分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
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第七章-膜蒸馏
第七章 其他膜过程
7.1膜蒸馏
膜蒸馏的发展
膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离技术， 是以膜两侧不同温度溶液蒸汽压力差为推动力的分离 过程。 它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下， 料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分 离的目的。 与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、 操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械 性能要求不高等优点。
膜蒸馏操作方式
➢ 直接接触式 ➢ 气隙式 ➢ 减压式 ➢ 气流吹扫式
直接接触膜蒸馏
气隙式
减压式
气流吹扫式
操作模式
膜蒸馏特征
膜蒸馏的优点
➢ 操作温度低(与传统蒸发相比) ➢ 操作压力低(与反渗透相比) ➢ 理论分离效能高 ➢ 膜的机械性要求低 ➢ 减少了膜与处理液体之间的化学反应 ➢ 不易堵塞 ➢ 可以处理浓度极高的水溶液，唯一能从溶液中直接
渗透蒸发原理
渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透 过来分离液体混合物。由高分子膜将装置分为两 个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧 是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室 。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组 分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的 蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化 。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝 下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜 内渗透组分的浓度梯度。
除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应 用尚都处在实验室阶段。预计有较好应用前景的领 域有：工业废水处理中采用渗透蒸发膜去除少量有 毒有机物（如苯、酚、含氯化合物等）；在气体分 离、医疗、航空等领域用于富氧操作；从溶剂中脱 除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工工 业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、近沸点物、 同系物、同分异构体等的分离等。
7.1膜蒸馏
膜蒸馏的发展
膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离技术， 是以膜两侧不同温度溶液蒸汽压力差为推动力的分离 过程。 它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下， 料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分 离的目的。 与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、 操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械 性能要求不高等优点。
膜蒸馏操作方式
➢ 直接接触式 ➢ 气隙式 ➢ 减压式 ➢ 气流吹扫式
直接接触膜蒸馏
气隙式
减压式
气流吹扫式
操作模式
膜蒸馏特征
膜蒸馏的优点
➢ 操作温度低(与传统蒸发相比) ➢ 操作压力低(与反渗透相比) ➢ 理论分离效能高 ➢ 膜的机械性要求低 ➢ 减少了膜与处理液体之间的化学反应 ➢ 不易堵塞 ➢ 可以处理浓度极高的水溶液，唯一能从溶液中直接
渗透蒸发原理
渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透 过来分离液体混合物。由高分子膜将装置分为两 个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧 是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室 。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组 分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的 蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化 。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝 下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜 内渗透组分的浓度梯度。
