體的干燥等場合，如從混合二甲苯中分離出對二甲苯，從空氣中分離氧。（5）有機樹脂吸附劑有機樹脂吸附劑是高分子物質(zhì)，它可以制成強極性、弱極性、非極性、中性，廣泛用于廢水處理、維生素的分離及過氧化氫的精制等場合。2吸附劑的性能：吸附劑具有良好的吸附特性，主要是因

7、為它有多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，下面介紹與孔結(jié)構(gòu)和比表面積有關(guān)的基礎(chǔ)性能。（1）密度 1）填充密度rb（又稱體積密度） 是指單位填充體積的吸附劑質(zhì)量。通常將烘干的吸附劑裝入量筒中，搖實至體積不變，此時吸附劑的質(zhì)量與該吸附劑所占的體積比稱為填充密度。2）表觀密度rp（又稱顆粒密度） 定義為單位體積吸附劑顆粒本身的質(zhì)量。3）真實密度rt 是指扣除顆粒內(nèi)細孔體積后單位體積吸附劑的質(zhì)量。（2）吸附劑的比表面積吸附劑的比表面積是指單位質(zhì)量的吸附劑所具有的吸附表面積，g。吸附劑孔隙的孔徑大小直接影響吸附劑的比表面積，孔徑的大小可分三類：大孔、過渡孔、微孔。吸附劑的比表面積以微孔提供的表面積為主，常采用氣相

8、吸附法測定。（3）吸附容量吸附容量是指吸附劑吸滿吸附質(zhì)時的吸附量（單位質(zhì)量的吸附劑所吸附吸附質(zhì)的質(zhì)量），它反映了吸附劑吸附能力的大小。吸附量可以通過觀察吸附前后吸附質(zhì)體積或質(zhì)量的變化測得。也可用電子顯微鏡等觀察吸附劑固體表面的變化測得。三、 吸附平衡 平衡吸附量：當溫度、壓強一定時，吸附劑與流體長時間接觸，吸附量不再增加，吸附相（吸附劑和已吸附的吸附質(zhì)）與流體達到平衡，此時的吸附量為平衡吸附量。吸附等溫線：吸附平衡關(guān)系常用不同溫度下的平衡吸附量與吸附質(zhì)分壓或濃度的關(guān)系表示，其關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。1氣相的吸附等溫線（1）氣相單組分吸附平衡1）單分子層物理吸附假設(shè)吸附劑表面均勻，被吸附的分子間

9、無作用，吸附質(zhì)在吸附劑的表面只形成均勻的單分子層，則吸附量隨吸附質(zhì)分壓的增加平緩接近平衡吸附量。如在193下，氮在活性炭上的吸附，其吸附等溫線如圖9-6中所示。2）多分子層吸附圖9-6 氣相單組分吸附平衡曲線假設(shè)吸附分子在吸附劑上按層次排列，已吸附的分子之間作用力忽略不計，吸附的分子可以累疊，而每一層的吸附服從朗格謬爾吸附機理，此吸附為多分子層吸附。如在30下水蒸汽在活性炭上的吸附，其吸附等溫線見圖9-6中。3）其他情況下的吸附等溫曲線也有人認為吸附是因產(chǎn)生毛細管凝結(jié)現(xiàn)象等所致，其吸附等溫線如圖9-6中、所示。（2）氣相雙組分吸附圖8-7 氣相雙組分吸附平衡曲線當吸附劑對混合氣體中的兩個組分吸

10、附性能相近時，可認為是雙組分的吸附。此情況下吸附劑對某一組分的吸附量不僅與溫度、壓強有關(guān)，還隨混合物組成的變化而變化。通常溫度升高、壓力下降會使吸附量下降，圖9-7反映了用石墨炭吸附cfcl3c6h6混合氣體，氣相組成對吸附量的影響?？梢钥闯?，某組分在吸附相和氣相中摩爾分數(shù)的關(guān)系與精餾中某組分在氣液兩相摩爾分數(shù)的關(guān)系非常相似。所以，有人使用吸附分離系數(shù)a描述吸附平衡，a定義為圖9-8 液相單組分吸附等溫線式中 分別為組分b在氣相和吸附相中的摩爾分數(shù)。可見吸附分離系數(shù)a偏離1的程度愈大，愈有利于吸附分離。 2液相中的吸附平衡（1）液相單組分吸附平衡當吸附劑對溶液中溶劑的吸附忽略不計時，構(gòu)成了液相

11、單組分的吸附，如用活性碳吸附水溶液中的有機物。giles等人根據(jù)等溫吸附曲線初始部分斜率的大小，把液相單組分吸附等溫線分為s、l、h、c四大類型，而每一類型又分成5族，見圖8-8，圖中橫坐標為組分在液相中的濃度，縱坐標為組分的吸附量。s型表示被吸附分子在吸附劑表面上成垂直方位吸附。l型的吸附即朗格謬爾吸附，是指被吸附分子在吸附劑表面呈平行狀態(tài)。h型的吸附是吸附劑與吸附質(zhì)之間高親合力的吸附。c型是吸附質(zhì)在溶液中和吸附劑上有一定分配比例的吸附。（2）液相中雙組分的吸附平衡含吸附質(zhì)a和b的溶液與新鮮的吸附劑長時間接觸后，吸附量不再增加，吸附達到平衡。此情況下的吸附等溫曲線一般呈u型或s型。u型是在吸

12、附過程中吸附劑始終優(yōu)先吸附一個組分的曲線，如用gal2o3吸附ch3cl苯溶液，ch3cl被優(yōu)先吸附。s型為溶質(zhì)和溶劑吸附量相當情況，如用炭黑吸附乙醇苯溶液，在乙醇摩爾分數(shù)為00.4的范圍內(nèi)，乙醇優(yōu)先吸附，而在0.41的范圍內(nèi)，苯優(yōu)先吸附。四、吸附過程與吸附速率的控制吸附速率是設(shè)計吸附裝置的重要依據(jù)。吸附速率：是指當流體與吸附劑接觸時，單位時間內(nèi)的吸附量，kg/s。 吸附速率與物系、操作條件及濃度有關(guān)，當物系及操作條件一定時，吸附過程包括以下三個步驟：（1）吸附質(zhì)從流體主體以對流擴散的形式傳遞到固體吸附劑的外表面，此過程稱為外擴散。（2）吸附質(zhì)從吸附劑的外表面進入吸附劑的微孔內(nèi)，然后擴散到固體

