化工原理-chap13-2-考研試題資料系列

1、化工原理-chap13_2-考研試題資料系列幻燈片2目錄13.2 膜分離一、概述五、反滲透二、微濾六、滲透汽化三、超濾七、氣體分離四、納濾八、電滲析第十三章 其他分離過(guò)程化工原理2化工原理-chap13_2-考研試題資料系列13.2 膜分離一、概述 膜分離技術(shù)是指在分子水平上，不同粒徑的混合物在通過(guò)半滲透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)。 半透膜又稱分離膜，分離膜的特點(diǎn)是膜壁遍布微小孔洞，根據(jù)孔徑的大小可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜等。膜：兩相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間，簡(jiǎn)單地說(shuō)，膜是分隔開(kāi)兩種流體的一個(gè)薄的阻擋層。浙江大學(xué)本科生課程化工原理3化工原理-chap13_2-考研試題資料系列13.2

2、膜分離 膜分離技術(shù)由于具有常溫下操作、無(wú)相態(tài)變化、高效節(jié)能、在生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生污染等特點(diǎn)，因此在飲用水凈化、工業(yè)用水處理，食品、飲料用水凈化、除菌，生物活性物質(zhì)回收、精制等方面得到廣泛應(yīng)用，并迅速推廣到紡織、化工、電力、食品、冶金、石油、機(jī)械、生物、制藥、發(fā)酵等各個(gè)領(lǐng)域。分離膜因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，在環(huán)境保護(hù)和水資源再生方面異軍突起，在環(huán)境工程，特別是廢水處理方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 膜分離技術(shù)是近30年發(fā)展很快的一門(mén)新型的分離、濃縮、提純及凈化技術(shù)。浙江大學(xué)本科生課程化工原理4化工原理-chap13_2-考研試題資料系列13.2 膜分離膜分離技術(shù)適用場(chǎng)合： 1 化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)相似的化合物

3、的混合物。 （2）結(jié)構(gòu)的或取代基位置相似的異構(gòu)物混合物。 （3）含有熱敏性組分的混合物。浙江大學(xué)本科生課程化工原理5化工原理-chap13_2-考研試題資料系列13.2 膜分離膜的種類：浙江大學(xué)本科生課程化工原理6化工原理-chap13_2-考研試題資料系列13.2 膜分離生物膜原生質(zhì)、細(xì)胞膜膜 合成膜液膜固膜有機(jī)膜無(wú)機(jī)膜多孔膜按膜的來(lái)源形態(tài)和結(jié)構(gòu)分：浙江大學(xué)本科生課程化工原理7化工原理-chap13_2-考研試題資料系列13.2 膜分離微濾MF、 滲析、超濾UF、 電滲析、納濾NF、 膜電解、反滲透RO、 膜蒸餾氣體分離、滲透蒸發(fā)；膜分離技術(shù)種類： 壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程浙江大學(xué)本科生課程化工原理8

4、化工原理-chap13_2-考研試題資料系列 反 滲 透 納 濾 超 濾 微 濾 普 通 過(guò) 濾含水鹽溶液 炭黑 顏 料 人 發(fā) 合成 色素 白蛋白 海沙 煙 草 灰 酵 母 菌 金屬離子 病 毒 細(xì) 菌活性灰內(nèi)毒素/熱精 靛 藍(lán)紅血球 花粉粒 糖 明 膠膠 乳 / 乳 濁 液原子半徑 石 棉 谷物-面粉 離 子 分 子 大分子 小微粒 大顆粒浙江大學(xué)本科生課程化工原理9化工原理-chap13_2-考研試題資料系列微孔膜過(guò)濾MF是世界上開(kāi)發(fā)應(yīng)用最早的膜過(guò)濾技術(shù)。二、微 濾 MF膜品種擴(kuò)大到聚酰胺聚偏二氟乙烯（PVDF）聚丙烯腈（PAN）聚碳酸酯或磷脂酰膽堿（PC）聚醚砜（PES）聚苯乙烯（PS

