膜分离设备
第8章 膜分离设备
8.6 膜分离装置
管式膜组件
8.6 膜分离装置
3、螺卷式膜分离装置
螺卷式膜分离装置主要由耐压套管、膜组件、 穿孔管组成。 膜组件由平膜、导水垫层、格网组成。 螺卷式膜分离装置的特点：优点是结构紧凑， 单位体积的膜表面积大，操作方便。缺点是 容易堵塞，不能拆洗，浓水难于循环，，压 力损失大。
中空纤维膜分离装置类似于单管程管壳式换热器的结 构。
膜组件用细径的中空纤维膜组装而成。
优点：结构简单、单位体积膜的表面积最大，液流流 程短，分布均匀。 缺点：不能用于处理含有悬浮物的废水，必须预先经 过过滤处理，另外难以发现损坏的膜，维护管理不便。
8.6 膜分离装置
1
原水入口 淡水出口
2
3
1 2 3
透过水
透过水
4
浓缩水
板框式膜装置
1—双头螺栓；2—橡胶密封圈；3—膜；4—多孔性板
8.6 膜分离装置
板式膜组件
8.6 膜分离装置
2、管式膜分离装置 管式膜分离装置与多管式热交换器相类似。它 是将若干根直径为10～20mm，长1～3m的反 渗透管状膜组件装入多孔高压管中构成。 特点：结构简单，制造容易，安装、维修方便； 且水力条件好，不容易堵塞，清洗方便；能耐 高压，可以处理高粘度的原液。但管式膜分离 装置体积大，单位体积内膜的表面积最小，而 且两头需要较多的联结部件，现在使用并不广 泛。
反渗透膜构成：一种多孔性膜，具有良好的化学性质。 反渗透膜为一种半透膜，只能通过溶液中某种组分， 不具有离子交换性质，属中性膜。
8.5 几种常用膜介绍
8.5 几种常用膜介绍
3、纳滤膜
膜分离装置
压 纳滤： 2.0MPa左右
差 反渗透： 大于2.8MPa
超滤、微滤和纳滤工作原理示意图
压 力 推 动 膜 工 艺 分 类 的 示 意 图
二、膜的分类
从相态上分：
固膜
液膜 气膜
按形态分 按结构分
平面膜 管状膜 中空纤维膜
对称膜
非对称膜
（1）对称膜：又称为均质膜，是一种均匀 的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同。 包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种。
• 特点：
• 结构简单、单位体积膜的表面积最大，液 流流程短，分布均匀。
• 不能用于处理含有悬浮物的废水，必须预 先经过过滤处理，另外难以发现损坏的膜 ，维护管理不便。
• 原理：反渗透亦称逆渗透（RO）。 是用一定的压力使溶液中的溶剂通 过反渗透膜（或称半透膜）分离出 来。因为它和自然渗透的方向相反 ，故称反渗透。根据各种物料的不 同渗透压，就可以使大于渗透压的 反渗透法达到分离、提取、纯化和 浓缩的目的。
反渗透分离原理图
3.超滤、微滤和纳滤设备
• 原理：膜孔对溶液中悬浮微粒的筛 分作用，在介质压力的作用下，小 于孔径的小分子溶质随溶液一起透 过膜上的微孔，大于孔径分大分子 溶质则被截留。
纳滤膜分离机理示意图
＋
-
料液
－＋
带负电荷的膜
透过通量
（五）微滤膜
• 微滤过程中使用的膜也是微孔膜。微滤 膜多数为对称膜，其中最常见的是曲孔 型，结构类似于内有相连空隙的网状海 绵；另外还有一种毛细管型，膜孔呈圆 筒状垂直贯通膜面。
三、膜分离装置
膜分离系统组成 1、膜分离系统的构成 膜组件、泵、过滤器、阀、仪 表、管路等 2、常用膜组件的类型 板框式、圆管式、螺旋卷式、 中空纤维式、毛细管式
控制膜分离设备污染可以采取的措施
控制膜分离设备污染可以采取的措施
2020年8月7日