13、的內(nèi)表面，此過程為內(nèi)擴散。（3）吸附質(zhì)在固體內(nèi)表面上被吸附劑所吸附，稱為表面吸附過程。通常吸附為物理吸附，表面吸附速率很快，故總吸附速率主要取決于內(nèi)外擴散速率的大小。外擴散控制的吸附：當外擴散速率小于內(nèi)擴散速率時，總吸附速率由外擴散速率決定，此吸附為外擴散控制的吸附。內(nèi)擴散控制的吸附：當內(nèi)擴散速率小于外擴散速率時，此吸附為內(nèi)擴散控制的吸附，總吸附速率由內(nèi)擴散速率決定。五、吸附操作吸附分離過程包括吸附過程和解吸過程。由于需處理的流體濃度、性質(zhì)及要求吸附的程度不同，故吸附操作有多種形式。1接觸過濾式操作該操作是把要處理的液體和吸附劑一起加入到帶有攪拌器的吸附槽中，使吸附劑與溶液充分接觸，溶液中的吸

14、附質(zhì)被吸附劑吸附，經(jīng)過一段時間，吸附劑達到飽和，將料漿送到過濾機中，吸附劑從液相中濾出，若吸附劑可用，經(jīng)適當?shù)慕馕?，回收利用之。因在接觸式吸附操作時，使用攪拌使溶液呈湍流狀態(tài)，顆粒外表面的膜阻力減少，故該操作適用于外擴散控制的傳質(zhì)過程。接觸過濾吸附操作所用設(shè)備主要有釜式或槽式，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。廣泛用于活性炭脫除糖液中的顏色等方面。2固定床吸附操作固定床吸附操作是把吸附劑均勻堆放在吸附塔中的多孔支承板上，含吸附質(zhì)的流體可以自上而下流動，也可自下而上流過吸附劑。在吸附過程中，吸附劑不動。圖7-9 固定床吸附操作流程示意圖通常固定床的吸附過程與再生過程在兩個塔式設(shè)備中交替進行，如圖7-9所示

15、，表示閥門關(guān)閉，o表示閥門打開。吸附在吸附塔1中進行，當出塔流體中吸附質(zhì)的濃度高于規(guī)定值時，物料切換到吸附塔2，與此同時吸附塔1采用變溫或減壓等方法進行吸附劑再生，然后再在塔1中進行吸附，塔2中進行再生，如此循環(huán)操作。 固定床吸附塔結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，操作方便靈活，吸附劑不易磨損，物料的返混少，分離效率高，回收效果好，故固定床吸附操作廣泛用于氣體中溶劑的回收、氣體干燥和溶劑脫水等方面。但固定床吸附操作的傳熱性能差，且當吸附劑顆粒較小時，流體通過床層的壓降較大，因吸附、再生及冷卻等操作需要一定的時間，故生產(chǎn)效率較低。3移動床吸附操作移動床吸附操作是指待處理的流體在塔內(nèi)自上而下流動，在與吸附劑接觸

16、時，吸附質(zhì)被吸附，已達飽和的吸附劑從塔下連續(xù)或間歇排出，同時在塔的上部補充新鮮的或再生后的吸附劑。與固定床相比，移動床吸附操作因吸附和再生過程在同一個塔中進行，所以設(shè)備投資費用少。4流化床吸附操作及流化床移動床聯(lián)合吸附操作流化床吸附操作是使流體自下而上流動，流體的流速控制在一定的范圍，保證吸附劑顆粒被托起，但不被帶出，處于流態(tài)化狀態(tài)進行的吸附操作。該操作的生產(chǎn)能力大，但吸附劑顆粒磨損程度嚴重，且由于流態(tài)化的限制，使操作范圍變窄。流化床移動床聯(lián)合吸附操作將吸附再生集一塔，如圖9-10所示。塔的上部為多層流化床，在此原料與流態(tài)化的吸附劑充分接觸，吸附后的吸附劑進入塔中部帶有加熱裝置的移動床層，升溫

17、后進入塔下部的再生段。在再生段中吸附劑與通入的惰性氣體逆流接觸得以再生。最后靠氣力輸送至塔頂重新進入吸附段，再生后的流體可通過冷卻器回收吸附質(zhì)。流化床移動床聯(lián)合吸附床常用于混合氣中溶劑的回收、脫除co2和水蒸汽等場合。圖9-10 流化床移動床聯(lián)合吸附分離示意圖該操作具有連續(xù)、吸附效果好的特點。因吸附在流化床中進行，再生前需加熱，所以此操作存在吸附劑磨損嚴重、吸附劑易老化變性的問題。5模擬移動床的吸附操作 為兼顧固定床裝填性能好和移動床連續(xù)操作的優(yōu)點，并保持吸附塔在等溫下操作，便于自動控制，設(shè)計一有許多小段塔節(jié)組成的塔，每一塔節(jié)都有進出物料口，采用特制的多通道（如24通道）的旋轉(zhuǎn)閥，靠微機控制，

