化工原理譚天恩第十四章其他傳質(zhì)分離過程-課件

目錄第十四章其他傳質(zhì)分離過程

第一節(jié)概述

第二節(jié) 超臨界流體萃取一、什么是超臨界萃取？二、超臨界萃取流程三、應(yīng)用

第三節(jié)吸附一、什么是吸附？二、常用的吸附劑三、吸附分類四、吸附應(yīng)用五、吸附過程1目錄第十四章其他傳質(zhì)分離過程1目錄第四節(jié)膜分離一、概述 二、微濾 、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象 三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象四、氣體（膜）分離五、滲透汽化六、膜污染及防治第十四章小結(jié)2目錄第四節(jié)膜分離2精品資料3精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥說早早早……”44第十四章其他傳質(zhì)分離過程常規(guī)分離技術(shù)：機(jī)械分離、蒸發(fā)、吸收、精餾、萃取、

干燥、吸附、結(jié)晶等第一節(jié)概述新型分離技術(shù)：超臨界萃取、液膜萃取、雙水相萃取、

色譜分離技術(shù)，反滲透、超過濾、氣

體分離，膜分離、膜蒸餾、泡沫分離等。適用于如原子能、空間技術(shù)、電子工業(yè)等部門需要純度較高的原料的制取，如稀溶液中將有價(jià)值的微量組分提取出來（欲分離出去和提取出來的組分的含量均為10-6級(jí)）適于溶液中組分含量較高物系的分離5第十四章其他傳質(zhì)分離過程常規(guī)分離技術(shù)：機(jī)械分離、蒸發(fā)、吸第一節(jié)概述

無論是常規(guī)分離，還是新型分離過程都是在分離裝置中，對(duì)原料施加能量或分離劑（在利用化學(xué)能時(shí)使用），對(duì)混合物各組分所持有的性質(zhì)差產(chǎn)生作用，使分離得以進(jìn)行，產(chǎn)生兩個(gè)以上的產(chǎn)品。分離裝置原料物流（一個(gè)或數(shù)個(gè)）能量或分離劑兩個(gè)以上的產(chǎn)品物流（濃度不同）6第一節(jié)概述無論是常規(guī)分離，還是新型分離過程第一節(jié)概述可被利用于分離的性質(zhì)物理化學(xué)生物學(xué)力學(xué)性質(zhì)密度、摩擦力、表面張力、尺寸、質(zhì)量等。如重力沉降、過濾。熱力學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、臨界點(diǎn)、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、分配系數(shù)、吸附等。

如蒸發(fā)、蒸餾、吸收、萃取、吸附等。電、磁性質(zhì)電導(dǎo)率、介電常數(shù)、遷移率、電荷、淌度、磁化率等。

如電除塵、電解、電滲析。輸送性質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)、分子飛行速度

如滲析。反應(yīng)速度性質(zhì)反應(yīng)速度常數(shù)熱力學(xué)性質(zhì)反應(yīng)平衡常數(shù)、化學(xué)吸附平衡常數(shù)、離解常數(shù)、電離電位生物學(xué)親和力、生物學(xué)吸附平衡、生物學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)7第一節(jié)概述可被利用于分離的性質(zhì)物理化學(xué)生物學(xué)力學(xué)性質(zhì)密第一節(jié)概述分離方法的選擇由混合物組分間的性質(zhì)差、產(chǎn)品規(guī)模、產(chǎn)品純度和回收率、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等條件決定。

