膜化学与膜分离工程
化学工程与化学工艺研究的内容
化学工程与化学工艺研究的内容
化学工程与化学工艺研究的内容包括以下几个方面：
1. 反应工程：研究化学反应的动力学、热力学和催化机理，设计和优化合成反应的反应器、反应条件和操作参数，实现高效、安全、环保的化学反应过程。
2. 分离工程：研究物质的分离、纯化和提取技术，包括蒸馏、萃取、吸附、结晶、膜分离等，以提高产品纯度和回收率。
3. 传递过程：研究物质和能量的传递与转化过程，包括传热、传质和传动，优化传递过程参数，提高生产效率和能源利用率。
4. 设备与工艺：研究化工设备的设计、操作和维护，包括反应器、分离塔、传递设备等，进行装备选型、工艺流程设计和优化，确保工艺的稳定性和可持续性。
5. 过程控制：研究自动化技术在化工过程中的应用，设计和优化过程控制系统，实现过程参数的监测、调节和优化，确保工艺的稳定性和安全性。
6. 应用与开发：将化学工程和化学工艺技术应用于实际生产中，研究新产品的开发和改进，解决生产过程中的技术难题，提高产品质量和生产效率。
化学工程与化学工艺研究的内容涵盖了化学反应、分离、传递、设
备、过程控制等方面，旨在提高化工生产的效率、安全性和可持续性。
膜分离法
工程实例
纳滤（NF） 膜与反渗透 （RO）膜联 用的应用实例。 该装置将二次 处理（生物处 理水）后的下 水用NF、RO 膜再次处理， 处理后的水用 于展览馆大型 水槽内的热带 鱼饲养。
处理前后的水质分析结果
§2 超 滤
超滤是依靠压力推动力和膜进行工作，该膜具 有对液状溶液或者液状混合物中一些组分的渗透 性，而对另一些组分无渗透性。
膜分离技术是物质分离技术中的一个操作单元。
废弃物形态及膜分离技术的适用性
可看出膜分 离技术处理 的对象是流 体，故主要 适用于废水、 废液、废气 的处理。
2 适用于废水排放用途的膜分离技术
排放水处理以 往采用沉淀法、活 性污泥法等，现在 膜法或与上述方法 配合使用，或者完 全代替使用。使用 膜法时，除得到膜 透过液外，对于浓 缩液有时可通过萃 取方法提取有用物 质，而多数情况则 是固化后燃烧处理。
（6）
(7)
当cf很小可以忽略不计时,上式简化为
式中D/δ可用km代替,称为传质系数,则得
浓度极化所形成的胶凝层
当J随着△P的增长而增长 时，浓度cm也就随之增长，但 大分子的浓度增加到某一值cg
后就会发生淀沉，在膜的表面
出现—层凝胶物。凝胶层浓度 cg从此也就固定下来。因此， 在传质系数km为常数的水流条 件下，水的通量J也就不变， 不再因压差△P增加而增长。
• 其他：气体分离（GS）、渗透蒸发（PVAP）、 液膜（LM）、集成膜技术（IMT）等
电渗析、超滤、反渗透是目前给水与废水处理常用的三种膜分离方法。
滤膜孔径及操作压力
大致说来，超滤用于去除大小大于10倍溶剂分子的颗粒，颗粒相对分子质量小于1000。 对溶剂水而言，即颗粒应约大于2.5nm(水分子为0.28nrn)。 超滤膜的孔径一般为1.5~10nm。超滤系统一般在小于0.5MPa下操作。 反渗透用于占除大小与溶剂同一数量级的颗粒．相对分子质量在10~1000范围内。 对水溶液而言，颗粒的大小约为零点几个纳米。反渗透用半透膜作为滤膜，必须在克 服膜两边渗透压的条件下操作，典型的操作压力为5MPa。 当颗粒物大于约50 nm后，即属于一般的过滤。
膜分离技术的研究进展及其应用展望
膜分离技术的研究进展及其应用展望膜分离技术是一种重要的分离技术，主要通过多孔膜的筛选作用实现物质分离。
该技术已经广泛应用于生物技术、食品工业、化学工业、环保工程、医药等领域。
本文将介绍膜分离技术的研究进展及其应用展望。
一、膜分离技术的研究进展（一）膜材料的研究膜材料是膜分离技术的基础，目前主要有有机膜、无机膜和复合膜三种类型。
有机膜主要包括聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚氨酯薄膜等。
这些膜材料具有重量轻、成本低的特点，但是它们的相对分子质量截止率较低，不能满足高精度的分离要求。
无机膜主要包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜等。
这些膜材料具有相对分子质量截止率高、高温抗腐蚀、使用寿命长的特点，但是成本昂贵，生产工艺复杂。
