膜蒸馏技术PPT课件
膜蒸馏技术
近年来，随着膜分离技术的快速发展，反渗透膜技术(RO)逐渐成电力、冶金等部门工业废水和循环水深度回用处理的首选技术。
但是反渗透膜技术的产水率一般只有75％，其浓水的处理与排放问题日益突出。
目前解决反渗透排放浓水主要采用的有三种方案：(1)浓水经冲洗多介质过滤器后排放；(2)对排放水集中回收处理，利用石灰软化法等去除钙镁硬度，处理后再利用或达标排放；(3)直接结合生产工艺状况综合利用。
但是这些方法都没有彻底解决问题，对浓水的利用率很低，甚至造成对环境的二次污染。
因此开发高效的浓盐水处理过程，以弥补RO等处理过程的不足，以实现节水减排，具有重要意义。
减压膜蒸馏(VMD)是将膜技术与传统蒸馏技术结合的一种新型膜分离过程。
具有操作温度低、设备简单，对无机盐、大分子等不挥发物的截留率可达100％，可实现高浓度溶液的处理等优点。
膜蒸馏（Membrane Distillation，简称MD）是近十年得到迅速发展的一种新型高效的膜分离技术，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。
膜蒸馏过程区别于其他膜过程的特征是：膜是微孔膜；膜不能被所处理的液体浸润；膜孔内无毛细管冷凝现象发生；只有蒸汽能通过膜孔传质。
膜不能改变操作液体中各组分的汽液平衡；膜至少有一侧要与操作液体直接接触；对每一组分而言，膜操作的推动力是该组分的气相分压梯度。
同其他的分离过程相比，膜蒸馏具有以下优点：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，可有效利用地热、工业废水余热等廉价能源，降低能耗；③操作压力较其他膜分离低；④能够处理反渗透等不能处理的高浓度废水。
EDI是英文Electrodeionization的缩写，中文全称为“连续电去离子技术”，其主要用于替代传统混床技术。
超纯水的生产在过去的二十年间，在成本、环境及品质等因素的驱动下，其供水系统发生了许多变化，特别值得一提的是，目前存在一个明确的方向，就是减少对离子交换工艺的依赖性，以便尽可能减少化学药品的使用，并提高产水量。
蒸馏ppt课件-PPT文档资料83页
4.1 温度–组成图（t – x – y图）
上曲线：平衡时汽相组
T
成与温度的关系，称为汽
相线（露点曲线）；
t4
下曲线：平衡时液相组
t3
成与温度的关系，称为液 相线（泡点曲线）。
t2
两曲线将图分成三个区
t1
域：液相区、过热蒸汽区、
汽液共存区。
B
t-y
H
J
A
t-x
x1(y1) T---X(Y)
T—X—Y图 的作法
设备：包括精馏塔、塔底再沸器、塔反混顶冷凝器、原料预热器、
回流液泵等。
加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时,
料液由此加入，该板称为加料板。
精馏段：加料板以上的部分，它起着回收原料中易挥发组分
增浓的作用。
提馏段：加料板以下的部分（包括加料板），它起着回收原
料中易挥发组分的作用。
X（Y）
二、多次部分气化和多次部分冷凝
Multi-partial gasification and condensing
T
从气相得到较纯的
易挥发组分；
从液相中则得到较
纯的难挥发组分 。
P=定值 B
A
xm
xF
yn
x(y)
y3
y3
(或xD)
y2
冷凝 器
y1 y1
xF
分离器 x1
x3 加热器 x2
精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，流程如下图所示。
蒸汽
进 料 板 蒸汽
再沸器
进料
塔底产品
塔顶产品
冷却水
水蒸气
液体
冷凝水
连续精馏操作流程
全凝器
回流液
膜蒸馏透析电渗析ppt课件
透析的主要应用
• 血液透析（从血液中除去有毒 物质） • 从啤酒中降低醇含量 • 酶和辅酶的脱盐 • 制浆造纸工业中碱液回收
血液透析
将患者的血液和透析液同时引 进透析器（两者的流动方向相反）， 利用透析器（人工肾）的半透膜， 将血中蓄积的过多毒素和过多的水 分清出体外，并补充碱基以纠正酸 中毒，调整电解质紊乱，替代肾脏 的排泄功能。
膜蒸馏的操作方式
• • • • 直接接触式膜蒸馏 气隙式膜蒸馏 真空减压式膜蒸馏 气流吹扫式膜蒸馏
膜蒸馏特征
• 用疏水性的微孔膜 • 膜的孔隙中不应有毛细冷凝现象发生 • 所用膜不能改变处理液各组分的汽液 平衡 • 膜至少有一侧与所处理液体直接接触 • 以汽液平衡为分离的基础，需要提供 汽化潜热以实现相变