5、）聚丙烯（PP）聚乙烯（PE）聚四氟乙烯（PTFE）浙江大學(xué)本科生課程化工原理10化工原理-chap13_2-考研試題資料系列應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的微生物檢測(cè)制藥醫(yī)療飲料生物工程超純水飲用水石化環(huán)保廢水處理分析檢測(cè)二、微 濾 MF 應(yīng)用：主要從氣相和液相物質(zhì)中截留微米及亞米級(jí)的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、細(xì)菌、酵母、紅血球、污染物等以達(dá)到凈化，分離和濃縮的目的。浙江大學(xué)本科生課程化工原理11化工原理-chap13_2-考研試題資料系列微濾原理 微濾操作壓差為0.010.2MPa，被分離粒子直徑的范圍為0.0810m。二、微 濾 MF 在靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子通過(guò)濾膜，比膜孔大的粒子則被阻攔在濾膜面

6、上，使大小不同的組分得以分離，其作用相當(dāng)于“過(guò)濾 。 一般認(rèn)為MF的分離機(jī)理為篩分機(jī)理，膜的物理結(jié)構(gòu)起決定性作用。此外，吸附和電性能等因素對(duì)截留也有影響。 由于每平方厘米濾膜中約包含1千萬(wàn)至1億個(gè)小孔，孔隙率占總體積的70%80%，故阻力很小，過(guò)濾速度較快。浙江大學(xué)本科生課程化工原理12化工原理-chap13_2-考研試題資料系列三、超 濾 UF 超濾(UF)是一種應(yīng)用最廣泛的膜分離技術(shù)，屬分子級(jí)、幾乎能截留溶液中細(xì)菌、熱源、病毒以及膠體蛋白質(zhì)、大分子有機(jī)物。對(duì)深度降濁、澄清、除菌和有機(jī)大分子物質(zhì)的分離 、 濃縮、分級(jí)、提純等具有非常卓越的效果。在水處理領(lǐng)域 ，可用來(lái)去除水中的膠體、微粒、細(xì)菌

7、 、病毒 、熱源及大分子有機(jī)物 ，使水得到凈化 。浙江大學(xué)本科生課程化工原理13化工原理-chap13_2-考研試題資料系列超濾原理 在靜壓差為推動(dòng)力的作用下，原料液中溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過(guò)膜到低壓側(cè)，稱為濾出液或透過(guò)液，而大粒子組分被膜所阻攔，使它們?cè)跒V剩液中濃度增大。 一般認(rèn)為UF的分離機(jī)理也是篩孔分離過(guò)程，但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾膜分離的重要因素。即超濾過(guò)程中溶質(zhì)的截留有在膜表面的機(jī)械截留篩分、在膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜表面及膜孔內(nèi)的吸附（一次吸附）等三種方式。三、超 濾 UF浙江大學(xué)本科生課程化工原理14化工原理-chap13_2-考研試題資料系列 納濾技術(shù)是

8、反滲透膜過(guò)程為適應(yīng)工業(yè)軟化水的需求及降低成本的經(jīng)濟(jì)性不斷發(fā)展的新膜品種。四、納 濾 NF納濾過(guò)程的應(yīng)用： 主要用于飲用水和工業(yè)用水的純化，廢水凈化處理，工藝流體中有價(jià)值成分的濃縮等方面。 其操作壓力差為0.52.0MPa或0.3451.035MPa，截留分子量界限為2001000（或200500），分子大小約為1nm的溶解組分的分離。浙江大學(xué)本科生課程化工原理15化工原理-chap13_2-考研試題資料系列分離機(jī)理： NF 膜為無(wú)孔膜，通常認(rèn)為其傳質(zhì)機(jī)理為溶解擴(kuò)散方式。但NF膜大多為荷電膜，其對(duì)無(wú)機(jī)鹽的分離行為不僅由化學(xué)勢(shì)梯度控制，同時(shí)也受電勢(shì)梯度的影響，即NF膜的行為與其荷電性能，以及溶質(zhì)荷

9、電狀態(tài)和相互作用有關(guān)。四、納 濾 NF浙江大學(xué)本科生課程化工原理16化工原理-chap13_2-考研試題資料系列 反滲透是60年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新膜分離技術(shù)，它的孔徑很小，大都1010 1010A，它能去除濾液中的離子范圍和分子量很小的有機(jī)物，如細(xì)菌、病毒、熱源等。它已廣泛應(yīng)用于各種液體的提純與濃縮，其中最普通的應(yīng)用實(shí)例是在水處理工藝中，用反滲透技術(shù)將原水中的無(wú)機(jī)離子、細(xì)菌、病毒、有機(jī)物質(zhì)及膠體等雜質(zhì)去除，以獲得高質(zhì)量的純凈水。五、反 滲 透 RO 目前，用于反滲透過(guò)程的半透膜主要的二種形式：一種是醋酸纖維，一種是復(fù)合膜。浙江大學(xué)本科生課程化工原理17化工原理-chap13_2-考研試題資料