复合膜则是综合了有机膜和无机膜的优点，同时避免了它们的缺点，被广泛应用于分离领域。
（二）膜分离机理的研究膜分离机理主要包括纳滤、超滤、微滤和逆渗透等，其中逆渗透技术是目前应用最广泛的一种膜分离技术。
它主要利用高压将溶液逆向渗透过一种微孔膜，使得溶液中间的水分子进入膜孔，而其他大分子物质则难以通过膜孔的筛选。
逆渗透技术广泛应用于海水淡化、饮用水净化、污水处理、浓缩果汁等领域。
（三）膜分离过程的研究膜分离过程主要包括内部浓度极化层、外部浓度极化层、膜分离区等几个步骤。
其中，内外两层浓度极化层对分离效果有非常重要的影响，需要根据实际情况进行调整和优化。
此外，膜分离过程中存在一些不确定性因素，如温度、压力、污染物等，这些因素为分离过程带来了一定的不稳定性。
二、膜分离技术的应用展望（一）水处理领域随着全球水资源日益紧张，不断有新的水处理技术被推出。
膜分离技术通过其高效、节能、环保等特点，被认为是未来水处理领域的重要突破口。
目前，膜分离技术已经广泛应用于海水淡化、饮用水净化、污水处理、水中微量有害物质的去除等方面。
（二）食品工业膜分离技术已经广泛应用于食品的处理和包装。
例如，利用膜分离技术，可以从牛奶中分离出蛋白质、糖类、脂肪等成分，生产出优质乳制品；同时，膜分离技术也可以帮助包装行业实现食品保鲜、防腐、防污染等需求，满足人们对于健康、安全、方便的生活需求。
膜分离技术及其应用
膜分离技术及其应用膜分离技术是一种通过半透膜对流体进行分离的方法，广泛应用于水处理、生物科技、食品工业等领域。
本文将介绍膜分离技术的原理、分类及其在不同领域的应用。
一、膜分离技术的原理膜分离技术是利用半透膜的选择性通透特性，通过物质的分子大小、化学性质等差异，将混合物中的物质分离出来。
其原理主要包括渗透、扩散和分离。
渗透是指物质通过膜的透过性能，扩散是指物质在膜上的传递过程，而分离则是指膜对不同物质的选择性分离效果。
二、膜分离技术的分类根据膜的材料和分离方式的不同，膜分离技术可分为多种分类。
常见的分类包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
微滤膜的分离范围通常在0.1-10微米之间，可以用于悬浊物的去除；超滤膜的分离范围为1万至100万道尔顿，可分离大分子物质；纳滤膜的分离范围在100-1000道尔顿之间，用于有机物质和溶解离子的去除；反渗透膜则是利用高压将溶剂逆向渗透，适合用于水处理等领域。
三、膜分离技术在水处理中的应用膜分离技术在水处理中具有重要的应用价值。
它可以有效地去除水中的悬浮物、细菌、病毒、颜色、异味等杂质，使水质得到提升。
其中反渗透膜是应用最为广泛的一种膜分离技术，其通过高压将溶液逆向渗透，将溶质与水分离，获得高纯度的水。
反渗透膜广泛用于饮用水处理、海水淡化、工业废水处理等领域。
四、膜分离技术在生物科技中的应用膜分离技术在生物科技领域有着广泛的应用，主要包括细胞培养、蛋白质纯化、基因工程等方面。
在细胞培养中，通过膜分离技术可以实现细胞和培养基的有效分离，保护细胞的生物完整性。
在蛋白质纯化方面，膜分离技术可以实现对不同大小、电荷的蛋白质的分离和富集。
而在基因工程中，膜分离技术则可以用于DNA片段的纯化和浓缩。
五、膜分离技术在食品工业中的应用膜分离技术在食品工业中有着广泛的应用，主要包括浓缩、分离和改良等方面。
在果汁加工中，膜分离技术可以实现果汁的浓缩和去除其中的水分，提高果汁的品质和口感。
膜分离的基本原理和方法
膜分离技术在分离工程中的重要作用
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求 低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8，因此和 蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；
膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分 离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的 合适方式：
一.膜分离的基本原理
在一个容器中,用膜把它隔成两部分,膜 的两侧是浓度不同的溶液,通常小分子的 溶剂透过膜向稀溶液侧移动.