血液透析器（人工肾）
血液透析器俗称人工肾，有中空纤维 型、盘管型及平板型3种 。最常用的是中空 纤维型 ，由1～1.5万根中空纤维组成，中 空纤维的壁即透析膜，具半透膜性质。血 液透析时血液流入每根中空纤维内，而透 析液在每根中空纤维外流过 ，血液的流动 方向与透析液流动方向相反，通过半透膜 原理清除毒物。
膜蒸馏的主要应用
1. 溶液的浓缩和回收：可以处理极高浓度 的水溶液。 2. 溶液的结晶：可以把溶液浓缩到过饱和 状态，进而析出结晶。 3. 废水处理
例子： 膜蒸馏浓缩结晶碳酸钾废水溶液（试验）
透析(渗析) Dialysis
透析(渗析)Dialysis
以浓度梯度（浓度差）为推 动力，小分子经过透析膜（半 透膜的一种）扩散到水（或缓 冲液），将小分子与大分子分 开的一种膜分离技术。
电渗析 Electrodialysis
电渗析( Electrodialysis )
在直流电场的作用下，以电 位差为推动力，利用离子交换 膜的选择透过性，把电解质从 溶液中分离出来，从而实现溶 液的淡化、浓缩、精制或纯化。
膜蒸馏-膜萃取-控制释放-膜乳化课件
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。
第六章蒸馏PPT幻灯片课件
恒摩尔流的假定成立的条件： 各组分的摩尔汽化热相等 气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略 塔设备保温良好，热损失可忽略
22
二、物料衡算和操作线方程
1、全塔物料衡算
总物料 F D W
加热 苯和甲苯
苯（沸点低） 易挥发组分 冷凝
甲苯
难挥发组分
苯组成较高的产品
2
蒸馏在化工中的应用 原油蒸馏： 汽油、煤油、柴油及重油 混合芳烃蒸馏： 苯、甲苯及二甲苯 液态空气蒸馏： 液氧、液氮 2、特点 可直接得到所需产品 吸收、萃取等需外加其他组分 适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物 蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离 操作耗能较大
yA
p
0 A
p
xA
k A 相平衡常数
y A k A x A 相平衡常数表示
的气液平衡关系
露点方程
yA
pA0 p
p
p
பைடு நூலகம்0 A
p
0 A
pB0
8
（3）以相对挥发度表示的气液平衡方程
挥发度
vA
pA xA
vB
pB xB
对于理想溶液，符合拉乌尔定律有
vA
p
0 A
vB
p
0 B
相对挥发度 易挥发组分的挥发度与难挥发组分的之比
4
二、两组分理想物系的气液平衡
1、气液平衡相图 温度—组成（t-x-y)图 饱和蒸气线t-y 饱和液体线t-x 液相区、过热蒸气区、气 液共存区
泡点温度 泡点线 露点温度 露点线
膜蒸馏技术
膜蒸馏技术膜蒸馏(Membrane Distillation, MD）是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。
虽然早在20世纪60年代就开始了较系统的膜蒸馏研究,但当时由于受到技术条件的限制,膜蒸馏的效率不高，直到20世纪80年代初由于高分子材料和制膜工艺方面迅速发展,膜蒸馏显示出其实用潜力。
本文就膜蒸馏的原理、特征及应用情况作一总结和评述。
1 膜蒸馏技术的简介MD是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程，以膜两侧蒸汽温度差为传质驱动力，它是热量和质量同时传递的过程，膜孔内的传质过程是分子扩散和努森扩散的综合结果。
1.1 膜蒸馏过程区别于其他膜过程的特征所用的膜为微孔膜；膜不能被所处理的液体润湿；在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生，只有蒸汽能通过膜孔传质；所用膜不能改变所处理液体中所有组分的气液平衡；膜至少有一面与所处理的液体接触；对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。