18、定期啟閉切換吸附塔的進出料液和解吸劑的閥門，使各層料液進出口依次連續(xù)變動與四個主管道相連，這四個主管道是進料（ab）管、抽出液（a+d）管、抽余液（b+d）管和解吸劑（d）管，見圖9-11。一般整個吸附塔分成四個段：吸附段、第一精餾段（簡稱一精段）、解吸段和二精段，見模擬移動床吸附分離操作示意圖9-12。圖9-12 模擬移動床吸附分離操作示意圖圖9-11 模擬移動床吸附分離裝置在吸附段內(nèi)進行的是a組分的吸附，混合液從下向上流動，與已吸附著解吸劑d的吸附劑逆流接觸，組分a與d進行吸附交換，隨著流體向上流動，吸附質(zhì)a和少量的b不斷被吸附，d不斷被解吸，在吸附段出口溶液中主要為組分b和d，作為抽余液

19、從吸附段出口排出。在一精段內(nèi)完成a組分的精制和b組分的解吸，此段頂部下降的吸附劑與新鮮溶液接觸，a和b組分被吸附，在該段底部已吸附大量a和少量b的吸附劑與解吸段上部流入的流體（ad）逆流接觸，由于吸附劑對a的吸附能力比b組分強，故吸附劑上少量的b被a置換，b組分逐漸被全部置換出來，a得到精制。在解吸段內(nèi)完成組分a的解吸，吸附大量a的吸附劑與塔底通入的新鮮解吸劑d逆流接觸，a被解吸出來作為抽出液，再進精餾塔精餾得到產(chǎn)品a及解吸劑d。二精段目的在于部分回收d，減少解吸劑的用量。從解吸段出來的只含解吸劑d的吸附劑，送到二精段與吸附段出來的主要含b的溶液逆流接觸，b和d在吸附劑上置換，組分b被吸附，d

20、被解吸出來，并與新鮮解吸劑一起進入吸附段形成連續(xù)循環(huán)操作。 從以上操作看，在吸附塔內(nèi)形成流體由下向上，固體由上向下反方向的相對運動，每一小段床層是靜止不動的小固定床，吸附塔內(nèi)的吸附劑固體整體和流體是連續(xù)移動的，這就是模擬移動床吸附分離過程。應用模擬移動床吸附分離混合物最早始于從混合二甲苯中分離對二甲苯，之后應用于從煤油餾分中分離出正構(gòu)烷烴，以及c8芳烴中分離已基苯等等，解決了有些體系用精餾和萃取等方法難分離的困難。六、吸附過程的強化強化吸附過程可以從兩個方面入手，一是對吸附劑進行開發(fā)與改進，二是開發(fā)新的吸附工藝。1、吸附劑的改性與新型吸附劑的開發(fā)吸附效果的好壞及吸附過程規(guī)?；c吸附劑性能的關(guān)系

21、非常密切，盡管吸附劑的種類繁多，但實用的吸附劑卻有限，通過改性或接枝的方法可得到各種性能不同的吸附劑，工業(yè)上希望開發(fā)出吸附容量大、選擇性強、再生容易的吸附劑，目前大多數(shù)吸附劑吸附容量小限制了吸附塔的處理能力，使得吸附過程頻繁地進行吸附、解吸和再生。近期開發(fā)的較新型吸附劑如炭分子篩、活性炭纖維、金屬吸附劑和各種專用吸附劑不同程度地解決了吸附容量小和選擇性弱的缺憾，使的某些有機異構(gòu)體、熱敏性物質(zhì)、性能相近的混合物分離成為可能。2、開發(fā)新的吸附分離工藝隨著食品、醫(yī)藥、精細化工和生物化工的發(fā)展，需要開發(fā)出新的吸附分離工藝，吸附過程需要完善和大型化已成為一個重要問題。吸附分離工藝與再生解吸方法有關(guān)，而再

22、生方法又取決于組分在吸附劑上吸附性能的強弱和進料量的大小等因素，隨著各種性能良好的吸附劑的不斷開發(fā)，吸附分離工藝也得以迅速發(fā)展，如大型工業(yè)色譜吸附分離生產(chǎn)胡蘿卜素、葉黃質(zhì)和葉綠素。快速變壓吸附工藝制造航空高空飛機用氧。參數(shù)泵吸附分離用于分離血紅蛋白-白蛋白體系、酶及處理含酚廢水等。第二節(jié) 膜分離一、膜分離過程膜分離（membrane separation）是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)一定推動力的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過膜，從而使混合物得以分離，以達到提純、濃縮等目的的分離過程。膜分離所用的膜可以是固相、液相，也可以是氣相，而大規(guī)模工業(yè)應用中多數(shù)為固體膜，本節(jié)主要介紹固體膜的

23、分離過程。物質(zhì)選擇透過膜的能力可分為兩類：s 借助外界能量，物質(zhì)發(fā)生由低位到高位的流動；s 借助本身的化學位差，物質(zhì)發(fā)生由高位到低位的流動。操作的推動力可以是膜兩側(cè)的壓力差、濃度差、電位差、溫度差等。依據(jù)推動力不同，膜分離又分為多種過程，表1列出了幾種主要膜分離過程的基本特性，圖1給出了各種膜過程的分離范圍。反滲透、納濾、超濾、微濾均為壓力推動的膜過程，即在壓力的作用下，溶劑及小分子通過膜，而鹽、大分子、微粒等被截留，其截留程度取決于膜結(jié)構(gòu)。s 反滲透膜幾乎無孔，可以截留大多數(shù)溶質(zhì)（包括離子）而使溶劑通過，操作壓力較高，一般為210mpa；s 納濾膜孔徑為25nm，能截留部分離子及有機物，操作

24、壓力為0.73 mpa；s 超濾膜孔徑為220nm，能截留小膠體粒子、大分子物質(zhì)，操作壓力為0.11 mpa；s 微濾膜孔徑為0.0510m，能截留膠體顆粒、微生物及懸浮粒子，操作壓力為0.050.5 mpa。電滲析采用帶電的離子交換膜，在電場作用下膜能允許陰、陽離子通過，可用于溶液去除離子。氣體分離是依據(jù)混合氣體中各組分在膜中滲透性的差異而實現(xiàn)的膜分離過程。滲透汽化是在膜兩側(cè)濃度差的作用下，原料液中的易滲透組分通過膜并汽化，從而使原液體混合物得以分離的膜過程。傳統(tǒng)的分離單元操作如蒸餾、萃取、吸收等，也可以通過膜來實現(xiàn)，即為膜蒸餾、膜萃取、膜吸收與氣提等，實現(xiàn)這些膜過程的設(shè)備統(tǒng)稱為膜接觸器，包