除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应 用尚都处在实验室阶段。预计有较好应用前景的领 域有：工业废水处理中采用渗透蒸发膜去除少量有 毒有机物（如苯、酚、含氯化合物等）；在气体分 离、医疗、航空等领域用于富氧操作；从溶剂中脱 除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工工 业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、近沸点物、 同系物、同分异构体等的分离等。
膜分离介绍
2009-8
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膜分离过程的 现状与发展趋势[2]
如图：
各种膜及装置的 销售状况分为价 格趋于稳定的低 速增长区和使用 趋于可靠的高速 增长区。
研究状况分为基 础研究、过程开 发和过程优化。
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8.1 概述
膜分离单元操作的目的与原理
目的：分离流体混合物 基本原理：固体膜对混合物各组分的选择性渗透。 推动力：—压力差
膜蒸馏是在常压和低于溶液沸点的温 度下进行的。 膜蒸馏所用膜必须是疏水性微孔膜， 如聚四氟乙烯
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膜蒸馏的优点
①截留率高(若膜不被润湿，可达100 ％)；
②操作温度比传统的蒸馏操作低得多， 可有效利用低热、工业废水余热等廉 价能源，降低能耗；
③操作压力较其它膜分离低；
④能够处理反渗透等不能处理的高浓 度废水。
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渗透汽化传质机理
渗透汽化与其它膜分离的最 大不同是它在渗透过程中发 生由液相到气相的相变化。 它的分离机制分三步：溶解扩散模型 1）被分离的液相物质在膜 表面被选择性地吸附并溶解； 2）以扩散形式在膜内渗透； 3）在膜的另一侧变成气相 脱附。
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7、膜蒸馏[3]
膜精馏是膜分离与蒸发结合的分离 过程；是以疏水性微孔膜两侧蒸汽 压差为传质推动力的膜分离过程。
20c60s，Loeb和Saurirajan研制成功第一张非对 称醋酸纤维素反渗透膜，海水淡化成为现实；
20c60~80s开发的超滤、气体分离等也进入工业 应用；
20c80~90s建成无水酒精渗透汽化装置，现已大 规模用于有机物的脱水；
20c90s以来，被称为膜接触器的膜萃取、膜吸
膜分离技术
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin） 在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖 在固体膜之上的，为支撑液膜。 60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表 面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带 有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液 膜的第一项专利。 70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流 动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。
细胞
水
盐
小 分 子
大 分 子
微滤（MF）
①、微粒和细菌的过滤：可用于水的高度净化、食品 和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化和 除菌等。 ②、微粒和细菌的检测：微孔膜可作为微粒和细菌的 富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。 ③、气体、溶液和水的净化：大气中悬浮的尘埃、纤 维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固 体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。 ④、食糖与酒类的精制：微孔膜对食糖溶液和啤、黄 酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的 酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产 品的清澈度，延长存放期。由于是常温操作，不会使 酒类产品变味。