膜分离设备是工业领域常用的工艺系统，膜元件作为膜分离设备中的核心部件，日常维护保养需要重视起来，膜元件的性能直接关乎设备的运行情况，接下来我们就来一起了解一下如何控制膜分离设备污染，降低运行能耗。
膜分离设备污染通常体现在膜污染方面，膜污染一般分为两种，一种是由浓差极化导致的可逆污染，另一种是在高溶质浓度或低流速下在膜表面形成的凝胶层或沉积物和溶质与膜相互作用在膜孔内的吸附导致的膜孔的堵塞，这种情况下导致的渗透通量下降的污染是不可逆污染。
控制膜污染可以采取的措施：
1、对被污染的膜进行物理或化学性质的清洗。
2、可以对膜进行改性，如加入某种材料使之与料液的吸附性降低，或者改变膜材料，使之从疏水性变成亲水性的。
3、改变料液的性质，通过超滤微滤膜法、热处理、絮凝或吸附等预处理手段去除料液中的一些悬浮物或大分子等物质，从而减轻对膜的污染。
4、改变操作方式，如在管路内设置一些构件，加强料液的湍动程度。
膜分离设备是现如今应用比较宽泛且效果比较好的工艺设备，应用优质的膜分离设备并良好的运用，能够为企业带来更多的效益，助力企业升级。
超滤膜设备参数
超滤膜设备参数1. 概述超滤膜设备是一种用于将水中悬浮物、细菌、病毒等微小颗粒分离的膜分离技术设备。
在水处理、食品加工、制药、化工等行业具有广泛的应用。
本文将详细介绍超滤膜设备的参数，包括膜材料、孔径、通量、压力、温度等。
2. 膜材料超滤膜设备的膜材料通常包括聚酯、聚醚、聚丙烯等材料。
不同的膜材料具有不同的特点和适用范围。
例如，聚酯膜具有良好的抗酸碱性能，适用于一些酸性或碱性废水的处理；聚醚膜具有较高的抗氧化性能，适用于一些含氧化物较高的废水处理。
选择合适的膜材料可以提高超滤膜设备的使用寿命和处理效果。
3. 孔径超滤膜设备的孔径是指膜孔的大小，直接影响膜分离的效果。
一般来说，孔径越小，分离效果越好，但通量也越低。
常见的超滤膜设备孔径范围为0.001微米至0.1微米。
选择合适的孔径可以根据处理的水源和要求来确定。
4. 通量超滤膜设备的通量是指单位面积膜的水处理量，通常以立方米/平方米/小时为单位。
通量的大小与膜材料、孔径、操作条件等因素有关。
一般来说，通量越高，设备的处理效率越高。
提高通量可以采取增加膜面积、优化膜结构、增加压力等措施。
5. 压力超滤膜设备的操作压力是指施加在膜上的压力，用于推动水分子通过膜孔，并将悬浮物、细菌、病毒等截留在膜表面。
常见的超滤膜设备操作压力范围为0.1至0.5兆帕。
适当调节操作压力可以提高设备的处理效果，但过高的压力可能导致膜疲劳和结垢，影响设备的寿命和使用效果。
6. 温度超滤膜设备的操作温度是指处理水流经膜时的温度。
温度的变化可以影响膜的通透性和阻挡效果，进而影响设备的处理效果。
一般来说，较高的温度可以增加膜的通透性，但也可能降低膜的选择性。
因此，在选择操作温度时需要考虑处理水源和要求。
7. 其他参数除了以上提到的参数外，超滤膜设备还有一些其他重要参数，如膜的厚度、膜的孔隙率、操作方式等。
膜的厚度与膜的强度、通透性和寿命密切相关；膜的孔隙率影响膜的截留效果，一般较高的孔隙率意味着较好的截留效果；操作方式有交流式和直接式两种，根据实际需求选择合适的操作方式可以提高设备的处理效果。
膜分离设备的操作步骤和膜选择技巧
膜分离设备的操作步骤和膜选择技巧膜分离技术是一种广泛应用于化工、环境保护、食品和制药等领域的分离与纯化技术。
在这个过程中，膜分离设备的操作步骤和膜的选择技巧起着至关重要的作用。
本文将针对这两个方面展开论述，以帮助读者更好地了解膜分离技术的操作流程和膜的选择要点。
