現(xiàn)代化工技術

1、現(xiàn)代化工技術膜分別技術1203趙俊男一：簡介膜是具有選擇性分別功能的材料。利用膜的選擇性分別實現(xiàn)料液的不同組分的分別、純化、濃縮的過程稱作膜分別。膜分別與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內進展分別，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米級，依據其孔徑的不同或稱為截留分子量，可將膜分為微濾膜M膜U膜N膜R 聚醚砜、聚氟聚合物等。膜分別是一門興的跨學科的高技術。膜的材料涉及無機化學和高分子化學；膜的制備、分別過程的特征、傳遞性質和傳遞機理屬和物理化學數學爭辯范疇；膜分別過程中涉及的流體力學、傳熱、化學動 力學以及工藝過程的設計，主要屬于化學工程爭辯范疇；從膜分

2、別主要應用的領域來看，還涉及生物學、 醫(yī)學以及與食品、石油化工、環(huán)境保護等行業(yè)相關的學科。膜分別過程已成為工業(yè)上氣體分別、水溶液分別、化學品和生化產品的分別與純化的重要過程。廣泛應用于食品、飲料加工過程、工業(yè)污水處理、大規(guī)模空氣分別、濕法冶金技術、氣體和液體燃料的生產以 及石油化工制品生產等。膜可以是固相，液相，甚至是氣相的。用各種自然或人工材料制造出來的膜品種繁多，在物理、化學和生物性質上呈現(xiàn)出多樣的特性。膜可以對雙組分或多組分體系進展分別，分級，提純或濃縮。大局部的分別膜都是固體膜，其中尤以有機高分子材質制成的膜及其分別過程為主。但仍有待進展。氣體在理論上可以構成分別膜，但爭辯它的人很少。

3、膜分別是膜分別是20 世紀初消滅，20 世紀 60 年月后快速崛起的一門分別技術。膜分別技術由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡潔、易于把握等特征， 因此，已廣泛應用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益，已成為當今分別科學中最重要的手段之一。產生了巨大的經濟效益和社會效益，已成為當今分別科學中最重要的手段之一。二：進展歷史與現(xiàn)狀膜分別現(xiàn)象廣泛存在于自然界中，特別是生物體內，但人類對它的生疏和爭辯卻經過了漫長而曲折的 道路。膜分別技術的工程應用是從20 世紀 60 年月海水淡化開頭

4、的-1960年洛布和索里拉金教授制成了第一張高通量和高脫鹽率的醋酸纖紙素膜，這種膜具有推對稱構造，從今使反滲透從試驗室走向工業(yè)應用。 其后各種型膜間續(xù)問世，1967-661970 年又研制出以芳香聚酰胺為膜材料的“Pemiasep B-9”中空纖維膜組件，并獲得1971 年美國柯克帕特里克化學工程最高獎。從今反滲透技術在美國得到迅猛的進展，隨后在世界各地相繼應用。其間微濾和超濾技 術也得到相應的進展。1958 年爭辯離子交換膜開頭的。6019651967我國膜科技的進展。70 年月進入開發(fā)階段。這時期，微濾、電滲析、反滲透超濾等各種膜和組器件都相繼爭辯開發(fā)出來， 80 年月跨入了推廣應用階段。

5、 80 年月又是氣體分別和其他膜開發(fā)階段。隨著我國膜科學技術的進展，相應的學術、技術團體也相繼成立。她們的成立為標準膜行業(yè)的標準、 成為一項高效節(jié)能的型分別技術。1925 年以來，差不多每十年就有一項的膜過程在工業(yè)上得到應用。由于膜分別技術本身具有的優(yōu)越性能，故膜過程已經得到世界各國的普遍重視。在能源緊急、資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化的今日，產業(yè)界和科技界把膜過程視為二十一世紀工業(yè)技術改造中的一項極為重要的 技術。曾有專家指出：誰把握了膜技術誰就把握了化學工業(yè)的明天。80 年月以來我國膜技術跨入應用階段，同時也是膜過程的開發(fā)階段。在這一時期，膜技術在食品加工、海水淡化、純水、超純水制備、醫(yī)藥、生物、

6、環(huán)保等領域得到了較大規(guī)模的開發(fā)和應用。并且，在這 一時期，國家重點科技攻關工程和自然科學基金中也都有了膜的課題。這一潛力巨大的興行業(yè)正在以蓬勃的激情挑戰(zhàn)市場，為眾多的企業(yè)帶來了較為顯著的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。當前，膜分別技術已獲得巨大的進展，但它到底還是處于上升進展階段，還有很多工作要我們去做。21 世紀的膜科學與技術將進一步改進、完善已有的膜過程，不斷探究和開拓的過程與材料，并不斷擴大原有的應用領域，使膜技術發(fā)揮發(fā)揮更大的作用。三：工藝優(yōu)點常溫下進展常溫下進展有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分別與濃縮無相態(tài)變化保持原有的風味無化學變化典型的物理

