子任務(wù)3技能點(diǎn)1：能完成膜分離過(guò)程的描述選擇合適的膜類(lèi)型分

1、淄博職業(yè)學(xué)院離子膜燒堿生產(chǎn)操作課程教學(xué)方案教師： 序號(hào)：授課時(shí)間授課班級(jí)上課地點(diǎn)實(shí)訓(xùn)室學(xué)習(xí)內(nèi)容子任務(wù)3：一次鹽水制備過(guò)程-技能點(diǎn)1：能完成膜分離過(guò)程的描述，選擇合適的膜類(lèi)型分離不同的液體中的微粒學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)專(zhuān)業(yè)能力能分析利用膜分離技術(shù)分離粗鹽水中雜質(zhì)碳酸鈣顆粒的基本過(guò)程；能分析反滲透過(guò)濾裝置的生產(chǎn)過(guò)程。方法能力學(xué)會(huì)膜分離裝置的選用和使用維護(hù)保養(yǎng)方法，完成任務(wù)小組內(nèi)、外部資源協(xié)調(diào)使用的方法。社會(huì)能力在完成工作任務(wù)的過(guò)程中，要做到團(tuán)結(jié)合作，互相配合，共同完成膜分離裝置分離懸浮物的工作任務(wù)，能做到理論分析與實(shí)際操作有機(jī)結(jié)合。目標(biāo)群體之前已學(xué)習(xí)了一次鹽水生產(chǎn)過(guò)程中除鈣離子、除鎂離子的基本方法，熟悉了完

2、成鹽水輸送工作任務(wù)需要的工作條件，了解了膜分離的類(lèi)型與膜組件。為完成工作任務(wù)，需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)膜分離操作，通過(guò)反滲透裝置的操作訓(xùn)練，提高了學(xué)生的解決膜過(guò)濾實(shí)際問(wèn)題的工作能力，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)完成實(shí)際工作任務(wù)的基本方法。教學(xué)環(huán)境多媒體教室教學(xué)方法 課堂講授、討論提問(wèn)法時(shí)間安排教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)一、任務(wù)資訊1.膜分離裝置的資料與相關(guān)的圖片。2.反滲透裝置生產(chǎn)工藝流程圖。3.反滲透、超濾和微濾的工作差異性學(xué)習(xí)。二、任務(wù)決策 通過(guò)對(duì)完成任務(wù)的工作條件、基本生產(chǎn)資料、完成后將獲得的結(jié)果與過(guò)程的要求進(jìn)行了逐一分析，確定對(duì)粗鹽水制備過(guò)程中的新生成的碳酸鈣顆粒，將通過(guò)采用薄膜過(guò)濾器的方法實(shí)施分離操作，達(dá)到完成粗鹽水中所含

3、的雜質(zhì)碳酸鈣顆粒的目的，因此，需要學(xué)習(xí)液體混合物中的顆粒的分離中的膜分離操作中的相關(guān)技能與裝置操作方法。三、任務(wù)計(jì)劃 根據(jù)決策方案的完成要求和任務(wù)完成需要的時(shí)間要求，在教師的指導(dǎo)下，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織成員共同完成膜分離裝置操作的工作計(jì)劃。本次完成膜分離操作技能工作任務(wù)的完成大約需要2 課時(shí)。四、任務(wù)實(shí)施根據(jù)本次膜分離裝置操作工作任務(wù)的計(jì)劃進(jìn)度要求，著手實(shí)施工作任務(wù)，首先需要了解反滲透裝置的工作過(guò)程。了解膜過(guò)濾裝置工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，與小組內(nèi)的學(xué)生一起完成膜分離操作技能的培訓(xùn)學(xué)習(xí)。如下：u 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)的類(lèi)型 反滲透(重點(diǎn)與難點(diǎn))a 反滲透工作過(guò)程滲透壓：如圖1-49所示。當(dāng)純水與鹽水用一張能

4、透過(guò)水的半透膜隔開(kāi)時(shí)，純水則透過(guò)膜向鹽水側(cè)滲透，過(guò)程的推動(dòng)力是純水和鹽水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。反滲透：隨著水的不斷滲透，鹽水側(cè)水位升高，當(dāng)提高到h時(shí)，鹽水側(cè)的壓力p2與純水側(cè)的壓力p1之差等于滲透壓時(shí)，滲透過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，宏觀滲透為零。如果在鹽水側(cè)加壓，使鹽水側(cè)與純水側(cè)壓差p2-p1大于滲透壓，則鹽水中的水將通過(guò)半透膜流向純水側(cè)，這一過(guò)程就是所謂反滲透。半透膜純水 P1鹽水hP1P2滲透壓P1P2P(a)滲透現(xiàn)象 (b)滲透平衡 (c)反滲透圖1-49 反滲透原理b 反滲透過(guò)程的操作反滲透過(guò)程設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于提高分離效率，降低能耗。除膜本身質(zhì)量以外，過(guò)程的濃差極化、操作條件對(duì)其影響甚

