第七章-膜分離技術(shù)ppt課件

1、第七章 膜分離技術(shù),學(xué)習(xí)目標(biāo)： 了解膜分離技術(shù)的特點和類型，各種類型膜分離器的結(jié)構(gòu)和優(yōu)、缺點以及膜分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的典型應(yīng)用和發(fā)展趨勢。 掌握反滲透、超濾、電滲析、氣體膜分離、微濾的基本原理、工藝流程及各種膜分離過程的影響因素、能夠分析解決實際問題,第一節(jié) 概 述,一、膜和膜分離的分類 1.膜的定義與分類 膜是分離兩相和作為選擇性傳遞物質(zhì)的屏障。 選擇性透過膜的定義 按膜結(jié)構(gòu)進行分類,2.膜分離的定義、分類和特點 膜分離-借助于膜，在某種推動力的作用下，利用 流體中各組分對膜的滲透速率的差別而實現(xiàn)組分分離的過 程。 膜分離過程的特點如下: 一般不發(fā)生相變，能耗低； 一般在常溫或溫度不太高的

2、條件下進行； 可除去病毒、細菌，溶液中的大分子和無機鹽 裝置簡單、操作方便、維護費用低,二、對膜的基本要求 1.膜應(yīng)具有良好的選擇透過性，通常表示為: 截留率R R = 透過速率（通量）J 指單位時間、單位膜面積的透過的物質(zhì)量，常用單位為kmol/(m2s)。 截留物分子量 一般取截留率為90%的物質(zhì)的分子量為膜的截留物分子量。 2.膜有足夠的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性,R,三、膜分離技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用 1飲用水的凈化 2工業(yè)用水的處理 3 工業(yè)污水和市政污水處理 四、膜分離設(shè)備 膜分離技術(shù)的核心是分離膜。 無機膜,聚合物膜,按分離膜的材質(zhì)不同,按膜的分離功能：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、滲析膜、

3、 電滲析膜、氣體分離膜、滲透蒸發(fā)膜、 液體分離膜； 按膜的形態(tài)： 平板膜、管狀膜、細管膜、中空纖維膜等。 膜分離器 - 將膜以某種形式組裝在一個基本單元設(shè)備內(nèi),也稱膜組件: 板框式 中空纖維式 螺旋卷式 毛細管式 圓管式 槽式,板框式膜組件構(gòu)造示意圖,緊螺栓式板框式反滲透,螺旋卷式反滲透膜組件,螺旋卷式反滲透器,管式膜組件,杜邦公司中空纖維反滲透膜組件示意圖,毛細管膜組件示意圖,槽條式膜組件示意圖,第二節(jié) 反 滲 透,一、反滲透原理 滲透壓 （a）滲透； （b）滲透平衡； （c）反滲透 滲透過程示意圖,反滲透膜 對反滲透膜的要求: 具有較好的分離透過性 良好的物化穩(wěn)定性 典型的非對稱膜結(jié)構(gòu)示意

4、圖,二、影響反滲透因素濃差極化 濃差極化-溶質(zhì)在膜表面附近積累，造成由膜表面到溶 液主體之間的具有濃度梯度的邊界層，引起溶質(zhì)從膜表面通 過邊界層向溶液主體擴散。 不良影響: 導(dǎo)致溶劑的滲透通量下降； 對溶劑滲透通量的增加提出了限制； 膜表面上形成沉淀，會堵塞膜孔； 會導(dǎo)致膜分離性能的改變； 出現(xiàn)膜污染,三、反滲透組件及其技術(shù)特征,各種反滲透組件技術(shù)特征,各種組件的比較,各種組件的比較,四、反滲透過程工藝流程 一級一段連續(xù)式 一級一段循環(huán)式,一級一段連續(xù)式,一級一段循環(huán)式,一級一段循環(huán)式,一級多段連續(xù)式,一級多段循環(huán)式,多級多段循環(huán)式,五、反滲透技術(shù)的應(yīng)用 （1）海水淡化 目的：除去無機鹽,日本