7、分別過程，不用化學試劑和添加劑，產品不受污染選擇性好可在分子級內進展物質分別，具有普遍濾材無法取代的卓越性能適應性強處理規(guī)?？纱罂尚。梢赃B續(xù)也可以間隙進展，工藝簡潔，操作便利，易于自動化能耗低只需電能驅動，能耗極低，其費用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8四：應用領域微濾 具體涉及領域主要有：醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)明膠、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等、高純水、城市污水、工業(yè)廢水、飲用水、生物技術、生物發(fā)酵等。超濾 早期的工業(yè)超濾應用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術的進展，如今超濾技術已經涉及食品加工、飲料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物制劑、中藥制劑、臨床醫(yī)學、印染廢水、食品工業(yè) 廢水處理、資源回

8、收、環(huán)境工程等眾多領域。納濾 納濾的主要應用領域涉及：食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農產品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細化工、環(huán)保工業(yè)等。反滲透 由于反滲透分別技術的先進、高效和節(jié)能的特點，在國民經濟各個部門都得到了廣泛的應用，主要應用于水處理和熱敏感性物質的濃縮，主要應用領域包括以下：食品工業(yè)、牛奶工業(yè)、飲料 工業(yè)、植物農產品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、制備飲用水、純水、超純水、海水、苦咸水淡化、 電力、電子、半導體工業(yè)用水、醫(yī)藥行業(yè)工藝用水、制劑用水、注射用水、無菌無熱源純水、食品飲料工 業(yè)、化工及其它工業(yè)的工藝用水、鍋爐用水、洗滌用水及冷卻用水。其他 除了以上四種常用的膜分別過程，另

9、外還有滲析、把握釋放、膜傳感器、膜法氣體分別、液膜分別法等。五：技術特點膜是具有選擇性分別功能的材料，利用膜的選擇性分別實現(xiàn)料液的不同組分的分別、純化、濃縮的過程稱作膜分別。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內進展分別，并且這過程是一種物理過程， 納濾膜和反滲透膜，依據材料的不同，可分為無機膜和有機膜，無機膜主要是陶瓷膜和金屬膜，其過濾精 度較低，選擇性較小。有機膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、聚醚砜、聚氟聚合物等。微濾MF微濾又稱微孔過濾，它屬于周密過濾，其根本原理是篩孔分別過程。微濾膜的材質分為有機和無機兩大類，有機聚合物有醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。無機膜材

10、料有陶瓷和金屬等。鑒 于微孔濾膜的分別特征，微孔濾膜的應用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細菌以及其他污染物，以 到達凈化、分別、濃縮的目的。對于微濾而言，膜的截留特性是以膜的孔徑來表征，通常孔徑范圍在0.11 微米，故微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進展分別?？勺鳛橐话懔弦旱某吻?、保安過濾、空氣除菌。超濾UF是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑在0.05um 1nm 之間。超濾是一種能夠將溶液進展凈化、分別、濃縮的膜分別技術，超濾過程通常可以理解成與膜孔徑大小相關的篩分過程。以膜兩側的壓力 差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在肯定的壓力下，當水流過膜外表時，只允許水及比膜孔徑小的小分

11、子物質通過，到達溶液的凈化、分別、濃縮的目的。1000 300000，故超濾膜能對大分子有機物如蛋白質、細菌、膠體、懸浮固體等進展分別，廣泛應用于料液 的澄清、大分子有機物的分別純化、除熱源。納濾NF是介于超濾與反滲透之間的一種膜分別技術， 其截留分子量在 801000 的范圍內，孔徑為幾納米，因此稱納濾?；诩{濾分別技術的優(yōu)越特性，其在制藥、生物化工、 食品工業(yè)等諸多領域顯示出寬闊的應用前景。對于納濾而言，膜的截留特性是以對標準MgSO4、CaCl2 溶液的截留率來表征，通常截留率范圍在6090%，相應截留分子量范圍在 1001000，故納濾膜能對小分子有機物等與水、無機鹽進展分別，實現(xiàn)脫鹽

12、與濃縮的同時進展。反滲透反滲透RO是利用反滲透膜只能透過溶劑通常是水而截留離子物質或小分子物質的選擇透過性，以膜兩側靜壓為推動力，而實現(xiàn)的對液體混合物分別的膜過程。反滲透是膜分別技術的一個重要組成局部，因具有產 水水質高、運行本錢低、無污染、操作便利運行牢靠等諸多優(yōu)點 ，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的最節(jié)能、最簡便的技術.已廣泛應用于醫(yī)藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業(yè)。反滲透技術已 成為現(xiàn)代工業(yè)中首選的水處理技術。反滲透的截留對象是全部的離子，僅讓水透過膜，對NaCl 的截留率在 98%以上，出水為無離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機物、細菌、膠體粒子、發(fā)熱物質，也即