5、大。濃差極化：在反滲透過(guò)程中，由于膜的選擇透過(guò)性，溶劑從高壓側(cè)透過(guò)膜到低壓側(cè)表面上，造成由膜表面到主體溶液之間的濃度梯度，如圖1-55，引起溶質(zhì)從膜表面通過(guò)邊界層向主體溶液擴(kuò)散，這種現(xiàn)象即稱(chēng)之為濃差極化。濃差極化現(xiàn)象的存在將會(huì)給反滲透帶來(lái)不利影響。由于濃差極化，使膜表面處溶液濃度升高，導(dǎo)致溶液的滲透壓升高，因此反滲透操作壓力亦必須相應(yīng)提高，同時(shí)，膜表面處溶液濃度升高，易使溶質(zhì)在膜表面沉積下來(lái)，使膜的傳質(zhì)阻力大為增加，膜的滲透通量下降。為了克服濃差極化的不利影響，在反滲透操作過(guò)程中必須予以考慮，盡量減少其影響。一般通過(guò)提高料液的流速可以使邊界層大大減薄，導(dǎo)致傳質(zhì)系數(shù)增大。另一些學(xué)者采用脈沖形式進(jìn)

6、料也可起到增加湍動(dòng)程度的作用，雖然這類(lèi)方法給裝置設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的困難，但卻能有效地降低濃差極化的影響。在操作方式上，提高溫度可使分子運(yùn)動(dòng)加快，降低黏度，也可以使?jié)獠顦O化得到部分的控制。邊界層 膜 xA1JxA1xAiXMA11XMA2XA2JAXACZ=0Z=1圖1-55濃差極化() 操作條件在反滲透過(guò)程中，除濃差極化影響外，料液中含有的固體微粒、膠體、可溶性高分子物、微生物等對(duì)膜亦有堵塞、沉積等影響，因此為提高分離效率、降低能耗、常采用以下措施，以達(dá)到最佳效果。 料液的預(yù)處理 預(yù)處理的目的在于除去料液中的固體物質(zhì)，降低濃度；抑制和控制微溶鹽的沉淀；調(diào)節(jié)的控制進(jìn)料的溫度和PH值；殺死和抑制微生物

7、的生長(zhǎng)；去除各種有機(jī)物等。在反滲透過(guò)程中，一般均加砂濾、微濾、超濾對(duì)料液進(jìn)行預(yù)過(guò)濾，并根據(jù)料液和膜的性質(zhì)而加入一些特定的化學(xué)物質(zhì)處理料液以增加滲透過(guò)程的效率。 溫度 溫度升高有利于降低濃差極化的影響，提高膜的滲透通量，但溫度升高導(dǎo)致能耗增大，并且對(duì)高分子膜的使用壽命有影響，因此反滲透過(guò)程一般在常溫或略高于常溫下操作。 壓力 反滲透過(guò)程的推動(dòng)力是壓差，因此操作壓差愈高，滲透通量增大，但壓差增大往往導(dǎo)致濃差極化的增加，使得膜面的滲透壓增高，達(dá)到一定壓力，增加壓力并不能提高滲透通量，即膜面形成了一層凝膠層。另一方面，操作壓差的增大將導(dǎo)致能耗增加，因此綜合考慮，必須根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算選擇適宜的操作壓差。一般

8、來(lái)說(shuō)，反滲透的操作壓差在23MPa之間。() 膜的清洗清洗的方法有兩種：物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗中最簡(jiǎn)便的方法是采用流動(dòng)的清水沖洗膜的表面，也可以采用水和空氣的混合流沖洗。對(duì)于內(nèi)壓管式膜，尚可以加入海綿球用水帶動(dòng)海綿球沖刷膜面?；瘜W(xué)清洗則是采用各種清洗劑來(lái)清洗，清洗效果好。如果在膜的微孔中有膠體堵塞，則可以利用分離效率極差的物質(zhì)，如尿素、硼酸、醇等作清洗劑。這些物質(zhì)易于滲入細(xì)孔而達(dá)到清洗的目的。() 工藝流程根據(jù)料液的情況和對(duì)分離過(guò)程的要求，反滲透過(guò)程可以采用以下幾種工藝流程。 一級(jí)一段連續(xù)流程 如圖1-56，料液通過(guò)膜組件一次即排出，由于單個(gè)組件料液流程不可能很長(zhǎng)，因此料液的濃縮率低，這