25、括液-液接觸器、液-氣接觸器等。二、膜分離特點與傳統(tǒng)的分離操作相比，膜分離具有以下特點：（1）膜分離是一個高效分離過程，可以實現(xiàn)高純度的分離；（2）大多數(shù)膜分離過程不發(fā)生相變化，因此能耗較低；（3）膜分離通常在常溫下進行，特別適合處理熱敏性物料；（4）膜分離設(shè)備本身沒有運動的部件，可靠性高，操作、維護都十分方便。表1 膜分離過程過程示意圖膜類型推動力傳遞機理透過物截留物原料液濾液微濾mf多孔膜壓力差（0.1mpa）篩分水、溶劑、溶解物懸浮物各種微粒原料液濾液濃縮液超濾uf非對稱膜壓力差（0.11mpa）篩分溶劑、離子、小分子膠體及各類大分子原料液溶劑濃縮液反滲透ro非對稱膜復合膜壓力差（210

26、mpa）溶劑的溶解-擴散水、溶劑懸浮物、溶解物、膠體電滲析ed溶劑原料液濃電解質(zhì)陰膜陽膜陰極陽極離子交換膜電位差離子在電場中的傳遞離子非解離和大分子顆粒混合氣滲透氣滲余氣氣體分離原料液滲透蒸氣溶質(zhì)或溶劑gs均質(zhì)膜復合膜非對稱膜壓力差（115mpa）氣體的溶解-擴散易滲透氣體難滲透氣體滲透汽化pvap均質(zhì)膜復合膜非對稱膜濃度差分壓差溶解-擴散易溶解或易揮發(fā)組分不易溶解或難揮發(fā)組分原料液滲透液濃縮液膜蒸餾md微孔膜由于溫度差而產(chǎn)生的蒸汽壓差通過膜的擴散高蒸汽壓的揮發(fā)組分非揮發(fā)的小分子和溶劑圖1 膜過程的分離范圍推動力 應 用 有機物 離子 大分子 微粒 膠體粒子 濃度差滲透汽化滲 析電位差電 滲

27、析壓力差氣體膜分離納 濾反 滲 透超 濾微 濾過 濾溫度差膜 蒸 餾nm 0.1 1 10 100 1000m 0.1 1 10 100三、 膜與膜組件（一）分離膜性能分離膜（membrane）是膜過程的核心部件，其性能直接影響著分離效果、操作能耗以及設(shè)備的大小。分離膜的性能主要包括兩個方面：透過性能與分離性能。1透過性能能夠使被分離的混合物有選擇的透過是分離膜的最基本條件。表征膜透過性能的數(shù)是透過速率，是指單位時間、單位膜面積透過組分的通過量，對于水溶液體系，又稱透水率或水通量，以j表示。 式中： j透過速率，m3/(m2h)或kg/(m2h)；v透過組分的體積或質(zhì)量，m3或kg；a膜有效面

28、積，m2；t操作時間，h。膜的透過速率與膜材料的化學特性和分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，且隨操作推動力的增加而增大。此參數(shù)直接決定分離設(shè)備的大小。2分離性能分離膜必須對被分離混合物中各組分具有選擇透過的能力，即具有分離能力，這是膜分離過程得以實現(xiàn)的前提。不同膜分離過程中膜的分離性能有不同的表示方法，如截留率、截留分子量、分離因數(shù)等。（1）截留率對于反滲透過程，通常用截留率表示其分離性能。截留率反映膜對溶質(zhì)的截留程度，對鹽溶液又稱為脫鹽率，以r表示，定義為 式中 原料中溶質(zhì)的濃度，kg/m3；滲透物中溶質(zhì)的濃度，kg/m3。100截留率表示溶質(zhì)全部被膜截留，此為理想的半滲透膜；0截留率則表示全部溶質(zhì)透過

29、膜，無分離作用。通常截留率在0100之間。（2）截留分子量在超濾和納濾中，通常用截留分子量表示其分離性能。截留分子量是指截留率為90%時所對應的分子量。截留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔徑的大小，通?？捎靡幌盗胁煌肿恿康臉藴饰镔|(zhì)進行測定。（3）分離因數(shù)對于氣體分離和滲透汽化過程，通常用分離因數(shù)表示各組分透過的選擇性。對于含有a、b兩組分的混合物，分離因數(shù)定義為 式中 原料中組分a與組分b的摩爾分率；透過物中組分a與組分b的摩爾分率。通常，用組分a表示透過速率快的組分，因此的數(shù)值大于1。分離因數(shù)的大小反映該體系分離的難易程度，越大，表明兩組分的透過速率相差越大，膜的選擇性越好，分離程度越

30、高；等于1，則表明膜沒有分離能力。 膜的分離性能主要取決于膜材料的化學特性和分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，同時也與膜分離過程的一些操作條件有關(guān)。該性能對分離效果、操作能耗都有決定性的影響。（二）膜材料及分類目前使用的固體分離膜大多數(shù)是高分子聚合物膜，近年來又開發(fā)了無機材料分離膜。高聚物膜通常是用纖維素類、聚砜類、聚酰胺類、聚酯類、含氟高聚物等材料制成。無機分離膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金屬膜和分子篩炭膜等。膜的種類與功能較多，分類方法也較多，但普遍采用的是按膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)分類，將分離膜分為對稱膜和非對稱膜兩類。多孔支撐層致密皮層 不同類型膜橫斷面示意圖（a）對稱膜; （b）非對稱膜多孔膜無孔膜（a）一體化膜復合