1. 膜分离设备的操作步骤膜分离设备的操作步骤主要包括预处理、膜组件选型、装配和运行四个阶段。
首先是预处理，这一步骤的目的是净化原料液，去除其中的颗粒物和杂质。
这可以通过过滤、沉淀、浮选等方法完成。
预处理的程度决定了后续膜组件的寿命和效果。
接下来是膜组件的选型。
根据分离过程的目标和要求，选择合适的膜材料和膜类型。
常见的膜材料有聚酯膜、聚醚膜、聚砜膜等，而膜类型可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
选择时需要考虑原料液的性质、操作条件、分离效果等因素。
选好膜组件后，即可进行装配。
根据具体设备的要求，将膜组件安装在适当的容器中，并保证密封性和稳定性。
在此过程中要注意避免膜的破损和污染。
最后是设备的运行。
根据预设的操作条件，将原料液引入设备，并施加适当的压力或提供适当的温度条件，使得溶质能够通过膜分离。
运行过程中需要密切监控设备各部分的运行状态，以确保正常工作。
2. 膜的选择技巧膜的选择对于膜分离过程的效果至关重要。
以下列举几个膜的选择技巧供参考：首先是根据分离的目标选择合适的膜类型。
比如，微滤膜适用于粒径较大的物质的分离，而纳滤膜则适用于对溶质的精细分离。
其次是根据原料液的性质选择合适的膜材料。
一般情况下，聚酯膜适用于中性溶液的分离，而聚醚膜则能够耐受部分有机溶剂的作用。
此外，还需要考虑膜的通量和分离效果。
通量越大表示单位时间内通过的溶质量越多，但要注意高通量可能会降低分离效果。
因此，在选择膜时需要平衡这两个因素。
还有一个重要的选择要点是膜的抗污染性能。
在分离过程中，膜表面容易被颗粒物和胶体物质堵塞，影响操作效果。
因此，选择具有良好的抗污染性能的膜是十分重要的。
膜分离设备的工作原理
膜分离设备的工作原理
膜分离设备是一种利用膜作为过滤介质，分离溶质和溶剂的技术。
其工作原理主要包括筛分、渗透和离子交换三个过程：
1. 筛分：膜分离设备中的膜具有微孔或孔隙，通过孔隙的大小选择性地分离溶质和溶剂。
溶质分子或颗粒大小大于膜孔隙的，无法通过膜，从而实现了分离。
2. 渗透：根据溶质和溶剂之间的渗透压差，使得溶质和溶剂分子通过膜的同时实现分离。
通常，净水渗透设备中采用反渗透膜，通过施加高压差使得水分子从高浓度侧向低浓度侧渗透，而溶质则被截留在高浓度侧。
3. 离子交换：膜分离设备中的离子交换膜根据离子的电荷选择性地分离溶质。
离子交换膜上的正负离子吸引和截留对应电荷的溶质，使得溶液中的离子得以分离。
根据不同的分离机制和应用，膜分离设备可以包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离和电渗析等类型。
这些设备通常包括膜模块、膜芯、壳体、进出口连接等组成部分，并通过施加压力、调节pH、温度等操作条件来实现分离过程。
污水处理设备分类
污水处理设备分类标题：污水处理设备分类引言概述：污水处理设备是用于处理城市、工业和农村生活污水的设备，其分类主要根据处理方式和功能来划分。
本文将从物理处理设备、化学处理设备、生物处理设备、膜分离设备和综合处理设备五个方面详细介绍污水处理设备的分类。
一、物理处理设备1.1 滤网：用于过滤大颗粒杂质，如树叶、纸张等。
1.2 沉砂池：通过重力沉降去除污水中的沙子、泥土等颗粒物。
1.3 气浮设备：通过气泡的作用将浮性颗粒物从水中升起并去除。
二、化学处理设备2.1 混凝剂投加系统：用于投加混凝剂，加速悬浮物的沉淀。
2.2 药剂投加系统：用于投加氧化剂、消毒剂等化学药剂，杀灭细菌和病原体。