渗析(水分、小分子溶质）渗透（仅水分）
• 在乳品工业中，膜技术主要涉及到： 反渗透（RO）除去水，使溶液浓缩。 毫微过滤(NF)通过除去单价的成分如钠、氯（部分 脱盐），实现有机成分的浓缩。 超滤（UF）大分子的浓缩。 微滤（MF）除去细菌，大分子分离。
• 3、无化学变化。典型的物理分离过程，不用化学试剂 和添加剂，产品不受污染；
• 4、选择性好。可在分子级内进行物质分离，具有普遍 滤材无法取代的卓越性能； 5、适应性强。处理规模可大可小，可以连续也可以间 隙进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用 低易于自动化 。
存在的问题：
• 1、在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要 采用与工艺相适应的膜面清洗方法;
无化学变化 ：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添
加剂，产品不受污染；
选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代 的卓越性能； 适应性强 处理规模可大可小，可以连续也可以间歇进行，工艺
简单，操作方便，结构紧凑、维修费用低，易于自动化。
• 膜分离是借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜 分离是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行 分离、分级、提纯和浓缩的方法。分离用的膜具有选择渗透 性，也就是说，膜只能使某些分子通过，这对乳品工业具有 重要的意义，膜可以有效地把牛乳中的水分与其他成分分开。 所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一 层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能 使这两部分之间产生传质作用。
《膜分离技术》课件
控制运行参数
根据实际运行情况，调整压力、流量等运行 参数，优化处理效果。
应急处理
针对突发故障或水质异常情况，采取相应的 应急处理措施，确保系统稳定运行。
04
膜分离技术的优势与局限 性
优势
高效分离
膜分离技术能够高效地分离混合物中 的不同组分，实现高纯度产品的制备 。
节能环保
膜分离过程通常在常温下进行，能耗 较低，且不产生有害物质，符合绿色 环保理念。
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膜分离技术需要使用特定的化学品进行清洗和维护，因此化学品成本 也是需要考虑的因素。
环境效益分析
减少污染排放
膜分离技术可以有效地减少工业 废水中的有害物质排放，减轻对 环境的污染。
节约资源
膜分离技术可以提高资源的利用 率，减少浪费，对环境保护具有 积极的影响。
提高生产效率
膜分离技术可以优化生产流程， 提高生产效率，降低能耗和资源 消耗，从而减少对环境的负面影 响。
特点
孔径分布均匀、过滤精度 高、阻力小。
03
膜分离技术的工艺流程
原水预处理
去除大颗粒杂质
通过过滤、沉淀等方法去除原水中较大的颗粒、悬浮物和杂质。
降低浊度
通过加入絮凝剂、沉淀等方法降低原水的浊度，提高水质清晰度。
调节pH值
根据不同膜材料的特性，通过加酸或加碱调节原水的pH值至适宜 范围。
膜组件的安装与调试
2
膜分离技术可以有效地去除医药产品中的杂质和 有害物，膜分离技术的应用前 景越来越广阔，为新药研发和生产提供了新的技 术支持。