31、膜致密皮層（b）對稱膜又稱為均質(zhì)膜，是一種均勻的薄膜，膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)完全相同，包括致密的無孔膜和對稱的多孔膜兩種，圖（a）所示。一般對稱膜的厚度在10200m之間，傳質(zhì)阻力由膜的總厚度決定，降低膜的厚度可以提高透過速率。非對稱膜的橫斷面具有不對稱結(jié)構(gòu)，如圖（b）所示。一體化非對稱膜是用同種材料制備、由厚度為0.10.5m的致密皮層和50150m的多孔支撐層構(gòu)成，其支撐層結(jié)構(gòu)具有一定的強度，在較高的壓力下也不會引起很大的形變。此外，也可在多孔支撐層上覆蓋一層不同材料的致密皮層構(gòu)成復合膜。顯然，復合膜也是一種非對稱膜。對于復合膜，可優(yōu)選不同的膜材料制備致密皮層與多孔支撐層，使每一層獨立的發(fā)

32、揮最大作用。非對稱膜的分離主要或完全由很薄的皮層決定，傳質(zhì)阻力小，其透過速率較對稱膜高得多，因此非對稱膜在工業(yè)上應用十分廣泛。（三）膜組件膜組件是將一定膜面積的膜以某種形式組裝在一起的器件，在其中實現(xiàn)混合物的分離。板框式膜組件采用平板膜，其結(jié)構(gòu)與板框過濾機類似，用板框式膜組件進行海水淡化的裝置如圖所示。在多孔支撐板兩側(cè)覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個端板密封、壓緊。海水從上部進入組件后，沿膜表面逐層流動，其中純水透過膜到達膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔匯集在邊緣的導流管后排出，而未透過的濃縮咸水從下部排出。 螺旋卷式膜組件中心管 板框式膜組件螺旋卷式膜組件也是采用平板膜，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似，

33、如圖所示。它是由中間為多孔支撐板、兩側(cè)是膜的“膜袋”裝配而成，膜袋的三個邊粘封，另一邊與一根多孔中心管連接。組裝時在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀材料(隔網(wǎng))，繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內(nèi)。原料進入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動，而透過物進入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動，最后匯集在中心收集管中再排出。螺旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度可達8301660m2/m3。缺點是制作工藝復雜，膜清洗困難。管式膜組件是把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管（直徑1020mm）組裝在一起就構(gòu)成了管式膜組件，與列管式換熱器相類似。若膜刮在支撐管內(nèi)側(cè)，則為內(nèi)壓型，原

34、料在管內(nèi)流動，如圖所示；若膜刮在支撐管外側(cè)，則為外壓型，原料在管外流動。管式膜組件的結(jié)構(gòu)簡單，安裝、操作方便，流動狀態(tài)好，但裝填密度較小，約為33330 m2/m3。將膜材料制成外徑為80400m、內(nèi)徑為40100m的空心管，即為中空纖維膜。將大量的中空纖維一端封死，另一端用環(huán)氧樹脂澆注成管板，裝在圓筒形壓力容器中，就構(gòu)成了中空纖維膜組件，也形如列管式換熱器，如圖所示。大多數(shù)膜組件采用外壓式，即高壓原料在中空纖維膜外測流過，透過物則進入中空纖維膜內(nèi)側(cè)。中空纖維膜組件裝填密度極大（1000030000 m2/m3），且不需外加支撐材料；但膜易堵塞，清洗不容易。中空纖維膜組件 管式膜組件四、反滲透

35、(reverse osmosis)滲透與反滲透示意圖1、溶液滲透壓 pec-1000復合膜的斷面放大結(jié)構(gòu)圖保護層超薄的分離層支撐層(30nm)聚砜基質(zhì)纖維織物能夠讓溶液中一種或幾種組分通過而其它組分不能通過的選擇性膜稱為半透膜。當把溶劑和溶液（或兩種不同濃度的溶液）分別置于半透膜的兩側(cè)時，純?nèi)軇⑼高^膜而自發(fā)地向溶液（或從低濃度溶液向高濃度溶液）一側(cè)流動，這種現(xiàn)象稱為滲透。當溶液的液位升高到所產(chǎn)生的壓差恰好抵消溶劑向溶液方向流動的趨勢，滲透過程達到平衡，此壓力差稱為該溶液的滲透壓，以表示。若在溶液側(cè)施加一個大于滲透壓的壓差時，則溶劑將從溶液側(cè)向溶劑側(cè)反向流動，此過程稱為反滲透，如圖所示。 這樣

36、，可利用反滲透過程從溶液中獲得純?nèi)軇?、反滲透膜與應用反滲透膜多為不對稱膜或復合膜，右圖所示的是一種典型的反滲透復合膜的結(jié)構(gòu)圖。反滲透膜的致密皮層幾乎無孔，因此可以截留大多數(shù)溶質(zhì)（包括離子）而使溶劑通過。反滲透操作壓力較高，一般為210mpa。大規(guī)模應用時，多采用卷式膜組件和中空纖維膜組件。評價反滲透膜性能的主要參數(shù)為透過速率（透水率）與截留率（脫鹽率）。此外，在高壓下操作對膜產(chǎn)生壓實作用，造成透水率下降，因此抗壓實性也是反滲透膜性能的一個重要指標。反滲透是一種節(jié)能技術(shù)，過程中無相變，一般不需加熱，工藝過程簡單，能耗低，操作和控制容易，應用范圍廣泛。其主要應用領(lǐng)域有海水和苦咸水的淡化，純水和

37、超純水制備，工業(yè)用水處理，飲用水凈化，醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)料液處理和濃縮，以及廢水處理等。五、超濾與微濾（ultrafiltration and microfiltration）1、基本原理 超濾與微濾原理示意圖超濾與微濾都是在壓力差作用下根據(jù)膜孔徑的大小進行篩分的分離過程，其基本原理如圖所示。在一定壓力差作用下，當含有高分子溶質(zhì)a和低分子b的混合溶液流過膜表面時，溶劑和小于膜孔的低分子溶質(zhì)（如無機鹽類）透過膜，作為透過液被收集起來，而大于膜孔的高分子溶質(zhì)（如有機膠體等）則被截留，作為濃縮液被回收，從而達到溶液的凈化、分離和濃縮的目的。通常，能截留分子量500以上、106以下分子的膜分離過程