10、系列 反滲透是滲透的一種反向的遷移運(yùn)動(dòng)，是一種在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開(kāi)的分離方法。反滲透膜的膜孔徑非常小，僅為10A0左右，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等，去除率高達(dá)97-98%。反滲透基本原理：半透膜 純水 鹽溶液滲透壓外壓五、反 滲 透 RO浙江大學(xué)本科生課程化工原理18化工原理-chap13_2-考研試題資料系列分離機(jī)理： 反滲透膜的選擇透過(guò)性與組分在膜中的溶解、吸附和擴(kuò)散有關(guān)，因此除與膜孔的大小結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與膜的化學(xué)、物理性質(zhì)有密切關(guān)系，即與組分和膜之間的相互作用密切相關(guān)。由此可見(jiàn)，反滲透分離過(guò)程中化學(xué)因素膜及其表面特

11、性起主導(dǎo)作用。五、反 滲 透 RO浙江大學(xué)本科生課程化工原理19化工原理-chap13_2-考研試題資料系列反滲透膜元件：五、反 滲 透 RO浙江大學(xué)本科生課程化工原理20化工原理-chap13_2-考研試題資料系列 早在一百多年前，人們就發(fā)現(xiàn)了滲透蒸發(fā)現(xiàn)象，但直到上世紀(jì)5060年代，以Kammermyer，Binning，Michaels和Long，Neel為代表的學(xué)者才開(kāi)始了對(duì)滲透蒸發(fā)的系統(tǒng)研究。而該技術(shù)得到廣泛重視是在能源危機(jī)后的70年代至80年代初。由于新的聚合物的合成，膜制備技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)中降低能耗的實(shí)際要求，第一代滲透蒸發(fā)膜才走向工業(yè)應(yīng)用。六、滲透汽化浙江大學(xué)本科生課程化工原

12、理21化工原理-chap13_2-考研試題資料系列滲透蒸發(fā)氣化原理： 滲透氣化是指液體混合物在膜兩側(cè)壓差的作用下，利用膜對(duì)被分離混合物中某組分有優(yōu)先選擇性透過(guò)膜的特點(diǎn)使該組分滲透通過(guò)膜并在膜的下游側(cè)氣化去除，從而達(dá)到混合物的分離提純的一種膜分離技術(shù)。六、滲透汽化吸附擴(kuò)散滲透氣化膜浙江大學(xué)本科生課程化工原理22化工原理-chap13_2-考研試題資料系列應(yīng)用： 大量的研究表明，在某些特殊場(chǎng)合下，它具有極大的應(yīng)用價(jià)值，如在沸點(diǎn)相近或恒沸物的分離苯-環(huán)己烷、苯乙烯-乙苯、二甲苯異構(gòu)體等的分離；異丙醇的脫水濃縮；無(wú)水乙醇的生產(chǎn)、有機(jī)物中微量水分的脫除等方面都占有優(yōu)勢(shì)。另外，滲透氣化的操作簡(jiǎn)單，不需加入其他分離劑等物質(zhì)，不存在產(chǎn)品和環(huán)境的污染問(wèn)題。 六、滲透汽化浙江大學(xué)本科生課程化工原理23化工原理-chap13_2-考研試題資料系列應(yīng)用舉例：由合成氨弛放氣中回收氫氣；制取富氧空氣；由天然氣中回收濃縮氦氣；以金屬鈀膜制取超純氫；水果保鮮系統(tǒng)；醫(yī)用富氧器 根據(jù)混合原料氣中各組分在壓力的作用下，通過(guò)半透膜的相對(duì)傳遞速率不同而得以分離的原理。七、氣體分離浙江大學(xué)本科生課程化工原理24化工原理-chap13_2-考研試題資料系列電滲析技術(shù)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)水處理技術(shù)。應(yīng)用海水及苦咸水淡化