9、種流程工業(yè)上較少采用。泵料液貯槽膜組件濃縮液透過(guò)液1-56一級(jí)一段連續(xù)流程 一級(jí)一段循環(huán)式流程 如圖1-57所示，采用部分濃縮液循環(huán)的操作流程，這種流程濃縮倍數(shù)較高，但料液濃度必然也高，將導(dǎo)致膜通量的下降或滲透壓的增高。泵料液貯槽膜組件濃縮液透過(guò)液1-57一級(jí)一段循環(huán)流程一級(jí)多段連續(xù)式流程 如圖1-58，實(shí)質(zhì)是多個(gè)組件串聯(lián)的操作方式，直至達(dá)到設(shè)定的濃度倍數(shù)。采用這種流程，各段膜組件大小要根據(jù)膜的滲透通量和分離要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。泵料液貯槽第一段濃縮液透過(guò)液1-58一級(jí)多段連續(xù)流程第二段料液第n段 wwdm一級(jí)多段循環(huán)式流程 如圖1-59，這種流程主要適宜以料液為目的的分離過(guò)程。泵料液貯槽第一段濃縮液

10、1-59一級(jí)多段循環(huán)流程第二段料液去貯槽 wwdm透過(guò)液 () 反滲透的應(yīng)用反滲透過(guò)程的特征是從水溶液中分離出水，其應(yīng)用也主要局限于水溶液的分離。目前反滲透的應(yīng)用主要是海水和苦咸水淡化，純水制備以及生活用水處理，并逐漸滲透到食品，醫(yī)藥、化工等部門(mén)的分離、精制、濃縮操作之中。 苦咸水與海水淡化 純水生產(chǎn) 廢水處理 低分子量物質(zhì)水溶液的濃縮 超濾和微濾(難點(diǎn))()過(guò)程原理超過(guò)濾（簡(jiǎn)稱(chēng)超濾）和微孔過(guò)濾（簡(jiǎn)稱(chēng)微濾）也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程，一般用于液相分離，也可用于氣相分離，比如空氣細(xì)菌與微粒的去除。超濾所用的膜為非對(duì)稱(chēng)膜，其表面活性分離層平均孔徑約為10100，能夠截留分子量為500以上的大

11、分子與膠體微粒，所用操作壓差在0.10.5MPa。原料液在壓差作用下，其中溶劑透過(guò)膜上的微孔流到膜的低壓側(cè)，為透過(guò)液；大分子物質(zhì)或膠體微料被膜截留，不能透過(guò)膜，為濃縮液，從而實(shí)現(xiàn)原料液中大分子物質(zhì)與膠體物質(zhì)和溶劑的分離。超濾膜對(duì)大分子物質(zhì)的截留機(jī)理主要是篩分作用，決定截留效果的主要是膜的表面活性層上孔的大小與形狀。除了篩分作用外，膜表面、微孔內(nèi)的吸咐和粒子在膜孔中的滯留也使大分子被截留。實(shí)踐證明，有的情況下，膜表面的物化性質(zhì)對(duì)超濾分離有重要影響，因?yàn)槌瑸V處理的是大分子溶液，溶液的滲透壓對(duì)過(guò)程有影響。從這一意義上說(shuō)，它與反滲透類(lèi)似，但是，由于溶質(zhì)分子量大、滲透壓低，可以不考慮滲透壓的影響。微濾所

12、用的膜是微孔膜，平均孔徑0.0210m，能夠截留直徑510m的微?；蛳鄬?duì)分子質(zhì)量大于100萬(wàn)的高分子物質(zhì)，操作壓差一般為0.0160。進(jìn)料膜濃縮液透過(guò)液 圖1-60 超濾與微濾原理示意圖超濾膜一般為非對(duì)稱(chēng)膜，其制造方法與反滲透法類(lèi)似，一般采用相轉(zhuǎn)化方法。微濾膜一般為均勻的多孔膜，孔徑較大，可用多種方法測(cè)定，如氣體泡壓法、液體排除法等，直接用測(cè)得的孔徑來(lái)表示其膜孔的大小。超濾、微濾和反滲透均是以壓差作為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程，它們組成了可以分離溶液中的離子、分子、固體微粒的這樣一個(gè)3級(jí)分離過(guò)程。根據(jù)所要分離物質(zhì)的不同，選用不同的方法，但也需說(shuō)明，這3種分離方法之間的分界并不十分嚴(yán)格。表1-11列出超