38、稱為超濾；截留更大分子（通常稱為分散粒子）的膜分離過程稱為微濾。實際上，反滲透操作也是基于同樣的原理，只不過截留的是分子更小的無機鹽類，由于溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量小，滲透壓較高，因此必須施加高壓才能使溶劑通過，如前所述，反滲透操作壓差為210mpa。而對于高分子溶液而言，即使溶液的濃度較高，但滲透壓較低，操作也可在較低的壓力下進行。通常，超濾操作的壓差為0.31.0mpa，微濾操作的壓差為0.10.3mpa。2、超濾膜與微濾膜微濾和超濾中使用的膜都是多孔膜。超濾膜多數(shù)為非對稱結(jié)構(gòu)，膜孔徑范圍為1nm0.05m，系由一極薄具有一定孔徑的表皮層和一層較厚具有海綿狀和指孔狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成，前者起分離作

39、用，后者起支撐作用。微濾膜有對稱和非對稱兩種結(jié)構(gòu)，孔徑范圍為0.0510m。圖所示的是超濾膜與微濾膜的掃描電鏡圖片。表征超濾膜性能的主要參數(shù)有透過速率和截留分子量及截留率，而更多的是用截留分子量表征其分離能力。表征微濾膜性能的參數(shù)主要是透過速率、膜孔徑和空隙率，其中膜孔徑反映微濾膜的截留能力，可通過電子顯微鏡掃描法或泡壓法、壓汞法等方法測定?？紫堵适侵竼挝荒っ娣e上孔面積所占的比例。3、濃差極化與膜污染透過物濃差極化模型對于壓力推動的膜過程，無論是反滲透，還是超濾與微濾，在操作中都存在濃差極化現(xiàn)象。在操作過程中，由于膜的選擇透過性，被截留組分在膜料液側(cè)表面都會積累形成濃度邊界層，其濃度大大高于料

40、液的主體濃度，在膜表面與主體料液之間濃度差的作用下，將導致溶質(zhì)從膜表面向主體的反向擴散，這種現(xiàn)象稱為濃差極化，如圖所示。濃差極化使得膜面處濃度ci增加，加大了滲透壓，在一定壓差下使溶劑的透過速率下降，同時ci的增加又使溶質(zhì)的透過速率提高，使截留率下降。超濾通量與操作壓力差的關(guān)系膜污染是指料液中的某些組分在膜表面或膜孔中沉積導致膜透過速率下降的現(xiàn)象。組分在膜表面沉積形成的污染層將產(chǎn)生額外的阻力，該阻力可能遠大于膜本身的阻力而成為過濾的主要阻力；組分在膜孔中的沉積，將造成膜孔減小甚至堵塞，實際上減小了膜的有效面積。膜污染主要發(fā)生在超濾與微濾過程中。左圖所示的是超濾過程中壓力差與透過速率j之間的關(guān)系

41、。對于純水的超濾，其水通量與壓力差成正比；而對于溶液的超濾，由于濃差極化與膜污染的影響，超濾通量隨壓差的變化關(guān)系為一曲線，當壓差達到一定值時，再提高壓力，只是使邊界層阻力增大，卻不能增大通量，從而獲得一極限通量。由此可見，濃差極化與膜污染均使膜透過速率下降，是操作過程的不利因素，應設(shè)法降低。減輕濃差極化與膜污染的途徑主要有：（1）對原料液進行預處理，除去料液中的大顆粒；（2）增加料液的流速或在組件中加內(nèi)插件以增加湍動程度，減薄邊界層厚度；（3）定期對膜進行反沖和清洗。4、應用超濾主要適用于大分子溶液的分離與濃縮，廣泛應用在食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理、超純水制備及生物技術(shù)工業(yè)，包括牛奶的濃縮、果汁

42、的澄清、醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌、電泳涂漆廢水的處理、各種酶的提取等。微濾是所有膜過程中應用最普遍的一項技術(shù)，主要用于細菌、微粒的去除，廣泛應用在食品和制藥行業(yè)中飲料和制藥產(chǎn)品的除菌和凈化，半導體工業(yè)超純水制備過程中顆粒的去除，生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)酵液中生物制品的濃縮與分離等。 滲透汽化分離原理汽化六、 滲透汽化 (pervaporation)1、基本原理滲透汽化是一種有相變的膜滲透過程。將液體混合物在膜的一側(cè)與膜接觸，而膜的另一側(cè)維持較低的易揮發(fā)組分蒸汽壓，在膜兩側(cè)易揮發(fā)組分蒸汽壓差的作用下，易揮發(fā)組分較多的溶解在膜上，并擴散通過膜，最后在膜的另一側(cè)汽化而被抽出，這樣的膜過程即為滲透汽化。易揮發(fā)組分通過膜時

43、發(fā)生相變，相變所需的熱量來自原料液的降溫。在滲透汽化中只要膜選擇得當，可使含量極少的易揮發(fā)溶質(zhì)透過膜，雖然過程中需要一定的熱量，但與大量的溶劑透過過程相比仍為節(jié)能操作。滲透汽化的分離原理如圖所示，傳遞機理通?？捎萌芙?擴散描述。依此機理，被分離組分通過膜的傳遞過程可分為三步：（1）被分離組分在膜上游表面被選擇性吸附并溶解；（2）在膜內(nèi)擴散滲透通過膜；（3）在膜下游表面脫附并汽化。依據(jù)造成膜兩側(cè)蒸汽壓差方法不同，滲透汽化主要有以下三種形式：（1）真空滲透汽化：膜透過側(cè)用真空泵抽真空，以造成膜兩側(cè)組分的蒸汽壓差；（2）載氣吹掃滲透汽化：用載氣吹掃膜的透過側(cè)，以帶走透過組分；（3）熱滲透汽化：通過料