例如對(duì)空氣的分離， 大規(guī)模生產(chǎn)用深冷蒸餾法 中等規(guī)?？捎媚し蛛x法 小規(guī)模可用吸附法。8第一節(jié)概述分離方法的選擇由混合物組分間的性質(zhì)第二節(jié)超臨界流體萃取一、什么是超臨界萃??？超臨界流體：當(dāng)氣體處于臨界溫度之上，無論壓力多高也不能液化，仍為氣體，稱此時(shí)的氣體為～。SFE或SCFE超臨界流體性質(zhì)介于氣體和液體之間。既有氣體黏度小、擴(kuò)散系數(shù)大（見下表）的特點(diǎn)，又有液體密度大、溶解能力大的特點(diǎn)。流體密度，kg/m3黏度，mPa

s擴(kuò)散系數(shù)，cm2

s-1常壓氣體15～30℃超臨界流體常壓液體15～30℃0.2~6400~900600~1600(1~3)×10-2(3~9)×10-20.2~30.1~0.40.2×10-3(0.2~2)×10-59第二節(jié)超臨界流體萃取一、什么是超臨界萃??？超臨界流體：當(dāng)氣一、什么是超臨界萃??？超臨界萃?。豪贸R界流體的特異溶解力，高壓下選擇性地溶解溶質(zhì)，然后升溫、降壓將萃取劑與溶質(zhì)分離的方法稱為～。常用的超臨界流體：CO2------臨界溫度31.06℃，臨界壓力7.39MPa臨界溫度不高；無毒；價(jià)廉；化學(xué)惰性。小常識(shí)：早在1879年J.B.Hannay就發(fā)現(xiàn)無機(jī)鹽在高壓乙醇或乙醚中的溶解度異常增加的現(xiàn)象；20世紀(jì)50年代，美國將SFE用于工業(yè)分離；20世紀(jì)80年代，SFE成為一門熱門學(xué)科。10一、什么是超臨界萃取？超臨界萃?。豪贸R界流體的特異第二節(jié) 超臨界流體萃取二、超臨界萃取流程等溫法：應(yīng)用最方便萃取相從萃取槽抽出；經(jīng)膨脹閥壓力降低使萃取劑與溶質(zhì)在分離槽分離；氣相萃取劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮回到萃取槽循環(huán)使用11第二節(jié) 超臨界流體萃取二、超臨界萃取流程等溫法：應(yīng)用最方便萃第二節(jié) 超臨界流體萃取二、超臨界萃取流程等壓法：萃取相從萃取槽抽出；經(jīng)加熱器加熱使萃取劑與溶質(zhì)在分離槽分離；氣相萃取劑經(jīng)冷卻壓縮后回到萃取槽循環(huán)使用12第二節(jié) 超臨界流體萃取二、超臨界萃取流程等壓法：萃取相從萃取第二節(jié) 超臨界流體萃取二、超臨界萃取流程吸附法：萃取相從萃取槽抽出；經(jīng)裝有吸附劑（只吸附溶質(zhì)）的分離槽使萃取劑與溶質(zhì)分離；氣相萃取劑經(jīng)壓縮后回到萃取槽循環(huán)使用13第二節(jié) 超臨界流體萃取二、超臨界萃取流程吸附法：萃取相從萃取第二節(jié) 超臨界流體萃取三、應(yīng)用中藥有效成分的提?。惶烊幌懔系奶崛?；食品業(yè)：如從咖啡中脫除咖啡因，從奶油中脫膽固醇等；化學(xué)工業(yè)：如渣油中脫瀝青和潤滑油等。----適用于小規(guī)模、回收或提純高價(jià)值的產(chǎn)品14第二節(jié) 超臨界流體萃取三、應(yīng)用中藥有效成分的提?。?---適第三節(jié)吸附一、什么是吸附？多孔性固體表面的分子或原子因受力不均而具有剩余的表面能，當(dāng)流體中的某些物質(zhì)碰撞固體表面時(shí)，受到這些不平衡力的作用就會(huì)停留在固體表面上，這種現(xiàn)象稱為～。吸附劑（固體）吸附質(zhì)15第三節(jié)吸附一、什么是吸附？多孔性固體表面的第三節(jié)吸附二、常用的吸附劑要求：表面積大；選擇性高；機(jī)械強(qiáng)度好；化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，價(jià)廉易得。16第三節(jié)吸附二、常用的吸附劑要求：16第三節(jié)吸附二、常用的吸附劑吸附劑活性炭活性氧化鋁分子篩活性土硅膠17第三節(jié)吸附二、常用的吸附劑吸附劑活性炭活性氧化鋁分子第三節(jié)吸附三、吸附分類按吸附作用力的不同分物理吸附化學(xué)吸附離子交換吸附吸附力：范德華力特點(diǎn)：被吸附的分子不是附著在吸附劑表面的特定位置上，而是稍能在介質(zhì)表面上作自由移動(dòng)，常常為多層吸附。吸附力：化學(xué)鍵力特點(diǎn)：需要在較高溫度下進(jìn)行，選擇性較強(qiáng)，為單分子層吸附。吸附力：靜電力。特點(diǎn)：每吸附一個(gè)吸附質(zhì)的離子，同時(shí)吸附劑放出一個(gè)等當(dāng)量的離子，離子帶電荷越多，它在吸附劑表面吸附力越強(qiáng)。18第三節(jié)吸附三、吸附分類按吸附作用力的不同分物理吸附化學(xué)吸第三節(jié)吸附三、吸附分類按吸附條件的不同分變溫吸附變壓吸附特點(diǎn)：低溫吸附，高溫脫附特點(diǎn)：高壓吸附，低壓脫附19第三節(jié)吸附三、吸附分類按吸附條件的不同分變溫吸附變壓吸附第三節(jié)吸附四、吸附應(yīng)用氣體和液體的深度干燥從廢水或廢氣中除去有害的物質(zhì)