水
灰尘
生物小分子 病毒 盐类
生物大分子 细菌
灰尘
灰尘 灰尘 细菌 细菌 病毒 生物大分子 生物小分子 盐类 水
细菌
灰尘 病毒 生物大分子 生物小分子 盐类 水
病毒
生物大分子 生物小分子 盐类
细菌
膜
病毒
生物大分子
生物小分子 盐类 水
水
微滤（MF）
（0.2-2um）
超滤（UF）
（10-200nm）
纳滤（MF）
第四节 膜分离设备
大豆分离蛋白传统生产工艺
豆粕 碱溶 酸沉 分离蛋白
膜蒸馏-膜萃取-控制释放-膜乳化课件
度。
控制释放的应用
口服药物
眼部给药
控制释放技术可以用于制备缓控释口服制 剂，如缓释片、控释胶囊等，以延长药物 作用时间，减少服药次数和剂量。
控制释放技术可以用于制备眼用药物传递 系统，如眼用凝胶、植入式隐形眼镜等， 以实现药物的持续释放和眼部治疗。
皮肤给药
肺部给药
控制释放技术可以用于制备经皮给药系统 ，如贴片、乳膏等，以实现药物的缓慢释 放和皮肤治疗。
膜乳化的应用
食品工业
膜乳化在食品工业中广泛应用于 奶制品、饮料、调味品等产品的 制造，可以提高产品的口感、稳
定性及延长保质期。
制药工业
在制药工业中，膜乳化可用于制备 微乳液、脂质体、纳米药物等，以 增加药物的溶解度和生物利用度。
日化工业
在日化工业中，膜乳化可用于制备 乳液状化妆品、洗涤剂、润肤露等 产品，提高产品的稳定性和使用效 果。
THANKS
感谢观看
膜乳优点，可以制备出粒径小、稳定性高的乳液产 品。同时，膜乳化技术可以有效地减小乳液的粒径，提高其稳定性，从而改善 产品的性能。
缺点
膜乳化技术的成本较高，需要选择合适的膜材料和孔径，以达到最佳的分离效 果。此外，膜乳化过程中需要对乳液进行不断的搅拌和循环，以保持其稳定性 。
在医药领域中，膜萃取可用于分离和 提纯生物活性物质、抗生素等，提高 药物的纯度和收率。
膜萃取的优缺点
01
膜萃取的优点包括高效、低能耗 、低成本、操作简便等，同时能 够实现常温下操作，适用于热敏 性物质的分离和提纯。
02
膜萃取的缺点主要包括膜污染和 堵塞问题，以及在某些情况下可 能需要较高的投资成本和较长的 启动时间。
缺点
膜蒸馏技术需要消耗一定的能量 来维持温度差和浓度差，且半透 膜的制造成本较高，需要定期更 换和维护。
控制释放的应用
口服药物
眼部给药
控制释放技术可以用于制备缓控释口服制 剂，如缓释片、控释胶囊等，以延长药物 作用时间，减少服药次数和剂量。
控制释放技术可以用于制备眼用药物传递 系统，如眼用凝胶、植入式隐形眼镜等， 以实现药物的持续释放和眼部治疗。
皮肤给药
肺部给药
控制释放技术可以用于制备经皮给药系统 ，如贴片、乳膏等，以实现药物的缓慢释 放和皮肤治疗。
膜乳化的应用
食品工业
膜乳化在食品工业中广泛应用于 奶制品、饮料、调味品等产品的 制造，可以提高产品的口感、稳
定性及延长保质期。
制药工业
在制药工业中，膜乳化可用于制备 微乳液、脂质体、纳米药物等，以 增加药物的溶解度和生物利用度。
日化工业
在日化工业中，膜乳化可用于制备 乳液状化妆品、洗涤剂、润肤露等 产品，提高产品的稳定性和使用效 果。
THANKS
感谢观看
膜乳优点，可以制备出粒径小、稳定性高的乳液产 品。同时，膜乳化技术可以有效地减小乳液的粒径，提高其稳定性，从而改善 产品的性能。
缺点
膜乳化技术的成本较高，需要选择合适的膜材料和孔径，以达到最佳的分离效 果。此外，膜乳化过程中需要对乳液进行不断的搅拌和循环，以保持其稳定性 。
在医药领域中，膜萃取可用于分离和 提纯生物活性物质、抗生素等，提高 药物的纯度和收率。
膜萃取的优缺点
01
膜萃取的优点包括高效、低能耗 、低成本、操作简便等，同时能 够实现常温下操作，适用于热敏 性物质的分离和提纯。
02
膜萃取的缺点主要包括膜污染和 堵塞问题，以及在某些情况下可 能需要较高的投资成本和较长的 启动时间。
缺点
膜蒸馏技术需要消耗一定的能量 来维持温度差和浓度差，且半透 膜的制造成本较高，需要定期更 换和维护。
膜蒸馏技术PPT课件
（1）直接接触式膜蒸馏（DCMD）这种装置相对简单，两侧的液体直接与多 孔膜的表面接触，蒸汽的扩散路径仅仅局限于膜的厚度。它是出现最早也 是研究最广泛的膜蒸馏过程，但其热损耗也最大。 （2）气隙式膜蒸馏（AGMD）在冷凝面与膜表面之间有一停滞的空气隙存在， 蒸汽穿过气隙后在冷凝面上冷凝。与 DCMD 相比，由于气隙的存在， 减小 了过程热损耗，但增加了传质的阻力。适合两侧温差较大的蒸馏过程。 （3）气扫式膜蒸馏（SGMD）装置与AGMD 相似， 不同在于使用惰性气体将 透过侧的蒸汽吹出组件，在外部进行冷凝。由于惰性气体的加入，可以减 少部分热量损耗，同时还可加快传质。但所需冷凝器的体积较大。 （4）真空膜蒸馏（VMD）与 SGMD 类似，用真空泵抽吸代替吹扫，使透过 侧处于低压状态（不低于膜被润湿的压力），将透过侧的蒸汽抽出，并在 膜组件外冷凝。 这种方式可以大大减小热损失，且透过通量较大。当然， 操作费用也相应增加。
膜蒸馏技术
背景