2.3 调节酸碱度设备：用于调节污水的酸碱度，提供适宜的环境条件供生物降解。
三、生物处理设备3.1 活性污泥法：通过活性污泥中的微生物降解有机物。
3.2 生物膜法：利用生物膜上的微生物对污水进行降解和净化。
3.3 厌氧消化法：采用厌氧条件下的微生物降解有机物，产生沼气。
四、膜分离设备4.1 超滤膜：通过筛选作用去除微小颗粒物和胶体。
4.2 反渗透膜：通过高压将水分子从溶液中分离出来。
4.3 纳滤膜：用于去除水中的微生物、病毒和重金属离子。
五、综合处理设备5.1 污泥处理设备：对处理后的污泥进行脱水、干化等处理。
5.2 污水再生设备：将处理后的污水再次利用，实现资源的循环利用。
5.3 智能监测设备：监测处理设备的运行状态和水质情况，实现自动化控制。
结论：污水处理设备的分类主要包括物理处理设备、化学处理设备、生物处理设备、膜分离设备和综合处理设备。
不同的处理设备在处理污水时具有不同的功能和作用，综合运用这些设备可以高效地处理污水，保护环境和人类健康。
希望本文对污水处理设备分类有所帮助。
膜分离设备安全操作保养规程
膜分离设备安全操作保养规程前言膜分离设备广泛应用于化工、食品、制药、半导体、环保等行业中。
在使用过程中，操作人员需要注意安全问题，同时要进行设备保养，以延长其使用寿命。
本文将介绍膜分离设备的安全操作和保养规程。
安全操作1. 操作人员的安全意识膜分离设备的使用需要高度重视安全问题。
操作人员必须严格遵守操作规程，做到以下几点：•充分了解设备操作方法与安全规程，了解应急处理措施；•严格遵守操作程序，避免操作失误；•熟悉设备结构和工作原理，了解设备的操作原理；•在操作前检查设备是否工作正常，确保无任何故障或异常；•了解设备的使用条件、药品种类，明确使用范围和限制。
2. 设备安装位置安装膜分离设备应选择单独的房间或独立场所，并设置必要的管理机构。
设备的安装位置应平稳坚固、通风良好、光照充足的场所。
应对设备进行搬运、卸载、安装、调试和质量监督检验。
3. 设备操作注意事项操作膜分离设备需要掌握以下注意事项：•设备开机前，检查设备是否正常；•操作者必须经过专业培训，熟练掌握设备操作方法；•在操作中要严格遵守工艺条件；•经常检查设备各部位是否正常、灵敏；•若有任何异常情况发生，应立即停机查明原因，及时排除故障。
4. 废液处理膜分离设备处理出大量的废液。
在废液处理时应注意：•严禁随意排放废液；•废液应根据其性质和浓度，采用相应的处理措施，达到环保要求；•对于易燃、易爆、有毒、有害物质，应和有关部门联系，按照安全要求进行处理。
5. 设备的停机在设备停机时需要注意以下几点：•首先将电源切断；•排空设备中的药剂和废液；•清理设备，防止积存污物；•关闭其他附件设备。
保养方法1. 设备保养注意事项为了保证设备的正常运转和延长其使用寿命，需要注意以下几点：•首先，设备要定期清洗，清除设备内部的污垢，确保设备工艺流程的稳定性；•定期检查设备各个部件的磨损情况，及时更换或修复；•不定期检查设备外表面是否有损伤或氧化变色等情况，及时整改；•定期更换设备中的滤膜，更换周期根据具体情况而定；•长时间使用后，要对设备进行全面的保养，保证其性能的稳定性。
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适中 适中
很差 高
好 适中
适合高压操作
可以，有一定 可以，有一定
困难
困难
适合
适合 不适合
限于专门类型的 膜
非
非
非
是
是
①以聚砜为标准聚合物的估计价格。
性能良好的膜器件应达到的要求：