44、液加熱和透過側(cè)冷凝的方法，形成膜兩側(cè)組分的蒸汽壓差。原料液滲透液滲余液冷凝器真空泵原料液滲透液滲余液冷凝器載氣原料液滲透液滲余液冷凝器加熱器(a) 真空滲透汽化(b) 載氣吹掃滲透汽化(c) 熱滲透汽化滲透汽化分離過程示意圖三種操作的流程示意如圖所示。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用真空與熱滲透汽化相結(jié)合的方式。2、滲透汽化膜與應用滲透汽化所用膜為致密均質(zhì)膜、復合膜或非對稱膜，其中復合膜應用更廣泛。表征滲透汽化膜分離性能的主要參數(shù)是膜的分離因數(shù)和透過速率（或滲透通量）。滲透汽化對膜的要求是分離因數(shù)大、滲透通量大。實際上，膜的這兩個性能參數(shù)常常是互相矛盾的。分離因數(shù)大、選擇性好的膜，滲透通量往往比較??；而滲透

45、通量大的膜，其分離因數(shù)通常又較小。所以，在選膜和制膜時需要根據(jù)具體情況進行優(yōu)化選擇。滲透汽化是一個較復雜的分離過程，原料的組成對分離性能有很大的影響，一般主要用于液體混合物中去除少量的液體。滲透汽化雖以組分的蒸汽壓差為推動力，但其分離作用不受組分氣-液平衡的限制，而主要受組分在膜內(nèi)的滲透速率控制，因此，滲透汽化尤適合于用普通蒸餾難以分離的近沸物和恒沸物的分離。滲透汽化的應用主要有以下幾個方面;(1) 有機溶劑脫水：最典型的過程為工業(yè)乙醇脫水制備無水乙醇，其分離能耗比恒沸精餾低得多，目前在工業(yè)上已大規(guī)模的應用；(2) 水中有機物的脫除：如從發(fā)酵液中除去醇、從廢水中除去揮發(fā)性有機污染物等；(3)

46、有機物的分離：如苯/環(huán)己烷、丁烷/丁烯等的分離，但目前多處于基礎(chǔ)研究階段。壓縮機滲透氣滲余氣真空泵原料氣氣體分離過程示意圖七、 氣體分離 (gas separation)1、基本原理氣體膜分離是在膜兩側(cè)壓力差的作用下，利用氣體混合物中各組分在膜中滲透速率的差異而實現(xiàn)分離的過程，其中滲透快的組分在滲透側(cè)富集，相應滲透慢的組分則在原料側(cè)富集，氣體分離流程示意圖如圖所示。氣體分離膜可分為多孔膜和無孔（均質(zhì)）膜兩種。在實際應用中，多采用均質(zhì)膜。氣體在均質(zhì)膜中的傳遞靠溶解-擴散作用，其傳遞過程由三步組成：（1）氣體在膜上游表面吸附溶解；（2）氣體在膜兩側(cè)分壓差的作用下擴散通過膜；（3）在膜下游表面脫附。

47、此時滲透速率主要取決于氣體在膜中的溶解度和擴散系數(shù)。評價氣體分離膜性能的主要參數(shù)是滲透系數(shù)和分離因數(shù)。分離因數(shù)反映膜對氣體各組分透過的選擇性，定義式同前。滲透系數(shù)表示氣體通過膜的難易程度，定義為 式中：v氣體滲透量，m3；膜厚，m；膜兩側(cè)的壓力差，pa；a膜面積，m2；t時間，s；滲透系數(shù)，m3m/(m2spa)。2、應用氣體膜分離的主要應用有：（1）h2的分離回收：主要有合成氨尾氣中h2的回收、煉油工業(yè)尾氣中h2的回收等，是當前氣體分離應用最廣的領(lǐng)域；（2）空氣分離：利用膜分離技術(shù)可以得到富氧空氣和富氮空氣，富氧空氣可用于高溫燃燒節(jié)能、家用醫(yī)療保健等方面；富氮空氣可用于食品保鮮、惰性氣氛保護

48、等方面；（3）氣體脫濕：如天然氣脫濕、壓縮空氣脫濕、工業(yè)氣體脫濕等。八、膜接觸器（membrane contactors）1、概述傳統(tǒng)的分離單元操作如蒸餾、吸收、萃取等也可以通過膜來實現(xiàn)，即為膜蒸餾、膜吸收、膜萃取，膜過程與常規(guī)分離過程的耦合，是正開發(fā)中的新型膜分離技術(shù)，也是膜過程今后發(fā)展的方向，實現(xiàn)上述膜過程的設(shè)備統(tǒng)稱為膜接觸器。膜接觸器是以多孔膜作為傳遞介質(zhì)實現(xiàn)兩相傳質(zhì)的裝置，其中一相并不是直接分散在另一相中，而是在微孔膜表面開孔處兩相界面上相互接觸而進行傳質(zhì)。這種膜接觸器較常規(guī)的分散相接觸器有顯著的優(yōu)越性，具有極大的兩相傳質(zhì)面積是其典型特征，一般典型的膜接觸器提供的傳質(zhì)面積比氣體吸收器3

49、0倍以上，比液-液萃取器大500倍以上。另外，膜接觸器的操作范圍寬，高流量下不會造成液泛、霧沫夾帶等不正常操作，低流量下不致滴液，也能正常操作。膜接觸器主要缺點是傳質(zhì)中引入了一個新相膜，膜的存在會影響總傳質(zhì)阻力，其影響程度取決于膜和體系的性質(zhì)。依據(jù)氣液傳遞相不同，膜接觸器又分為氣-液（g-l）型、液-氣（l-g）型、液-液（l-l）型。在液-液膜接觸器中，兩相均為液體；氣-液型、液-氣型膜接觸器中，一相為氣體或蒸汽，另一相為液體，二者的區(qū)別在于氣-液型中，氣體或蒸汽從氣相傳遞到液相，液-氣型中，氣體或蒸汽從液相傳遞到氣相，如圖所示。傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向液體液體氣體液體液體氣體 膜接觸器類型