膜分离技术是近 20 a 迅速发展起来的重要的化工单元， 其应用已从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、电子等 工业的废水处理、产品分离和生产高纯水等领域。
膜蒸馏（ MD ）技术首先由B.R. Bodell 在 1963 年申请 并获得专利，在20世纪80年代才开始迅速发展，随着对MD 类膜分离过程研究的不断深入，一些与 MD相关的膜过程 相继出现并引起人们的重视，MD 技术在许多领域取得可 喜的研究成果，尤其在水溶液的分离中更具有优势。
高的孔隙率、较小的弯曲因子和膜厚度值有助于通量的提高 和极化现象的降低。
提高膜的固有传质系数，可减弱温差极化现象。当膜的固有 传质系数较高时，流动阻力集中在边界层上，此时，增加扰 动会带来传质效果的提升，提高操作温度同样促进传质 。 当然，设置挡板增加扰动也会造成一定的能量损失，需要综 合考此可见 MD 分离的传质过程主要由 3 个阶段组成：① 水分在膜的热料液侧蒸发；②水蒸气穿过膜孔的迁移过程； ③水蒸气在膜的另一侧冷凝。
膜蒸馏,膜萃取,控制释放,膜乳化
1、概述 在医药高分子的研究中，药物的 控制释放是最热门的领域之一。 药物的控制释放是指药物从制剂 中以受控形式，恒速地释放到作 用器官，从而长效地发挥治疗作 用。 控制释放一般可分为四种不同释 放机理体系，即扩散控制体系、 化学控制体系、溶剂活化体系、 磁控制体系。扩散控制体系与溶 剂活化体系与高分子膜密切相关。
H2O+ NaOH
H2O+ NaOH 含酚废水为 连续外相
乳化液膜体系除酚示意图
《膜科学技术》 《膜分离技术基础》 《无机膜技术及其应用》
第七章 新膜过程
P 3 1 4 2 6 8 5 7
主要分离过程有： 1）从胶粘纤维工业废水中去除锌， 2）从电镀废水中回收镍， 3）从湿法冶金工厂废水中去除如锌、 鎘、铜和铅等金属离子， 3）废水除酚， 4）废水除氨， 5）从废水中去除有机酸和无机酸， 6）从废水中去除阴离子， 7）生化过程即从发酵液中分离氨基 酸、抗生素和磷脂以及从发酵液 中回收有机酸， 8）烃类分馏
第七章 新膜过程
2）控制释放膜的性能评价 近几十年来，控制释放逐渐被应用于 临床，一般有片剂、胶囊剂、注射剂 对膜进行性能评价时，一般要求 等； 对药物的控制释放特性和生体适 2、膜式控制剂的制法与评价 应性等； 1）口服微型胶囊 控释体系的评价：通常须以将来 相分离法：在产生凝聚的体系中预先 实际采用的药物作成控释制剂， 分散进药物的微粒，然后使之发生相 然后测定不同时间和释放量的关 分离，生成的凝聚层滴将聚集到药物 系。最后根据所得释放曲线，探 微粒的周围，成为微囊的原型。从体 讨释放是药物对膜的溶解性或药 系内分离微囊的原型并蒸发掉溶剂， 物在膜中的扩散性起主导作用的 就形成微囊。这种高分子制成的微囊， 在药物释放后，将自行分解和消失。 结果。 界面沉淀法：将高分子溶于良溶剂中， 高分子膜生体适应性的评价：当 然后从该溶液中除去溶剂则析出高分 生体与异物接触时，为了维护自 子。在高分子溶液中预先分散好药物 身环境，往往会产生种种反应。 微粒或药品水溶液，一旦除去溶剂， 就可得到微囊。
H2O+ NaOH
H2O+ NaOH 含酚废水为 连续外相
乳化液膜体系除酚示意图
《膜科学技术》 《膜分离技术基础》 《无机膜技术及其应用》
第七章 新膜过程
P 3 1 4 2 6 8 5 7
主要分离过程有： 1）从胶粘纤维工业废水中去除锌， 2）从电镀废水中回收镍， 3）从湿法冶金工厂废水中去除如锌、 鎘、铜和铅等金属离子， 3）废水除酚， 4）废水除氨， 5）从废水中去除有机酸和无机酸， 6）从废水中去除阴离子， 7）生化过程即从发酵液中分离氨基 酸、抗生素和磷脂以及从发酵液 中回收有机酸， 8）烃类分馏
第七章 新膜过程
2）控制释放膜的性能评价 近几十年来，控制释放逐渐被应用于 临床，一般有片剂、胶囊剂、注射剂 对膜进行性能评价时，一般要求 等； 对药物的控制释放特性和生体适 2、膜式控制剂的制法与评价 应性等； 1）口服微型胶囊 控释体系的评价：通常须以将来 相分离法：在产生凝聚的体系中预先 实际采用的药物作成控释制剂， 分散进药物的微粒，然后使之发生相 然后测定不同时间和释放量的关 分离，生成的凝聚层滴将聚集到药物 系。最后根据所得释放曲线，探 微粒的周围，成为微囊的原型。从体 讨释放是药物对膜的溶解性或药 系内分离微囊的原型并蒸发掉溶剂， 物在膜中的扩散性起主导作用的 就形成微囊。这种高分子制成的微囊， 在药物释放后，将自行分解和消失。 结果。 界面沉淀法：将高分子溶于良溶剂中， 高分子膜生体适应性的评价：当 然后从该溶液中除去溶剂则析出高分 生体与异物接触时，为了维护自 子。在高分子溶液中预先分散好药物 身环境，往往会产生种种反应。 微粒或药品水溶液，一旦除去溶剂， 就可得到微囊。
膜分离技术概述
膜分离技术概述天然色素应用技术推广实验室膜分离（Membrane Separating）是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。
膜分离法可以用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系以及水溶胶体系。