1、对膜能提供足够的机械支撑并可使高压原料液 （气）和低压透过液（气）严格分开。 2、在能耗最小的条件下，使原料液（气）在膜面 上的流动状态均匀合理，以减少浓差极化。 3、具有尽可能高的装填密度（即单位体积的膜组 件中填充较多的有效膜面积）并使膜的安装和更 换方便。 4、装置牢固、安全可靠、价格低廉和容易维护。
• 膜的种类很多，可分为有机高分子膜和无机膜 两类。
• 目前在制药工业生产中使用最为广泛的是聚砜 (PS)类材料，约占32％；纤维素材料中的醋酸 纤维素(CA)和三醋酸纤维素(CTA)分别占13％ 和7％；聚丙烯腈(PAN)占6％；无机膜占22％ ；其他的膜材料约为20％。
常用的膜材料
有机： 纤维素、聚砜、聚酰胺、聚酯等
无机：金属、陶瓷等
中空纤维超滤膜结构
示意图
中空纤维超滤膜结构
单内皮层
双皮层
单内皮层中空纤维超滤膜结构
膜组件
◆ 膜分离装置：膜组件、泵过滤器、阀、仪表及管 路等构成。
◆ 膜组件：是一种将膜以某种形式组装在一个基 本单元设备内，然后在外界驱动力作用下实现 对混合物中各组分分离的器件，它又被称为膜 器件或简称膜分离器。
尺寸大小（nm） 103 ~104 300~104 100~103 30~300
2~10 2~10 2~10 0.6~1.2 0.8~1.0 0.4~0.8 0.2~0.4
各种分离法及适用范围
各种膜分离技术分离范围
膜过程 粒子过滤 微滤 超滤
纳滤 反渗透 渗透蒸发
分离机理
分离对象
孔径（nm）
体积大小
环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。
• 膜分离也有很多缺点，比如膜面易发生污染， 膜分离性能降低，故需采用与工艺相适应的膜 面清洗方法；稳定性、耐药性、耐热性、耐溶 剂能力有限，故使用范围有限；单独的膜分离 技术功能有限，需与其他分离技术连用。
膜分离技术的重要性评论
• 美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世 纪膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能 像膜技术这么广泛地被应用”。
12.2.1 板框式膜组件
一、特点： （1）组装比较简单 （2）操作比较方便 （3）膜的机械强度
隔板
膜 支撑板
膜
应用： 超滤、微滤、反渗透、渗透 气化和电渗析
二、类型与结构 （1）系紧螺栓式板框膜组件 圆形承压板
多孔支撑板
膜经黏结密 封构成滤板
（2）耐压容器式板框膜组件
（3）折叠式膜组件 特点：单位体积中的膜面积大，因而过滤效率高。
离子
大分子
颗粒与胶体
电渗析分离原理
料
液
阴极
阳极
阴离子交换膜
盐水
淡水 盐水
阳离子交换膜
渗 透 汽化 分 离 原 理
它的基本原理是利用膜与被分离有机液体混和物中各组份的亲 合力不同而有选择地优先吸附溶解某一组份，及各组份在膜中扩散 速度不同来达到分离的目的，因此它不存在蒸馏法中的共沸点的限 制，可连续分离、浓缩，直至得到纯有机物。
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
反渗透分离原理
在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而 所有溶液中大分子、小分子有机物及无机盐全被截留住。理想的 反渗透膜应被认为是无孔的，它分离的基本原理是溶解扩散（也 有毛细孔流学说）。 “膜孔径”为 1 到 10埃。采用压力为 1～10 MPa.