[1]1.2 膜蒸馏的优缺点膜蒸馏的优点有很多：蒸馏过程几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，可以采用非金属设备；在非挥发性溶质水溶液的MD过程中，只有水蒸气能透过膜孔，蒸馏十分纯净，有望成为大规模、低成本制备超纯水的手段；可以处理极高浓度的水溶液，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程；MD 组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性；膜两侧只需维持适当的温差即可进行操作，有望利用太阳能、地热、温泉和工厂的余热等廉价能源。
同时膜蒸馏也有一定缺点：MD是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率。
MD与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，目前尚未实现在工业生产中应用，MD用膜的材料和制备工艺选择方面有限。
MD过程中的膜污染是其实现工业应用的主要障碍。
[2]1.3膜蒸馏的分类及原理根据膜下游侧冷凝方式的不同，MD可分为4种形式：直接接触膜蒸馏（DCMD）、气隙式膜蒸馏（AGMD）、吹扫气膜蒸馏（SGMD）和真空膜蒸馏（VMD，又名减压膜蒸馏）。
膜蒸馏技术
膜蒸馏技术
嘿，朋友们！今天咱来聊聊膜蒸馏技术。
你说这膜蒸馏技术啊，就像是一位神奇的魔法师！
想象一下，水就像一群调皮的小精灵，在膜的这一边活蹦乱跳。
而这膜呢，就像是一道神奇的门，只让水的小精灵们通过，把其他的杂质啥的都挡在了外面。
这可太有意思啦！
膜蒸馏技术的好处那可真是不少。
它能把脏水里的有害物质给分离出来，让水变得干干净净的，就跟刚从清泉里冒出来的一样。
这多厉害呀！咱平时喝的水、用的水，如果都能经过膜蒸馏技术这么一处理，那得多放心呀！
而且哦，它还特别节能呢！就好比咱平时过日子，能省一点是一点。
膜蒸馏技术就做到了这一点，用最少的能量，办最大的事儿。
你说妙不妙？
咱再打个比方，膜蒸馏技术就像是一个超级厨师，能把普通的食材变成美味佳肴。
它能把那些看起来不咋地的水，变得纯净又好喝。
这要是放在生活中，那可就是化腐朽为神奇呀！
这技术在很多领域都能大显身手呢！比如在化工行业，它能帮忙处理那些复杂的废水，让环境变得更美好。
在食品行业呢，能让咱喝到更健康的饮料。
这不就是给我们的生活添彩嘛！
你说咱生活中要是没有膜蒸馏技术，那得少多少便利呀！它就像一个默默无闻的守护者，在背后为我们的生活质量保驾护航。
咱可得好好珍惜和利用这膜蒸馏技术呀，让它发挥出最大的作用。
让我们的水更清，生活更美。
这膜蒸馏技术，难道不是一个超级棒的发明吗？咱得为它点个大大的赞！以后呀，希望它能在更多的领域发光发热，给我们带来更多的惊喜和便利。
反正我是觉得，这膜蒸馏技术，真是太牛啦！。
膜蒸馏技术
20世纪60、70年代 至今 20世纪60年代前 20世纪80年代
20世纪60年代前，膜蒸馏技术就已经在国际上开始了较系统的研究，但 由于受到技术条件的限制，膜蒸馏的效率不高。 20世纪60、70年代，膜分离研究者致力于采用反渗透、超滤、微滤等膜 技术来解决水处理问题，膜蒸馏一直没有引起人们的足够重视。 20世纪80年代初由于高分子材料和制膜工艺技术的迅速发展，膜蒸馏才 显示出其实用潜力． 近几十年来对这一新型膜分离过程的研究不断深入，虽然至今还未见大 规模工业生产应用的报道，但无论在传质、传热机理方面还是在应用方 面的研究都取得了巨大的进步，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并 同样引起人们的重视．
气扫膜蒸馏（SGMD）
是用载气吹扫膜的透过侧，从膜组件中夹带走透过的蒸汽，使蒸汽在 外置的冷却器中冷凝．传质过程也是在第四步发生变化，传质推动力 除了蒸汽的饱和蒸汽压外，还有由于载气的吹扫夹带作用，促进传质 ，因此传质推动力可以比直接接触膜蒸馏和空气间隙式膜蒸馏大，载 气中水蒸汽的分压以及冷凝温度控制对膜蒸馏产水量有重要影响．工 艺原理见图4．
膜蒸馏的操作方式示意图
到底采用哪种形式的膜蒸馏，这取决于透过物 的组成、流量和挥发性。一般来说
• DCMD:结构要求的最少且操作最易，他适于脱
盐或浓缩水溶液（橘汁等），水为主要渗透成分 。
• SGMD和VMD：用于从水溶液中除去挥发性有
机物或可溶气体。
• AGMD：适用于平板膜的膜蒸馏过程。
膜蒸馏的膜材料
膜蒸馏
（membrane distillation）
主要内容
• • • • 膜蒸馏原理 膜蒸馏操作方式 膜蒸馏研究的技术应用 膜蒸馏研究的发展趋势
膜蒸馏原理部分
•