膜分离技术由于省能、高效、简单、造价低、易于操作，可代替传统的分离技术（如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程），所以是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高技术之一。
膜分离过程的发展概况膜分离技术研究应用虽有上百年时间，但是由于制膜的技术所限，在工业中应用还仅一、二十年的时间。
目前膜法除大规模用于各种水处理外，还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、核工业等领域得到应用。
全球已有30多个国家和地区的2000多个科研机构从事膜技术研究和应用开发，已形成了一个较为完整的边缘学科和新兴产业，并正逐步地有针对地代替目前的一些传统分离净化工艺，而且朝反应-分离耦合、集成分离技术等方面发展。
据报道，1998世界膜产品市场销售额已超过440亿美元，且以14%~30%的年增长速度在发展。
膜产业将是21世纪新型十大高科技产业之一。
在膜分离技术中，微滤、超滤、反渗透和电渗析分离过程已较为成熟。
这些膜过程的应用比大概为：微滤35.71%；反渗透13.04%；超滤19.10%；电渗析3.42%；气体分离9.32%；血液透析17.70%；其他1.71%。
膜分离技术特点膜分离与传统的分离技术（蒸馏、吸收、吸附、萃取、深冷分离等）相比，具有以下特点：<1>膜分离过程不发生相变化，耗能少，可以保持物质的原态、特别适合热敏性物质，如酶、果汁、某些药品的分离浓缩、精制等。
<2>膜分离技术不耗化学试剂和添加剂，不会因此而污染产品；<3>膜分离通常是一个高效的分离过程，目前已广泛的应用与盐水与海水淡化、工业用水和生活用水的净化、溶质的浓缩与分离过程。
膜分离技术简介全
溶质、盐
非对称性膜复合膜
*
膜过程
推动力
传递机理
透过物
截留物
膜类型
渗析
浓度差
溶质的扩散传递
低分子量物、离子
溶剂
非对称性膜
电渗析
电位差
电解质离子的
离子交换膜
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
难渗透性气 体或蒸汽
均相膜、复合膜，非对称膜
渗透蒸发
压力差
*
膜的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定，使用的清洗剂要具有良好的去污能力，同时又不能损害膜的过滤性能。
*
如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，则不需使用其他清洗剂。对于蛋白质的严重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果较好。
*
*
(3)、螺旋卷式(Spiral Wound)膜组件 目前,螺旋卷式膜组件被广泛地应用于多种膜分离过程。 膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起,然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式,这类膜组件的内部结构也可被设计成多种不同的形式。
*
*
(4)、中空纤维(Hollow Fiber)膜组件 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。
非对称性膜复合膜
*
膜过程
推动力
传递机理
透过物
截留物
膜类型
渗析
浓度差
溶质的扩散传递
低分子量物、离子
溶剂
非对称性膜
电渗析
电位差
电解质离子的
离子交换膜
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
难渗透性气 体或蒸汽
均相膜、复合膜，非对称膜
渗透蒸发
压力差
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膜的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定，使用的清洗剂要具有良好的去污能力，同时又不能损害膜的过滤性能。
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如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，则不需使用其他清洗剂。对于蛋白质的严重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果较好。
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(3)、螺旋卷式(Spiral Wound)膜组件 目前,螺旋卷式膜组件被广泛地应用于多种膜分离过程。 膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起,然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式,这类膜组件的内部结构也可被设计成多种不同的形式。
