第八章-新型分離技術(shù)

第六章新型分離技術(shù)第一節(jié)膜分離技術(shù)一、膜分離技術(shù)的發(fā)展膜分離是利用固體薄膜對混合物組分選擇性透過的性能使混合物分離的過程。1748年科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)水能自然的擴散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了膜滲透的研究。1854年Graham發(fā)現(xiàn)了滲析現(xiàn)象。1964年Traube成功地制成了歷史上第一片人造膜----亞鐵氰化鐵膜。20世紀40年代，利用滲析原理研制出人工腎。20世紀50年代初，離子膜研制成功，電滲析技術(shù)成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。20世紀60年代Loeb研制成醋酸纖維素非對稱性膜，這在膜分離技術(shù)的發(fā)展中是一個重要的突破，使反滲透，超濾進入了實用階段。膜分離技術(shù)的特點：操作溫度低，能耗低，分離效率高，分離過程中不伴隨相變，無二次污染。特別適合于熱敏性物質(zhì)、稀溶液、難分離物質(zhì)的分離。二、膜的定義和分類（1）、膜的定義在一種流體相（液態(tài)或氣態(tài)）內(nèi)或兩流體之間，有一個較為致密的薄層凝聚相物質(zhì)把流體相分隔成兩部分，這一薄層物質(zhì)就是膜。

膜的組成：膜可以是均勻一相，也可以是由兩相以上的凝聚態(tài)物質(zhì)所構(gòu)成的復(fù)合體，也可以是固態(tài)，也可以是液態(tài)。膜的特性：具有完全透過性，也可以是半透過性。膜的作用：隔離作用，阻止膜兩側(cè)的流體相直接接觸。（2）、膜的分類2、膜分離技術(shù)的定義和分類膜分離技術(shù)的實質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜一側(cè)的過程，與篩分過程相似，根據(jù)孔徑的大小達到物質(zhì)分離的目的。種類推動力孔徑應(yīng)用微濾MF壓力差0.025~14μm不溶物濃縮過濾，如除水、藥液中的菌、啤酒中的混濁物超濾UF壓力差0.01~0.02μm分離溶液中的大分子、微粒，如制純水、食品藥物濃縮，紙漿的廢水處理滲析DL濃度差1.5~10nm用于人工腎、化工食品中高聚物及低分子的分離電滲析ED電位差1~10nm利用離子交換膜選擇透過性分離，如溶液脫鹽、堿的制備、重金屬離子的回收反滲透RO壓力差0.0001~0.001μm從溶液中分離出溶劑，如海水脫鹽，溶液、食品脫水。納米過濾NF壓力差2nm介于超濾和反滲透之間，從溶液中分離出相對分子質(zhì)量300~1000的物質(zhì)的膜分離過程，如制藥、純水制造、廢水處理。三、膜過濾的基本概念微濾超濾反滲透膜過濾反滲透與超濾的區(qū)別：反滲透分離的物質(zhì)是無機鹽類小分子，滲透壓較高，為了使溶劑透過薄膜，其操作壓力要大，采用壓差1~10Mpa；而超濾則是從小分子溶質(zhì)或溶劑分子中分離出較大的溶質(zhì)分子（如有機膠體、蛋白質(zhì)、多糖），由于高分子溶質(zhì)的存在,滲透壓較低，采用較低的壓力即可過濾,采用100~1000kpa。均為壓力驅(qū)動型膜分離過程反滲透的工作原理：淡水海水淡水淡水海水海水壓力＞滲透壓滲透壓半透膜半透膜半透膜a）、滲透b）、滲透平衡c）、反滲透1)、滲透：淡水穿過半透膜進入含鹽海水。2）、滲透平衡：在滲透過程中，淡水穿過半透膜進入海水后，會呈現(xiàn)出一種流體靜壓差，在此壓差下，物質(zhì)靜傳遞量為零，兩側(cè)達成平衡。3）、反滲透：若在海水一側(cè)加壓，水又會通過半透膜進行逆向流動。p超濾的工作原理：在外壓p作用下，當(dāng)含有高、低分子化合物溶質(zhì)的溶液通過膜表面時，溶劑和小分子（水、無機鹽類）將通過薄膜，作為透過物被收集。膜另一側(cè)的高分子溶液（如有機膠體）被薄膜截留作為濃溶液被收集起來。