50、（a）氣-液接觸器；（b）液-氣接觸器；（3）液-液接觸器（a）a（b）a（c）透過組分在膜接觸器中的傳遞包括三個步驟：從原料相主體到膜的傳遞、在膜內(nèi)微孔的擴散傳遞、以及從膜到滲透物相中的傳遞。傳遞過程的通量可表示為 式中：總傳質(zhì)系數(shù)；分別為原料相、膜及透過物相的傳質(zhì)分系數(shù)；原料相與透過物相中透過組分的濃度差。 此時，傳質(zhì)總阻力由三部分組成，即原料相邊界層阻力、膜阻和透過物相邊界層阻力。2、膜吸收(membrane absorption)膜吸收與膜解吸是將膜與常規(guī)吸收、解吸相結(jié)合的膜分離過程，膜吸收為氣-液接觸器，而膜解吸為液-氣接觸器。利用微孔膜將氣、液兩相分隔開來，一側(cè)為氣相流動，而另一側(cè)

51、為液相流動，中間的膜孔提供氣、液兩相間實現(xiàn)傳質(zhì)的場所，從而使一種氣體或多種氣體被吸收進入液相實現(xiàn)吸收過程，或一種氣體或多種氣體從吸收劑中被氣提實現(xiàn)解吸過程。膜吸收中所采用的膜可以是親水性膜，也可以是疏水性膜。根據(jù)膜材料的疏水和親水性能以及吸收劑性能的差異，膜吸收又分為兩種類型，即氣體充滿膜孔和液體充滿膜孔的膜吸收過程。（1）氣體充滿膜孔若膜材料為疏水性并使膜兩側(cè)流體的壓力差保持在一定范圍時，作為吸收劑或被解吸的水溶液便不會進入膜孔，此時膜孔被氣體所充滿，如圖（a）所示。在這種情況下，液相的壓力應高于氣相的壓力，選擇合適的壓差使氣體不在液體中鼓泡，也不能把液體壓入膜孔，而將氣、液界面固定在膜的液

52、相側(cè)。 膜吸收類型（a）氣體充滿膜孔; （b）液體充滿膜孔疏水微孔膜氣體液體氣體液體親水微孔膜（a）（b）（2）液體充滿膜孔當吸收劑為水溶液且膜又為親水性材料時，一旦膜與吸收劑接觸，則膜孔立即被吸收劑充滿；用疏水性膜材料時，若吸收劑為有機物溶液，膜孔也會被吸收劑充滿，如圖（b）所示。在這種情況下，氣相的壓力應高于液相的壓力，以保證氣、液界面固定在膜的氣相側(cè)，防止吸收劑穿透膜而流向氣相。吹掃氣冷凝水氣隙圖8-30 膜蒸餾類型（a）直接接觸式; （b）氣隙式; （c）減壓式; （d）氣掃式冷卻水熱料液（a）a冷卻水熱料液（b）a冷凝水熱料液（c）a冷凝器真空泵冷凝水熱料液（d）冷凝器膜吸收最早并廣

53、泛用于血液充氧過程，純氧或空氣流過膜的一側(cè)而血液流過膜的另一側(cè)，氧通過膜擴散到血液中，而二氧化碳則從血液擴散到氣相中。目前膜吸收技術(shù)在化工生產(chǎn)中主要用于空氣中的揮發(fā)性有機組分的脫除、工業(yè)排放尾氣中酸性氣體(如co2、so2、h2s) 的脫除或分離, 氨氣的回收等。3、膜蒸餾(membrane distillation)膜蒸餾是一種用于處理水溶液的新型膜分離過程。膜蒸餾中所用的膜是不被料液潤濕的多孔疏水膜，膜的一側(cè)是加熱的待處理水溶液，另一側(cè)是低溫的冷水或是其它氣體。由于膜的疏水性，水不會從膜孔中通過，但膜兩側(cè)由于水蒸汽壓差的存在，而使水蒸汽通過膜孔，從高蒸汽壓側(cè)傳遞到低蒸汽壓側(cè)。這種傳遞過程包

54、括三個步驟：首先水在料液側(cè)膜表面汽化，然后汽化的水蒸汽通過疏水膜孔擴散，最后在膜另一側(cè)表面上冷凝為水。膜蒸餾過程的推動力是水蒸汽壓差，一般是通過膜兩側(cè)的溫度差來實現(xiàn)，所以膜蒸餾屬于熱推動膜過程。根據(jù)水蒸汽冷凝方式不同，膜蒸餾可分為直接接觸式、氣隙式、減壓式和氣掃式四種形式，如圖所示。直接接觸式膜蒸餾是熱料液和冷卻水與膜兩側(cè)直接接觸；氣隙式膜蒸餾是用空氣隙使膜與冷卻水分開，水蒸汽需要通過一層氣隙到達冷凝板上才能冷凝下來；減壓膜蒸餾中，透過膜的水蒸汽被真空泵抽到冷凝器中冷凝；氣掃式膜蒸餾是利用不凝的吹掃氣將水蒸汽帶入冷凝器中冷凝。膜蒸餾主要應用在兩個方面：一是純水的制備，如海水淡化、電廠鍋爐用水的處理等；二是水溶液的濃縮，如熱敏性水溶液的濃縮、鹽的濃縮結(jié)晶等。4、膜萃?。╩embrane extraction）膜萃取是膜過程與液-液萃取過程相結(jié)合的分離技術(shù)，用微孔膜將兩個液相分隔開，傳質(zhì)過程在微孔膜表面進行。該過程無需密度差，避免了常規(guī)萃取操作中相的分散與凝聚過程，減少了萃取劑在料液中的夾帶，有較高的傳質(zhì)速率