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(4)、中空纤维(Hollow Fiber)膜组件 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。
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• 对易溶气体，由于具有瞬间反应的吸收和高浓度 的吸收剂，膜阻力也可以忽略，因此总阻力会比 较低
11 K ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ k ig
1 Hi K l k ig
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜阻力系数
• 如果膜孔被吸收液体润湿，则膜的传质阻力系数 可表示为
• 式中，
Kim
Dil m ml
• Dil为物质i在吸收液体中的扩散系数，如果膜
微孔充满气体的膜吸收
•
物质i的膜吸收或气提速率可用局部传
质速率或总传质速率系数表示。
• 气体i通过不能湿润的疏水多孔膜的局 部界面传质速率及浓度分布气体i以串联形 式扩散通过气相膜、被气体充满的膜孔，
以及液相膜三个区域，其通量及局部传质
系数可表示。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气体通量及局部传质系数 关系
孔被气体充满，那么膜传质系数取决于气体在膜
孔中的扩散机制。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜传质阻力系数
• 当膜孔半径与气体平均自由程之比，
• r p 远小于1。
1
• 式中，
Kim
2rp 3
8RT
Mi
2 m ml
• Mi为物质i的气体分子量，在接近大气压及膜 孔径近似为0.01下时，气体i在膜孔中为Knudsen 流占主要地位。
N i k i gp i g b p i m i k i m p i m i p i i
kil C ii C ilb
气体i以串联形式扩散通过气相膜、被气体充满的膜孔，以及液相膜三个区 域
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
▪ 气相传质通量与总传质系数关系
N i K g p ig b p i * K lC i * C ilb
• 式中，Kg为气相传质系数，Ke为液相传质系数，
• 式中 ，C ilb H ipi*,C i*H iP igb
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气相传质总阻力系数
1 11 1 Kg kig kim kilHi
式中，气体传质总阻力为气相膜阻力，膜 阻力及液相膜阻力之和。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
生物医学工程中的应用
• 应用器件
•
血液供氧器
•
膜式氧合器（人工肺）
•
生物人工肝等
• 功能
•
实现02和C02的传递
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
中空纤维氧合器
血液
中空纤维 编织线
气体
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
氧合器的种类
分离技术概论 —膜接触器(膜吸收、膜萃 取与膜蒸馏)
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
主要内容
• 膜吸收 • 膜萃取 • 膜蒸馏
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜接触器种类
• 膜接触器以多孔的疏水或亲水膜作为 传递介质，并与气体吸收、液体萃取、气
提、蒸馏等过程相结合的一种新型的膜分
离技术。
• 按气液传递方式有：
•
气液型、液气型、液液型等三种；
• 按作用机理可分为：
•
膜吸收、膜萃取、膜气提、膜蒸馏等。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜接触器的特征
通过膜的多孔性与疏水性（或亲水性）， 将汽液二相隔开，气液接触在膜界面上实 现；
无论流率多低，所有膜表面都能有效地 进行气液接触，且接触界面很大；
氧合器种类 中空纤维膜式、 卷式、平板折叠式、 盘式等多种型式;
• 其中卷筒式、平板折叠式、盘式等均为早 期采用。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜传质阻力系数
• 对大孔膜和气体压力较高时，如果 r p >1， 那么气体在膜孔中为粘性流，当为0.1-0.45 时，在低压下，气体在膜孔中呈过渡流。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜基吸收过程的应用
生物医学工程、 生物发酵工程、 环境保护、 航空、航天。
对易溶气体Hi要大好几个数量级，可以想 象，总阻力有一个极限状态