吸附應(yīng)用氣體的分離和精制

有機(jī)烷烴和芳烴的分離和精制食品、藥品和有機(jī)石油產(chǎn)品的脫色、除臭20第三節(jié)吸附四、吸附應(yīng)用氣體和液體的深度干燥從廢水或廢氣中第三節(jié)吸附五、吸附過程吸附過程分為三步：吸附質(zhì)擴(kuò)散至吸附劑顆粒表面----外擴(kuò)散經(jīng)孔隙擴(kuò)散至內(nèi)表面----內(nèi)擴(kuò)散吸附質(zhì)被吸附----這一過程通常很快。21第三節(jié)吸附五、吸附過程吸附過程分為三步：21第四節(jié)膜分離一、概述

以膜為分離介質(zhì)，在壓力差（或濃度差、電位差、溫度差等）推動(dòng)下，利用體系中各組分對(duì)膜的滲透速率的差異來實(shí)現(xiàn)分離、提純或濃縮的新型分離技術(shù)。1、什么是膜分離？分離膜（固膜、液膜）：具有選擇透過性被公認(rèn)為是20-21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途得高新技術(shù)之一22第四節(jié)膜分離一、概述以膜為分離介質(zhì)，在壓力差（或一、概述2、膜分離種類微濾超濾納濾反滲透電滲析氣體分離滲透汽化和蒸氣滲透等等23一、概述2、膜分離種類微濾23一、概述3、膜分離發(fā)展簡史19世紀(jì)中葉，Graham發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象；20世紀(jì)30年代，德國建立世界首座生產(chǎn)微濾膜的工廠；20世紀(jì)50年代，電滲析工業(yè)發(fā)展起來；20世紀(jì)60年代，世界上第一章反滲透膜面世；20世紀(jì)70年代，超濾技術(shù)發(fā)展起來；20世紀(jì)80年代，氣體分離技術(shù)發(fā)展迅速；20世紀(jì)90年代，納濾技術(shù)發(fā)展起來。24一、概述3、膜分離發(fā)展簡史19世紀(jì)中葉，Graham發(fā)現(xiàn)透析一、概述4、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)：在常溫下即可進(jìn)行，能耗低，設(shè)備很少需要維護(hù)，操作十分簡便，分離效率高，設(shè)備體積較小，不污染產(chǎn)品和環(huán)境。缺點(diǎn)：膜強(qiáng)度通常較差，壽命不長；膜易污染25一、概述4、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：25一、概述4、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合：