06
膜分离技术的经济效益分 析
投资成本分析
设备购置成本
膜分离技术的设备购置成本较高，包括膜组件、泵、管道等。
膜分离工程-第十章-膜污染要点
层面积． • Tansel在此基础上提出了一种超滤系统通量下降模型， • (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=1-α+αe1/γ • 式中，γ为污染时间常数；α表征膜污染的程度．此数学模型
1.水温5-40℃ 2.好氧量<3mg/L 3.游离氯<0.2mg/L 4.铁<0.3mg/L
5.锰<0.1mg/L 6.浊度<0.3mg/L 7.淤泥密度指数<3-5mg/L
醋酸纤维RO膜对进水水质的要求
⑴原料液预处理(SDI的测定)
判断反渗透和纳滤进水胶体和颗粒污
染程度的最好技术是测量进水淤积指 数(Silt density index, SDI值)，有时也 称为污染指数(FI值)。它是设计 RO/NF预处理系统之前应该进行测定 的重要指标，同时在RO日常操作时也 需定时地检测。
上沉积引起的膜通量下降，则一种标准阻塞模型被建立： • (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=（1+Bt）2， • B=KsJv0 • 式中，Ks指每单位流体横截面面积的下降．此表达式表示系
统阻力的依时性．
膜污染的数学模型
• 而若假设所有粒子到达膜面时不会直接阻塞膜面积，而是附 着在其它已阻塞膜孔粒子上，另一种凝胶化模型则表示为：
ห้องสมุดไป่ตู้
防止膜污染的方法
膜应用过程中产生膜的污染是很难避免的，但 是通过对不同的膜污染情况采取相应的措施来 减小膜的污染程度是可行的。
膜分离技术及应用范围
膜分离技术及应用范围膜分离技术是一种利用半透膜将混合物分离成两个或多个组分的物理分离技术。
该技术具有高效、节能、环保、易操作等优点，已广泛应用于化工、环保、食品、医药等领域。
膜分离技术的应用范围非常广泛，包括但不限于以下几个方面。
首先，在化工领域，膜分离技术被广泛应用于分离和提纯化工产品。
例如，通过膜分离技术可以实现对有机溶剂、醇类、酚类等化工产品的分离和提纯，提高产品的纯度和质量，降低生产成本，减少环境污染。
其次，在环保领域，膜分离技术可以应用于废水处理、污水处理和水处理等方面。
通过膜分离技术可以实现对废水中有机物、重金属离子、悬浮物等污染物的高效分离和回收，从而达到废水处理和资源回收的目的，减少对环境的污染。
再次，在食品加工领域，膜分离技术可以应用于浓缩、分离、提纯和干燥等方面。
例如，通过膜分离技术可以实现果汁的浓缩、乳制品的分离和提纯、酒精的脱水等工艺，提高食品加工的效率和产品质量。
此外，在医药领域，膜分离技术可以应用于药物的纯化、浓缩、分离等方面。
例如，通过膜分离技术可以实现对生物制药产品、药物原料的纯化和浓缩，提高药物的纯度和质量，保证药物的安全性和有效性。
除此之外，膜分离技术还可以应用于生物工程、生物能源、化学反应工程、电子工业、海水淡化等领域。
例如，在生物工程领域，膜分离技术可以应用于生物反应器的离心浓缩、固定化酶的制备等方面；在生物能源领域，膜分离技术可以应用于生物柴油的生产、生物酒精的提纯等方面；在化学反应工程领域，膜分离技术可以应用于化学反应的产物分离、反应废水的处理等方面；在电子工业领域，膜分离技术可以应用于半导体制造、电镀废水的处理等方面；在海水淡化领域，膜分离技术可以应用于海水淡化厂的膜组件、盐水处理等方面。
总的来说，膜分离技术具有广泛的应用领域和巨大的应用前景。
随着科学技术的不断发展和进步，膜分离技术将会在更多领域得到应用，并将成为推动各行业技术进步和产业发展的重要推动力量。