1 11 Kg kig kim
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
液相总传质系数
• 对许多气体的膜吸收或气提，液相总传质系 数Kl类似于Kg表示
1 Hi Hi 1 Kl kig kim kil
• 对微溶气体 1 1
Kl
k il
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
微孔充满吸收溶剂的膜吸收
• 膜吸收或气提过程也可用充满吸收水剂的 微孔膜来实现，在这种情况下，不管膜是 疏水或亲水的，只要膜能被吸收剂润湿即 可。
•
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
亲水膜基吸收过程压力与浓度分布
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜基吸收
• 以多孔的疏水或亲水膜作为传递介质，并 与气体吸收过程相结合的一种新型的膜分 离技术。
• 能进行气体的吸收或气提，有两种操作方 式：
•
气体充满膜孔，
•
吸收剂充满膜孔。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
疏水膜基吸收过程压力与浓度分 布
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
总传质系数与局部传质系数 关系
• 对于这种膜过程的总传质系数与局部传质 系数之间的关系可表示为
N i k i g p i g b p i m i k i m C i m i C i i k i lC i i C i l b
• 以总传质系数表示
N i K gp ig b p i* K lC i* C ilb
气体和液体流率能相互独立地改变而不 产生液泛、滴漏、泡沫等现象。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜接触器的三种典型型式
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
多孔与无孔膜接触器的作用机理
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜基吸收
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气相传质阻力系数
1 1 1 1 Kg kig kimHi kilHi
1 Hi 1 1 Kl kig kim kil
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气相传质阻力系数
• 对微溶气体
1 1 1 1
Kg kim kil Hi
11 K ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ k ig
1 Hi K l k ig
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜阻力系数
• 如果膜孔被吸收液体润湿，则膜的传质阻力系数 可表示为
• 式中，
Kim
Dil m ml
• Dil为物质i在吸收液体中的扩散系数，如果膜
微孔充满气体的膜吸收
•
物质i的膜吸收或气提速率可用局部传
质速率或总传质速率系数表示。
• 气体i通过不能湿润的疏水多孔膜的局 部界面传质速率及浓度分布气体i以串联形 式扩散通过气相膜、被气体充满的膜孔，
以及液相膜三个区域，其通量及局部传质
系数可表示。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气体通量及局部传质系数 关系
孔被气体充满，那么膜传质系数取决于气体在膜
孔中的扩散机制。
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膜传质阻力系数
• 当膜孔半径与气体平均自由程之比，
• r p 远小于1。
1
• 式中，
Kim
2rp 3
8RT
Mi
2 m ml
• Mi为物质i的气体分子量，在接近大气压及膜 孔径近似为0.01下时，气体i在膜孔中为Knudsen 流占主要地位。
N i k i gp i g b p i m i k i m p i m i p i i
kil C ii C ilb
气体i以串联形式扩散通过气相膜、被气体充满的膜孔，以及液相膜三个区 域
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
▪ 气相传质通量与总传质系数关系
N i K g p ig b p i * K lC i * C ilb
• 式中，Kg为气相传质系数，Ke为液相传质系数，
• 式中 ，C ilb H ipi*,C i*H iP igb
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气相传质总阻力系数
1 11 1 Kg kig kim kilHi