13、濾、微濾和反滲透過(guò)程的原理和操作性能，以資比較。表1-11超濾、微濾和反滲透的比較性能反滲透超過(guò)濾微濾過(guò)程用膜表面致密的不對(duì)稱(chēng)膜不對(duì)稱(chēng)微孔膜微孔膜操作壓力/MPa210分離物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量小500的小分子物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量大于500的分子直至細(xì)小膠體微粒m的分子分離機(jī)理非簡(jiǎn)單篩分，膜物化性能起主要作用篩分，但膜物化性能有影響篩分水通量/m3/(m2.d)0.5522000() 過(guò)程與操作與反滲透過(guò)程相似，微濾、超濾過(guò)程也必須克服濃差極化和膜孔的堵塞帶來(lái)的影響。超濾的工作壓力范圍一般為，過(guò)高的壓力不僅無(wú)益而且有害。超濾過(guò)程操作一般均呈錯(cuò)流，即料液與膜面平行流動(dòng)，料液流速影響著膜面邊界層的厚度，提高

14、膜面流速有利于降低濃差極化影響，提高過(guò)濾通量，這與反滲透過(guò)程機(jī)理是類(lèi)似的。微濾過(guò)程以前大都采用折褶筒過(guò)濾，屬終端過(guò)濾，對(duì)于固相含量高的料液無(wú)法處理，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的錯(cuò)流微濾技術(shù)的過(guò)濾過(guò)程類(lèi)似于反滲透和超濾，設(shè)計(jì)時(shí)可以借鑒。微濾、超濾過(guò)程的操作壓力、溫度以及料液預(yù)處理、膜清洗過(guò)程的原理與反滲透極為相似，但其操作過(guò)程亦有自己的特點(diǎn)。超濾過(guò)程流程與反滲透類(lèi)似，采用錯(cuò)流操作，常用的操作模式有三種。 單段間歇操作 如圖1-61，在超濾過(guò)程中，為了減輕濃差極化的影響，膜組件必須保持較高的料液流速，但膜的滲透通量較小，所以料液必須在膜組件中循環(huán)多次才能使料液濃縮到要求的程度。圖示兩種回路的區(qū)別在于閉式回路中

15、采用雙泵輸送方式，料液從膜組件出來(lái)后不進(jìn)料液槽而直接流至循環(huán)泵入口，這樣輸送大量循環(huán)液所需能量?jī)H僅是克服料液流動(dòng)系統(tǒng)的能量損失，而開(kāi)式回路中的循環(huán)泵除了需提供料液流動(dòng)系統(tǒng)的能量損失外，還必須提供超濾所需的推動(dòng)力即壓力差，所以閉式回路的能耗低。料液膜組件循環(huán)液滲透液（b）間歇操作-閉式回路循環(huán)泵料液泵膜組件循環(huán)液滲透液（a）間歇操作-開(kāi)式回路圖1-61 單段間歇操作間歇操作適用于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模間歇生產(chǎn)產(chǎn)品的處理。 單段連續(xù)操作 如圖1-62，與間歇操作相比，其特點(diǎn)是超濾過(guò)程始終處于接近濃縮液的濃度下進(jìn)行，因此滲透量與截留率均較低，為了克服此缺點(diǎn)，可采用多段連續(xù)操作。膜組件循環(huán)液透過(guò)液圖1-62單段連續(xù)操作濃縮液料液 多段連續(xù)操作 如圖1-63，各段特環(huán)液的濃度依次升高，最后一段引出濃縮液，因此前面幾段中料液可以在較低的濃度下操作。這種連續(xù)多段操作適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。膜組件循環(huán)液滲透液（a）間歇操作-開(kāi)式回路料液濃縮液圖1-63多段連續(xù)操作() 應(yīng)用 超濾的應(yīng)用超濾技術(shù)廣泛用于微粒的脫除，包括細(xì)菌、病毒、熱源和其他異物的去除，在食品工業(yè)、電子工業(yè)、水處理工程、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，并在快速發(fā)展著。 微濾的應(yīng)用微濾主要用于除去溶液中大于0.05um左右的超細(xì)粒子，其應(yīng)用十分廣泛，在目前膜過(guò)程營(yíng)業(yè)銷(xiāo)售額中占首位。