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博士 □
学分：1.5
学术专长 水质控制工程，材料腐蚀 与防护，应用电化学
教授
应用化学
濮文虹
Hale Waihona Puke 副教授应用化学47
水质控制工程，材料腐蚀 与防护，应用电化学
张敬东
副教授
应用化学
35
水质控制工程，材料腐蚀 与防护，应用电化学
教学大纲（章节目录） ： 1. 了解膜科学与技术在分离与浓缩工程中不可缺少、不可替代的重要作用和地 位； 2. 了解和掌握各种膜技术的基本原理，膜分离设备、装置的结构，应用工艺流 程，适用范围，注意事项，应用实例，技术经济效益，优缺点，以及最新 科学研究与工程技术进展等。
绪论
第一章
膜与膜分离
1.0 概述 1.1 商业化膜分离过程 1.2 膜基平衡过程 1.3 新膜分离过程 1.4 选择性 1.5 比产值 1.6 操作的可靠性 1.7 仿生膜的开发 1.8 新型膜材料及膜系统的开发与研究
第二章
膜材料化学
2.1 几种有代表性的纤维素的来源和组成 2.2 纤维素系聚合物重复单元结构及主要性质 2.3 常作膜材料的酰胺类聚合物 2.4 常见的含氮芳香高分子重复单元 2.5 未掺杂及掺杂聚合物导电率 2.6 几种常见键的键能 2.7 改变高分子的排列方式 2.8 高通量、高抗污染膜材料的研发
第五章
压力驱动膜过程简介
5.1 简介 5.2 基本原理及操作模式 5.3 过程和孔结构表征 5.4 特点及应用范围
第六章
电膜过程
6.1 渗析 6.2 电渗析 6.3 离子交换膜 6.4 EDR 6.5 EDI 6.6 双极膜及其应用
第七章
其他膜过程
7.1 膜控制释放技术 7.2 膜反应器 7.3 膜蒸馏 7.4 渗透汽化
主要参考书： 1. （英 ) P. 希利斯编 刘广立 , 赵广英译 膜技术在水和废水处理中的应用 Membrane
technology in water and wastewater treatment 化学工业出版社，2003 2. 邵刚 膜法水处理技术（第 2 版）北京冶金工业出版社，1992
第三章
膜制备化学
3.1 膜的 10 种化学制备方法 3.2 膜的 9 种物理制备方法 3.3 聚苯醚磺化物在常见溶剂中的溶解性能 3.4 常用溶剂的溶解度参数值 3.5 无机膜的制备 3.6 有机膜的制备 3.7 无机－有机复合膜的制备方法
第四章
膜传递工学
4.1 引言 4.2 传质微分方程 4.3 不可逆热力学 4.4 几种传质模型
第八章
膜技术应用工程
8.1 水的脱盐及软化-淡水工程 8.2 工业纯水、超纯水的制备 8.3 膜分离技术在医药工业与医疗中的应用 8.4 膜分离、浓缩技术在生物工程中的应用 8.5 食品工业中的膜分离技术 8.6 膜技术在冶金工业中的应用 8.7 环境工程中的污水、废水处理与回用
教材： 任建新 膜分离技术及其应用 化学工业出版社 2003
表 3． 环境工程
学院（系、所）
硕士 研究生课程简介
课程名称：膜化学与膜分离工程 英文名称：Membrane
Science and Technology
课程类型：□讲授课程 □研讨课程 考核方式： 专题文章、读书报告，专题演讲 教学方式：多媒体教学
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适用专业：环境工程、市政工程、材料 适用层次： 硕士 科学与工程、建环设备工程、化学、化 学工艺与工程、生命科学 开课学期： 先修课程要求： 课程组教师姓名 杨昌柱 职 称 专 业 年 51 龄 总学时/讲授学时：24