式中，气体传质总阻力为气相膜阻力，膜 阻力及液相膜阻力之和。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
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生物医学工程中的应用
• 应用器件
•
血液供氧器
•
膜式氧合器（人工肺）
•
生物人工肝等
• 功能
•
实现02和C02的传递
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中空纤维氧合器
血液
中空纤维 编织线
气体
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氧合器的种类
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主要内容
• 膜吸收 • 膜萃取 • 膜蒸馏
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膜接触器种类
• 膜接触器以多孔的疏水或亲水膜作为 传递介质，并与气体吸收、液体萃取、气
提、蒸馏等过程相结合的一种新型的膜分
离技术。
• 按气液传递方式有：
•
气液型、液气型、液液型等三种；
• 按作用机理可分为：
•
膜吸收、膜萃取、膜气提、膜蒸馏等。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜接触器的特征
通过膜的多孔性与疏水性（或亲水性）， 将汽液二相隔开，气液接触在膜界面上实 现；
无论流率多低，所有膜表面都能有效地 进行气液接触，且接触界面很大；
氧合器种类 中空纤维膜式、 卷式、平板折叠式、 盘式等多种型式;
• 其中卷筒式、平板折叠式、盘式等均为早 期采用。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜传质阻力系数
• 对大孔膜和气体压力较高时，如果 r p >1， 那么气体在膜孔中为粘性流，当为0.1-0.45 时，在低压下，气体在膜孔中呈过渡流。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜基吸收过程的应用
生物医学工程、 生物发酵工程、 环境保护、 航空、航天。
对易溶气体Hi要大好几个数量级，可以想 象，总阻力有一个极限状态
1 11 Kg kig kim
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
液相总传质系数
• 对许多气体的膜吸收或气提，液相总传质系 数Kl类似于Kg表示
1 Hi Hi 1 Kl kig kim kil
• 对微溶气体 1 1
Kl
k il
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
微孔充满吸收溶剂的膜吸收
• 膜吸收或气提过程也可用充满吸收水剂的 微孔膜来实现，在这种情况下，不管膜是 疏水或亲水的，只要膜能被吸收剂润湿即 可。
•
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
亲水膜基吸收过程压力与浓度分布
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜基吸收
• 以多孔的疏水或亲水膜作为传递介质，并 与气体吸收过程相结合的一种新型的膜分 离技术。
• 能进行气体的吸收或气提，有两种操作方 式：
•
气体充满膜孔，
•
吸收剂充满膜孔。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
疏水膜基吸收过程压力与浓度分 布
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
总传质系数与局部传质系数 关系
• 对于这种膜过程的总传质系数与局部传质 系数之间的关系可表示为
N i k i g p i g b p i m i k i m C i m i C i i k i lC i i C i l b
• 以总传质系数表示
N i K gp ig b p i* K lC i* C ilb
气体和液体流率能相互独立地改变而不 产生液泛、滴漏、泡沫等现象。
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜接触器的三种典型型式
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
多孔与无孔膜接触器的作用机理
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜基吸收
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气相传质阻力系数
1 1 1 1 Kg kig kimHi kilHi
1 Hi 1 1 Kl kig kim kil
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气相传质阻力系数
• 对微溶气体
1 1 1 1
Kg kim kil Hi