水分子
◆ 膜器件主要型式：板框式、圆管式、螺旋卷式、 中空纤维式和毛细管式。
表12-1 各种类型膜组件的主要特征
膜组件类型
板框式
圆管式
螺旋卷式 中空纤维 毛细纤维
生产成本/（$/m2 ）①
100~300
50~200
30~100 5~20 20~100
装填密度
低
低
适中
高
适中
抗污染能力 产生压降
好 适中
很好 低
是分子级的分离。
压力
12.1 膜分离原理及特点
膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某
些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离
目的的技术总称。
压力
发酵液中可能存在的主要成分
组
份
酵母和真菌
细
菌
胶
体
病
毒
蛋白质
多
糖
有机酸
无机 离 子
分子量（D）
104~106 104~106 104~106 300~103 200~400 100~500 10~100
12.2.2 圆管式膜组件
一、特点： （1）流动状态好 （2）容易清洗 （3）设备操作费用较高 （4）膜装填密度较低
二、类型与结构： （1）内压型单管式
二、类型与结构： （2）内压型管束式
二、类型与结构： （3）外压型圆管式
12.2.3 螺旋卷式膜组件 12..2.4 中空纤维式和毛细管式膜组件
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
超滤分离原理
超滤的分离原理也可基本理解为筛分原理，但在有些情况下受到粒 子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响。它可分离分子量从1000 到 1000000 道尔顿的可溶性大分子物质，对应孔径为 20 ~500 埃 （0.002m 到 0.05m）。采用压力为0.1~1MPa。
自学
12.2.2 圆管式膜组件
• 圆管式膜组件是指在圆筒状支撑体的内侧或外侧刮制上 半透膜而得的圆管形分离膜，其支撑体的构造或半透膜 的刮制方法随处理原料液的输入方式及透过液的导出方 式而异。
• 在所有膜组件中，圆管式膜组件的表面积／体积比是最 低的。
• 管式膜组件主要应用于超滤（UF），微滤（MF）和单级 反渗透（RO）。
膜
膜组件：膜、膜的支撑体或连接物，与膜器件中流 体分布有关的流道、膜的密封，外壳或外套以及外 接口等。
膜分离过程实质：小分子物质透过膜，而大分子物 质或固体粒子被阻挡。
膜分离的推动力：浓度差、压力差、电位差等
12.2.1 板框式膜组件 板和框堆积而成
隔板
膜 支撑板
膜
• 板框式膜组件主要是由许多板和框堆积组装在一起而得 名，其外观很像普通的板框式压滤机。所不同的是后者 用的过滤介质为帆布、棉饼等，而前者用的是膜。
膜 水分子
醇分子
膜分离特点
★ 处理效率高，设备易于放大； ★ 可在室温或低温下操作，适宜于热敏感 物质分
离浓缩； ★ 化学与机械强度最小，减少失活； ★ 无相转变，省能； ★ 有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部
分纯化目的； ★ 选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率； ★ 系统可密闭循环，防止外来污染； ★ 不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循
第12章 膜分离设备 （P136）
12.1 膜分离原理及特点 12.2 膜组件 12.3 膜分离在制药工业中的应用
12.1 膜分离原理及特点
膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体
与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某
些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使
溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，这种分离
• 国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” • 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 • 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21
世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 • 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学
会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学 时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 • 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
固体粒子
>10000
体积大小 0.05~10μm的固体粒子 50~10000
体积大小 1000~1000000 道尔顿 2~50
的大分子，胶体
溶解扩散 离子、分子量<100的有机物 <2
溶解扩散 离子、分子量<100的有机物 <0.5
溶解扩散 离子、分子量<100的有机物 <0.5
微滤分离原理
利用筛分原理，分离、截留直径为 0.05 m 到 10 m 大小的粒子， 即微滤膜的孔径为 0.05 m 到 10 m。采用压力为 0.05～ 0.5MPa。