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（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。
与之相关的传热过程则主要包括 4 个方面：①热量由料 液主体通过边界层转移至膜表面；②蒸发形式的潜热传递； ③热量由热侧膜表面通过膜主体和膜孔传递到透过侧膜表 面；④由透过侧膜表面穿过边界层转移到气相主体。
特点
所用的膜为微孔膜； 膜不能被所处理的液体润湿； 在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生，只有蒸汽能通过膜孔
传质； 所用膜不能改变所处理液体中所有组分的气液平衡； 膜至少有一面与所处理的液体接触； 对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压
差。
膜蒸馏的分类
MD可分为4种形式：直接接触膜蒸馏（DCMD）、气隙式 膜蒸馏 AGMD）、吹扫气膜蒸馏（SGMD）和真空膜蒸馏 （VMD，又名减压膜蒸馏），如图2-5所示，不同MD装置 的区别主要在于蒸汽穿过疏水膜后冷凝回收方式的不同。
优点
蒸馏过程几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便， 可以采用非金属设备；
在非挥发性溶质水溶液的 MD 过程中， 只有水蒸气能 透过膜孔，蒸馏十分纯净，有望成为大规模、低成本 制备超纯水的手段；
可以处理极高浓度的水溶液，是目前唯一能从溶液中 直接分离出结晶产物的膜过程；
MD组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的 小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性；
参数
MD过程是传质与传热同时进行的过程，衡 量这两种过程效果的相应参数分别是膜通 量与热效率。而对二者影响较大的主要是 过程的操作参数以及膜的特性参数。
参数
操作参数
主要影响参数有进料温度、浓度、进料流量、真空度、气 体流速等。
进料温度和跨膜温差对膜的通量有重要影响，温度升高则 蒸汽压变大，这就直接导致过程推动力的增加。提高进料 温度和进料流量可以增加MD的通量，这是由于高流速下的 混合更为理想，边界层变薄，膜表面的传质效果更好。但 是通量随流速的增加有一个最优值，之后会趋于稳定或是 略微下降，这可能与热量损失有关。
原理
MD是膜技术与蒸发过程相 结合的膜分离过程，以膜 两侧蒸汽温度差为传质驱 动力，它是热量和质量同 时传递的过程，膜孔内的 传质过程是分子扩散和努 森扩散的综合结果。MD 蒸馏原理（直接接触式） 如图1所示。
原理
MD 过程是一种热驱动过程，通过疏水性多孔膜将热料 液（热侧）与透过侧（冷侧）分隔开，由于进料侧的蒸 汽压高于透过侧的蒸汽压，在压差梯度作用下，蒸汽分 子由热侧透过膜孔迁移至冷侧，再经冷凝，其他组分则 被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物提纯或分离的目 的。
高的进料浓度会降低蒸汽压力，并引起浓差极化，而且有 可能导致膜的堵塞，因而浓度增加则通量减小。
参数
膜的特性参数主要包括膜的孔隙率、孔径大小及分布、曲折 因子以及膜厚度等。
膜的孔隙率影响蒸发面的大小，因此孔隙率越大，传质效果 越好。
膜的厚度增加一方面会增加传质阻力，另一方面却能够减少 能量的损失 。
热源
将 MD 过程与可再生能源（太阳能、地热能、风能等）相 结合，是优化MD过程的常见方式。随着太阳能集热器技术 的成熟，太阳能与MD技术的耦合研究也越来越普遍。而且 这种集成过程最主要的成本是初始投资，包括设备、选址 等，后续操作几乎不需要过多的投入。
除了太阳能与地热，还可采用微波照射的方式。这样可使 加热更为均匀，提高传质效果，对膜的性能不会造成影响， 但是可能会加重膜的结垢。
膜材料
MD过程使用的膜主要有聚四氟乙烯（PTFE） 、聚丙烯 （PP） 、聚乙烯（PE） 、聚偏氟乙烯（PVDF）等。然而 这些膜基本是作为超滤、微滤、反渗透等膜过程的商业用 膜，并不能够完全胜任MD过程所需的疏水性、渗透率、抗 污染能力等。
对不同的材料进行改性、修饰或复合，开发和研制了许多 性能优异的膜材料。如增加添加剂、改变膜的制作工艺、 膜结构、纳米技术的应用、添加阻垢剂等。
膜两侧只需维持适当的温差即可进行操作，有望利用 太阳能、地热、温泉和工厂的余热等廉价能源。