5、某海水淡化廠工藝流,2）純水制備 目的：除去水中懸浮固體、溶解固體、可溶性氣體、揮 發(fā)物質(zhì)及微生物、細菌等,超純水生產(chǎn)的典型工藝流程,3）電鍍污水處理 目的：除去重金屬,4）低分子溶液的濃縮,電鍍污水反滲透流程,第三節(jié) 超 濾,一、超濾原理 在膜表面及微孔內(nèi)吸附； 在膜面的機械截留； 在微孔中停留而被除去。 二、超濾的濃差極化 溶質(zhì)會在膜表面積聚 并形成從膜面到主體溶液之間的濃度梯度,超濾分離原理示意圖,減輕濃差極化的措施： 錯流設(shè)計，以利清除極化層； 流體流速提高，增加流體的湍動程度； 采用脈沖以及機械刮除法維持膜表面的清潔。 三、超濾膜 常用的膜材料有醋酸纖維、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、 聚

6、偏氟乙烯等。 四、超濾過程的工藝流程 參見教材235頁表7-5,五、超濾技術(shù)的應(yīng)用 三種類型： 濃縮； 小分子溶質(zhì)的分離； 大分子溶質(zhì)的分級。 1回收電泳涂漆污水中的涂料,超濾在金屬電泳漆過程中的應(yīng)用,2含油污水的回收,超濾過程處理含油污水,3 果汁的澄清,果汁澄清新舊工藝比較（a）傳統(tǒng)工藝，(b)超濾新工藝,4血清白蛋白的提取,用超濾技術(shù)提取血清白蛋白工藝,5紡織工業(yè)污水的處理 （1）聚乙烯醇（PVA）退漿水的回收； （2）染色污水中染料的回收； （3）羊毛清洗污水中回收羊毛脂,第四節(jié) 電滲析,一、電滲析原理及適用范圍 1電滲析原理,電滲析過程示意圖表,電位差為推動力,2電極反應(yīng) 陽極和陰極

7、上所發(fā)生的反應(yīng)分別是氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。 以NaCl水溶液為例，其電極反應(yīng)為： 陽極： 20H-12e ： O+H2O Cl- e Cl H+ Cl- HCl 陰極： 2H + 2e H2 Na+ OH- NaOH,3極化現(xiàn)象 當(dāng)操作電流極化現(xiàn)象大到一定程度時，膜內(nèi)離子遷移被 強化，就會在膜附近造成離子的“真空”狀態(tài)，在膜界面處 將迫使水分子離解成H+和OH-離子來傳遞電流，使膜兩側(cè)的 pH值發(fā)生很大的變化，這一現(xiàn)象稱為極化。 極化的危害： Ca2+、Mg2+等離子時將形成沉淀； 膜電阻增大，降低分離效率,4離子交換膜 可分為三類： （1）均相離子交換膜； （2）非均相離子交換膜 ； （3）半

8、均相離子交換膜。 對離子交換膜的要求是： 有良好的選擇透過性； 膜電阻應(yīng)低，膜電阻應(yīng)小于溶液電阻； 有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度；有適當(dāng)?shù)目紫抖?5電滲析的特點： 只對電解質(zhì)的離子起選擇遷移作用； 除鹽過程中沒有物相的變化，因而能耗低； 沒有對環(huán)境的污染，屬清潔工藝； 電滲析過程是在常溫常壓下進行的。 6電滲析的適用范圍： 可作為離子交換工藝的預(yù)除鹽處理，制取初級純水。 將污水中有用的電解質(zhì)進行回收，并再利用； 改革原有工藝，采用電滲析技術(shù)，實現(xiàn)清潔生產(chǎn),二、電滲析的流程,各種電滲析器的組合方式示意圖,直流式電滲析除鹽流程,循環(huán)式電滲析除鹽流程,部分循環(huán)式電滲析除鹽流程,三、電滲析技術(shù)的應(yīng)用 （）咸水脫鹽制淡水,電滲析脫鹽生產(chǎn)淡水的工藝流程 1-滲析槽；2-冷凝器；3-濃縮罐；4-結(jié)晶罐；5-渦輪機；6-鍋爐；7-濃液槽,2）重金屬污水處理,電滲析處理電鍍含鎳污水工藝流程,3）純凈水的生產(chǎn) （4）在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （5）其他應(yīng)用,第五節(jié) 微濾,一、微濾原理,微濾膜各種截留作用示意圖,二、影響微濾膜分離效果的因素 （1）孔堵塞：機械堵塞； 架橋； 吸附。 （2）濃差極化 （3）溶