四、膜過濾的理論基礎(chǔ)１、滲透通量滲透通量就是單位時間、單位面積透過膜的溶液量?？梢酝ㄟ^實驗測定。２、濃差極化在膜分離過程中，大分子溶質(zhì)被截留下來，而在膜表面處積聚，形成大分子溶質(zhì)濃度邊界層，膜表面處的溶質(zhì)濃度變得比原溶液主體濃度大，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。CmCbCPδJV３、截留率CmCbCPδJV分析網(wǎng)：１）結(jié)、超醬濾超濾構(gòu)主要學(xué)是截卡留大軍分子夜物質(zhì)脫，由與于濃瓣差極甲化的遵形成再，阻參力除廢了膜綿通透撞阻力屢外，岸還有陶膜側(cè)漿面溶重質(zhì)附員著層權(quán)產(chǎn)生搏的通殿透阻深力，僚所以理溶劑羅通過錘超濾我膜的內(nèi)流量按與外躲壓成謊正比便，與帖膜的鉛阻力然成反祥比。２）晝、反滔滲透在反質(zhì)滲透掘時，錯由于紅溶劑匙的體杯積通飲量取旅決于樓凈壓陶差，給溶質(zhì)留的透構(gòu)過率犧不取碰決于瘡壓差可，因雜此，政增加衣原液忍一側(cè)贏的壓蓋力可糕以提棚高溶晶劑的剛透過黑量，谷而溶鳥質(zhì)的劫透過警率基竭本不挎變。對于怨高濃秀度的倚溶液萍，可迫以提盼高操般作壓輩力，政防止敬溶劑圾的透旺過量世降低箱，溶情質(zhì)的醋透過范量升碑高，及而溶昌劑的歌純度葡會降延低。五、減膜組外件的吃結(jié)構(gòu)鋼和特彈點1、平賓板式洞膜組舍件特點:膜組逐件中哪原溶砌液流預(yù)過平稱坦的趙矩形稼通道,充填民密度睜可以偉達到10越0~慨40梁0m2/m3,能量賠較少,整個汗元件蠟均可上更換.2、管獄式膜稈組件結(jié)構(gòu):膜呈海軟管令形式隊置于飄耐壓饑管內(nèi)透側(cè),支撐碎管和征膜之廈間安鋪裝一撇個薄膝的多隔孔聚窗乙烯謊管,也取溫到支舞撐作輛用.特點:流動膛狀態(tài)惱好,流速娛易控浴制,易清腹洗,無死瞎角,適宜障于含冠固體綢較多負的原雹料液吊的處吳理,機械受除雜奮質(zhì)較穩(wěn)容易,還可捎以調(diào)孤整流費動狀手態(tài),防止殖濃差前極化墳現(xiàn)象化和污齊染.與平栗板膜蠅比較,管膜困的制泳備條鋸件難伐以控搏制,單位茫體積告中所今含過口濾面欣積較幸小,壓降月大,管口目密封翻較困販難.3、螺孩旋卷遠式膜盾組件結(jié)構(gòu):雙層稠結(jié)構(gòu),中間影為多苦孔支塌撐材耕料,兩面群均是燃膜,其中黨三邊冬密封,卷起叢來形忠成螺溝旋式將組件,外面割為壓礦力容音器.特點:充填景密度滔高(＞90謀0m2/m3),結(jié)構(gòu)車簡單.但無壇法用抖機械徐清洗,料液墻必須血預(yù)處賭理,此外餡壓降晴較大.4、中篇空纖始維式牲膜組參件結(jié)構(gòu):將數(shù)真十萬病根中這空纖暗維捆擦扎成具纖維斷束彎元成U型,裝入杯圓柱庭型耐煤壓容拜器中,纖維俗端部民只與目一個貝端板醫(yī)粘合.中空利纖維嗚是一月種形掙狀較它細的植高強傾度空墊心管,能夠磁自身晴支撐集膜.原液互可以鍵與中小空纖晚維平銳行,也可途以成曉徑向澡流動,濾液科只能瞧從一構(gòu)端引縣出.特點:單位貌體積陳中所計含過琴濾面射積大,操作鍋壓力赤低,該膜爽不需惑支撐通材料,使用翅壽命厭長.但制旬造技欠術(shù)較沙復(fù)雜,原料徒液需站預(yù)處元理,易堵造塞,不易侄清洗.六、繭超濾渴和反慘滲透反的應(yīng)器用超濾縮慧：主要配用于質(zhì)油水扁乳液秀的分賄離，堆電泳奧漆的閃回收類，廢女水處膨理，墳食品濁加工門，以盆及生柔物工別程中非酶和武蛋白趙質(zhì)的絡(luò)分離湊與濃夏縮，嶼純化壺血漿夸，脫世鹽等認方面泰。反滲年透：主要樹用于免純水批，超躺純水叔和醫(yī)西療衛(wèi)箱生用伐水的借制備恢，工煎業(yè)廢塔水的塞凈化拘，食頃品加摘工及械生物溜工程煉中的梯單鹽宜、非均游離密酸的爪濃縮辰等方種面。第二察節(jié)選超臨紀界流喜體萃裂取超臨瓜界流每體是攻指溫畫度和叮壓力沸處于夏臨界收溫度俱及臨城界壓吵力以昨上的甩流體論。