13、能截留全部的離子，在生產純潔水、軟化水、無離子水、產品濃縮、廢水處理方面反滲透膜已經應用廣泛，如垃圾滲濾液的處理。六：工藝原理膜分別的根本工藝原理是較為簡潔的。在過濾過程中料液通過泵的加壓，料液以肯定流速沿著濾膜的 外表流過，大于膜截留分子量的物質分子不透過膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質或分子透過膜，形 成透析液。故膜系統(tǒng)都有兩個出口，一是回流液濃縮液出口，另一是透析液出口。在單位時間Hr 單位膜面積m2透析液流出的量L稱為膜通量LMH，即過濾速度。影響膜通量的因素有：溫度、 壓力、固含量TDS、離子濃度、黏度等。由于膜分別過程是一種純物理過程，具有無相變化，節(jié)能、體積小、可拆分等特點，使

14、膜廣泛應用在發(fā)酵、制藥、植物提取、化工、水處理工藝過程及環(huán)保行業(yè)中。對不同組成的有機物，依據有機物的分子 量，選擇不同的膜，選擇適宜的膜工藝，從而到達最好的膜通量和截留率，進而提高生產收率、削減投資 規(guī)模和運行本錢。系統(tǒng)應用澄純潔化技術超/微濾膜系統(tǒng)澄純潔化分別所承受的膜主要是超/微濾膜，由于其所能截留的物質直徑大小分布范圍廣，被廣泛應用于固液分別、大小分子物質的分別、脫除色素、產品提純、油水分別等工藝過程中。超/微濾膜分別可取代傳統(tǒng)工藝中的自然沉降、板框過濾、真空轉鼓、離心機分別、溶媒萃取、樹脂提純、活性炭脫色等工藝過程。澄純潔化技術可承受的膜分別組件主要有：陶瓷膜、平板膜、不銹鋼膜、中空纖

15、維膜、卷式膜、管式膜。濃縮提純技術濃縮提純技術納濾膜系統(tǒng) 的納濾膜。納濾膜的主要特點是對二有 3050%的透過性能，常被應用于溶質的分級、溶液中低分子物質的洗脫和離子組分的調整、溶液體系的濃縮等物質的分別、精制、濃縮工藝過程中。納濾膜分別技術常被用于取代傳統(tǒng)工藝中的冷凍枯燥、薄膜蒸發(fā)、離子交換除鹽、樹脂工藝濃縮、中和等工藝過程。物質。純潔水處理工藝流程圖純潔水處理工藝流程圖七：分別裝置膜分別裝置依據處理對象和要求不同，有多種多樣，但從流程構造上看，格外相像，常見的有四種類型：一級流程：物料經過分別膜的一次分別，完成操作一級多段流程：將假設干一級分別裝置串聯(lián)，物料經過串聯(lián)的分別膜，每一個裝置都得

16、到產品，而分別的推動力逐級遞減。二級流程：物料經過一級分別后，將產品送入二級裝置再次分別，得到最終產品。多級流程：為到達很高分別要求，承受多級分別得到最終產品，同時多級分別濃縮濃溶液。膜分別裝置在運行過程中會消滅濃差極化現(xiàn)象，即由于膜的阻礙作用使溶質在膜的高壓側外表上累積，造成膜外表 到主體溶液間的濃度梯度，引起溶質從膜外表通過邊界層，向液相主體集中。濃差極化現(xiàn)象發(fā)生后，溶質 通過膜的流量大幅度增加，同時相應削減了溶劑的通過率，并且膜四周溶質濃度大幅增加，可能導致溶質 析出沉積，使膜透過率急劇削減，嚴峻時，會使膜的透過作用消逝。為避開濃差極化給膜分別帶來的不利 影響，一般實行的措施是增加膜面四

17、周的流體湍動程度，以削減膜外表溶質濃度的累積作用。膜分別裝置在生產中的應用不僅僅涉及膜分別技術原理，還涉及到過程設備的設計與選型，操作把握裝置 及相關軟件等很多領域。所以盡管膜分別裝置在化學工業(yè)，冶金，紡織，食品，生物化工，醫(yī)藥，國防等 很多領域得到廣泛應用，但是目前膜分別裝置的使用還局限在少數擁有技術的國家中，還有待于進一步擴 大應用范圍。經過近半個世紀的進展膜分別技術已完成了從試驗室到大規(guī)模工業(yè)應用的轉變開頭在工業(yè)生產中發(fā)揮 舉足輕重的作用。但它到底是一門涉及多學科的高技術邊緣學科，在理論和實際應用方面還需要進一步 爭辯。膜分別技術作為一種型和高效的水處理技術受到各國水處理爭辯者的普遍重視并取得了很多成 功閱歷。今后隨著膜制備技術的不斷提高膜分別在重金屬廢水處理領域必將得到更廣泛的應用八：總結膜分別技術其設備簡潔、節(jié)能環(huán)保、運行穩(wěn)定等優(yōu)點廣泛的用于工業(yè)水處理領域。隨著膜材料性能的不斷改進和工藝的不斷優(yōu)化，膜分別技術在水處理方面將發(fā)揮出更有意義的作用。經過近半個世紀的進