（1）化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)相似的組分；（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。（4）濃度極稀溶液，如飲用水凈化、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。常規(guī)分離方法不能經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行分離的時(shí)候。

26一、概述4、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合：（1）化學(xué)性質(zhì)及物理一、概述5、應(yīng)用廣泛用于水處理、醫(yī)藥、食品、化工、環(huán)保等行業(yè)。

27一、概述5、應(yīng)用廣泛用于水處理、醫(yī)藥、食品、化工、環(huán)保等行業(yè)一、概述6、分離膜和膜組件膜的種類：固膜----目前工業(yè)上應(yīng)用多為固膜液膜----目前主要用在廢水處理的中試規(guī)模氣膜----目前處于研究階段按膜的物態(tài)分28一、概述6、分離膜和膜組件膜的種類：固膜----目前工業(yè)上應(yīng)6、分離膜和膜組件固膜的種類：天然膜合成膜無機(jī)膜有機(jī)高分子膜固膜目前工業(yè)上以此為主按膜的材質(zhì)分：296、分離膜和膜組件固膜的種類：天然膜合成膜無機(jī)膜有機(jī)高分子膜固膜的種類：對(duì)稱膜不對(duì)稱膜固膜按膜的結(jié)構(gòu)分：-----又稱均質(zhì)膜，指膜截面上孔徑與孔徑分布基本一

致的膜。主要用于研究，工業(yè)實(shí)用價(jià)值不大。-----表面為極薄的致密層，下面是多孔支撐層。-----表面致密層和多孔支撐層分別用兩種不同材料制成

，目前應(yīng)用以此為主。復(fù)合膜6、分離膜和膜組件30固膜的種類：對(duì)稱膜不對(duì)稱膜固膜按膜的結(jié)構(gòu)分：-----又稱均固膜的種類：多孔膜致密膜固膜按膜的結(jié)構(gòu)分：-----分離機(jī)理是篩分原理，體現(xiàn)在超濾、微濾、滲析

或不對(duì)稱膜及復(fù)合膜中的支撐層中。-----分離機(jī)理是溶解-擴(kuò)散原理，體現(xiàn)在反滲透、氣體

分離、滲透汽化中。6、分離膜和膜組件31固膜的種類：多孔膜致密膜固膜按膜的結(jié)構(gòu)分：-----分離機(jī)理膜組件：為在單位體積內(nèi)獲得盡可能大的膜面積，一般膜元件形式有板框式、中空纖維式、管式、卷式四種。6、分離膜和膜組件將膜制成一定的形狀的元件，并提供進(jìn)料、出料的通道（如圖），稱為～。32膜組件：為在單位體積內(nèi)獲得盡可能大的膜面積，一般膜元件形式有6、分離膜和膜組件板框式是最早商品化的膜組件。板式膜組件的膜單元由剛性的支撐板、膜片及置于支撐板與膜片之間的透過液隔網(wǎng)組成。336、分離膜和膜組件板框式是最早商品化的膜組件。336、分離膜和膜組件管式進(jìn)料不透過物滲透物滲透物管式膜內(nèi)徑通常在12.5～25mm，長度0.6～6.4m

346、分離膜和膜組件管式進(jìn)料不透過物滲透物滲透物管式膜內(nèi)徑通常6、分離膜和膜組件中空纖維式中空纖維膜截面成圓環(huán)形，外徑一般為40～250μm，外徑與內(nèi)徑之比多為2～4聚丙烯腈中空纖維膜電子顯微鏡照片中空纖維超濾膜斷面電鏡圖中空纖維膜的實(shí)質(zhì)是管式膜，兩者的主要差異是中空纖維為無支撐體的自支撐膜，管式膜則有支撐體。