這司種處撈于臨膛界狀嫩態(tài)下蘆的流雁體具渾有氣糖體和輝液體殼之間孔的性咸質(zhì)，俊對許洲多物診質(zhì)具殿有較雜強的嬸溶解野能力臺，同琴時還關(guān)具有腳與氣朱體相揚近的呢擴散她系數(shù)愈和滲蛛透能觀力，槍其分暑離速葬率遠請比液督體溶俱劑萃鐮取快朽。而煉超臨陷界流舊體萃奶取技砍術(shù)正翻是利棄用這俯一特嫌性，計用超濾臨界圈流體肝作為鋼萃取超劑，磨從液姑體或鍛固體寒中萃筑取出傍待分碎離的辱組分拳。目前翼超臨足界流疲體萃揉取已慨形成走了一右門新棒的化戶工分背離技談術(shù)，攔應(yīng)用末領(lǐng)域鋼十分堆廣泛廚，特莖別適文合于咐萃取咱某些仙高沸懼點和互熱敏勒性組像分。蜓可分鞋離高擋附加縮慧值的木產(chǎn)品劃，如燃：煉嚴油、儉食品漁、醫(yī)招藥、綱香料曾的方錫面有槳著廣姨闊的左應(yīng)用獅前景蔑。一、螞超臨索界流劑體的壟性質(zhì)1、超喚臨界禾流體以的P-椒V-續(xù)T性質(zhì)穩(wěn)定彼的純?yōu)澄镔|(zhì)臘及由割其組撕成的繳定組綱成混汽合物巷具有呀固有驅(qū)的臨粱界點眨（即聚臨界阿壓力PC、臨亭界溫虧度TC、臨餃界密布度ρC），喜在純遼物質(zhì)耍中，最一旦芳超過跪它的鞏臨界糊溫度界，那帥么無鮮論施球加多館大的筋壓力大也不看能使監(jiān)其液袋化。換下表恩為常搖見萃紹取劑思的超裙臨界潑物性資：P-貧V-堂T性質(zhì)圖中書分為死四個熊區(qū)：消氣體削區(qū)、府液體誼區(qū)、事固體物區(qū)及廳超臨腥界流籠體區(qū)艱。在臨草界區(qū)燦附近餡，溫李度和普壓力嚼的微堪小變嚼化，長都會梢引起漂流體么的密駕度大偽幅度蛇變化尿。難顆揮發(fā)草性溶儉質(zhì)在糊超臨帥界流夢體中猾的溶扭解度糾大致蒸上與目流體鋸密度衣成正錄比。利用陪超臨起界流片體的濱特性愉，在肯高密儀度（災(zāi)低溫炕、高猛壓）裁下萃逮取分燭離所成需物完質(zhì)，旋然后勢稍微伸提高蒸溫度拉或降董低壓恐力，坑可以搭將萃耽取劑蓋與待庸分離眾物質(zhì)棍分離民。2、超眾臨界抹流體施的選括擇性為了和使超尊臨界片流體松萃取更過程瞎能夠繩有效渡地分刊離或雀除去肅微量捷雜質(zhì)柔。必棋須要臘求萃抱取劑舊具有垂良好活的選挽擇性嫁，要緞提高囑溶劑脆的選徐擇性忘就必暈須滿各足以殊下兩聯(lián)點：1）、園操作泉溫度駐和臨爭界流傅體的陸臨界缸溫度識接近挨。2）、隱超臨逆界流犁體的首化學(xué)世性質(zhì)鏈和待落分離穩(wěn)溶質(zhì)誓的化圍學(xué)性框質(zhì)相隨近。3、超波臨界左流體硬的選刷擇作為納萃取咬劑的鵝超臨摘界流殼體必葬須具馳備以宋下條砌件：1）、吩具有條化學(xué)嚴穩(wěn)定撈性，雄對設(shè)蛋備無字腐蝕證。2）、鞏臨界縣溫度日要適剪中，起最好壟在室筑溫附折近或大操作擁溫度床附近非。3）、暑操作貢溫度匹應(yīng)低渴于被誼萃取裝溶質(zhì)膚的分輕解溫劍度或呀變質(zhì)統(tǒng)溫度井。4）、禽臨界圍壓力瓣不可墻太高熄，以單節(jié)省含壓縮暗動力肢費用5）、勸選擇遭性要帽好，舞容易悟獲得藥高純安度制譯品。6）、金溶解湯度要桶高，涼以減役少溶姐劑循恭環(huán)量商。7）、拐來源熱方便堤、價夕格低未廉。8）、虹對一熄些特邊殊場嚇合，臨如醫(yī)駛藥和粥食品乒工業(yè)況中使注用的證萃取溜劑還巷應(yīng)要拐求無川毒。二、冤超臨繪界流我體萃頂取過童程超臨崇界流柄體萃復(fù)取過染程由狠萃取盛階段黎和分副離階巷段組擁成。其萃性取過稼程如掠下：萃取分離原料含萃取質(zhì)的溶液萃取質(zhì)循環(huán)萃取劑新鮮萃取劑萃取殘質(zhì)超臨紫界流往體萃艱取的占典型抬流程P1T1P2膨脹閥壓縮機萃取釜分離釜溶質(zhì)原料萃取殘質(zhì)1）、由等溫住法等溫戚法又益稱絕怖熱法醬，它習(xí)主要吸是依內(nèi)靠壓援力變曲化而館進行長萃取語分離僅的方夢法，錫就是千在一麻定的友溫度菠下，傻使超義臨界攀流體功減壓陸，經(jīng)元過膨砍脹、緞分離緩氣體鬧經(jīng)壓丑縮機還加壓起后再鎖返回坦萃取芬釜循臥環(huán)使寧用，光