356、分離膜和膜組件中空纖維式中空纖維膜截面成圓環(huán)形，外徑一般6、分離膜和膜組件卷式366、分離膜和膜組件卷式36二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象微濾（MF）、超濾（

UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）四者共同點(diǎn)和異同點(diǎn)：微濾（MF）是世界上開發(fā)應(yīng)用最早的膜分離技術(shù)。共同點(diǎn)：異同點(diǎn)：推動(dòng)力均為壓差膜的孔徑分布范圍不同，如下頁圖；分離機(jī)理不同：微濾、超濾屬篩分原理納濾、反滲透屬溶解-擴(kuò)散原理37二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象微濾（MF）、超濾反滲透納濾超濾微濾普通過濾含水鹽溶液

炭黑顏料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38反滲透納濾超二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象依靠外界壓力使溶劑從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)滲透的過程稱為～。反滲透是滲透的一種反向的遷移運(yùn)動(dòng)。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39二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象依靠二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象：濃差極化現(xiàn)象不可避免；濃差極化現(xiàn)象的存在不利于傳質(zhì)：被截留的組分膜表面附近形成凝膠層，使傳質(zhì)阻力大大增加；被截留的組分在膜的表面富積，而主體區(qū)的濃度較小，這種現(xiàn)象稱為～。40二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象：濃差二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象應(yīng)用：微濾：制藥行業(yè)的過濾除菌、電子工業(yè)用的高純度水的制

備是其最大應(yīng)用領(lǐng)域；超濾：食品工業(yè)和乳清處理是其最大應(yīng)用領(lǐng)域；納濾：飲用水制備，廢水處理，果汁濃縮、抗生素濃縮等

方面。反滲透：海水制淡水、乳品加工等41二、微濾、超濾、納濾、反滲透及濃差極化現(xiàn)象應(yīng)用：微濾：制藥行三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象電滲析過程原理電滲析是利用離子交換膜在電位差推動(dòng)力的作用下，從水溶液中脫除離子的一種分離技術(shù)。陽膜----只允許陽離子通過陰膜----只允許陰離子通過電滲析技術(shù)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的。42三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象電滲析過程原理陽膜----只允許陽離三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象：當(dāng)電流增大到某一數(shù)值時(shí)，膜界面附近的離子迅速進(jìn)入濃縮室，而溶液中的相應(yīng)離子來不及擴(kuò)散補(bǔ)充過來，出現(xiàn)膜的一側(cè)該離子濃度趨于零，這一現(xiàn)象稱為～。陰離子極化區(qū)陰離子富積區(qū)43三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象：陰離子極化區(qū)陰離子富積三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象的不利影響：

陰離子極化區(qū)陰離子富積區(qū)在膜表面上形成沉淀和結(jié)構(gòu)，使傳質(zhì)阻力大大增加；產(chǎn)生H＋、OH－以彌補(bǔ)遷移離子的不足，這相當(dāng)于水的分解，使電能效率下降。44三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象的不利影響：三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象應(yīng)用：

海水淡化、廢水處理等45三、電滲析及濃差極化現(xiàn)象應(yīng)用：海水淡化、廢水處理四、氣體（膜）分離應(yīng)用舉例：由合成氨弛放氣中回收氫氣（1979）；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)用富氧器原理：根據(jù)混合原料氣中各組分在壓力的作用下，通過半透膜的相對(duì)傳遞速率不同而得以分離的原理（溶解-擴(kuò)散）。氣體分離技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間晚但發(fā)展迅速。優(yōu)點(diǎn)：能耗低、占地小、投資少、無污染，成為低溫精餾、

吸收、變壓吸附等氣體分離方法的有力競(jìng)爭者。46四、氣體（膜）分離應(yīng)用舉例：由合成氨弛放氣中回收氫氣（197五、滲透汽化和蒸汽滲透早在一百多年前，