膜蒸馏
膜蒸馏
真空膜蒸馏 （Vacuum Membrane Distillation）
真空膜蒸馏（VMD），也称减压膜蒸馏，其操 作方式为：在透过侧施加一个小于液体进入膜孔压 力的负压，增大膜两侧的水蒸汽压力差，从而得到 较高的蒸馏通量，透过的水蒸汽被抽出组件外冷凝。 VMD与其它膜蒸馏过程的最根本区别在于 有真空系统提供增强驱动力。
600
20000 几百
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膜蒸馏分类
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直接接触式膜蒸馏 空气隙膜蒸馏 吹扫气膜蒸馏 真空膜蒸馏
直接接触式膜蒸馏
(Direct Contact Membrane Distillation)-
直接接触式膜蒸馏(DCMD)，由于其低温侧液 体是在膜组件外冷却的，也称外冷式膜蒸馏。透过 侧为冷却的纯水，在膜两侧温差引起的水蒸汽压力 差驱动下传质，透过的水蒸汽直接进入冷侧的纯水 中冷凝。 DCMD具有组件和流程简单、通量大等优点， 具有广阔的应用前景。DCMD的不足之处在于其能 量利用率相对较低。
DCMD传递过程
膜蒸馏过程是热量传递和质量传递的复合过 程，所以该过程的传递机理包含传热机理和传质机 理，并且传热与传质相互影响制约。
• 传热过程 • 传质过程
传热过程 .
DCMD过程中的传热过程可分三步进行:
• 料液侧热边界层内的热传递； • 通过膜的热传递，膜内的传热包含两部分，即伴 随着跨膜传质而发生的汽化一冷凝热和膜材料本 身、膜孔气体的导热； • 渗透侧热边界层内的热传递。
最早蒸馏器
蒸馏实验室基本装置
膜蒸馏实验装置
膜蒸馏 (Membrane Distillation)
膜蒸馏，是膜技术与蒸发过程相结合的膜分 离过程。 膜蒸馏已被用于小规模的海水淡化、超纯水生 产以及高沸点、高浓度含水制品的脱水、浓缩，可 望成为一种廉价、高效的分离手段。
第七章-膜蒸馏
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。
膜蒸馏介绍
膜蒸馏(Membrane Distillation)膜蒸馏是一种用于处理水溶液的新型膜分离过程。
膜蒸馏中所用的膜是多孔的和不被料液润湿的疏水膜，膜的一侧是与膜直接接触的待处理的热水溶液，另一侧是低温的冷水或是其它气体。
由于膜的疏水性，水不会从膜孔中通过，但膜两侧由于水蒸气压差的存在，而使水蒸气通过膜孔，从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧。
这种传递过程包括三个步骤：（1）水在料液（高温）侧膜表面汽化；（2）汽化的水蒸气通过疏水膜孔进行传递；（3）水蒸气在膜的低温侧冷凝为水。
膜蒸馏过程的推动力是膜两侧的水蒸气压差，一般是通过膜两侧的温度差来实现，所以膜蒸馏属于热推动膜过程。
根据蒸气冷凝方式不同，膜蒸馏可分为直接接触式、气隙式、真空式和气扫式四种形式，如上图（图1）所示。
直接接触式膜蒸馏(Direct contact membrane distillation,缩写为DCMD)是热料液和冷却水与膜两侧直接接触；气隙式膜蒸馏（Air gap membrane distillation, 缩写为AGMD ）是用空气间隙使膜与冷却水分开，水蒸气需要通过一层气隙到达冷凝板上才能冷凝下来；真空式膜蒸馏（Vacuum membrane distillation, 缩写为VMD ）中，透过膜的水蒸气被真空泵抽到冷凝器中冷凝；气扫式膜蒸馏（Sweep gas membrane distillation, 缩写为SGMD ）是利用非凝聚的吹扫气将水蒸气带入冷凝器中冷凝。
在具体应用中，选用哪一种膜蒸馏要视具体情况而定，比如原料液的成分、挥发性以及对通量的要求等。
通常直接接触式膜蒸馏所需要的设备最少、操作最简单，其适用范围主要包括海水淡化等脱盐、溶液的浓缩等，在这些过程中水作为主要的透过成分；气扫式膜蒸馏和真空式膜蒸馏在脱除溶液中的挥发性有机物和溶解气体方面应用较多；而气隙式膜蒸馏是一种应用范围较广泛膜蒸馏形式。
膜蒸馏是一种膜不直接参与分离作用的膜过程，膜的唯一作用是作为两相间的屏障，选择性完全由气—液平衡决定。
膜蒸馏技术膜蒸馏流程及注意事项
膜蒸馏技术膜蒸馏流程及注意事项下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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
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
•
膜蒸馏
膜蒸馏研究中的几个热点问题
膜蒸馏过程的传质、传热机理研究 膜结构对膜蒸馏过程的影响 提高膜蒸馏通量和选择性的措施 膜蒸馏过程中的污染问题 膜蒸馏的集成膜过程
（膜过程集成和非膜过程集成）
膜蒸馏的传质机理
J = Km×△P （Km值的预测） 气态分子通过多孔介质的三种机理：
Knudsen扩散，分子扩散，Poiseuuille流动
Dusty-gas模型
Stefan-Maxwell模型
浓度极化和温度极化
提高通量和选择性的措施
减小浓度极化和温度极化
提高流速，在流道中放置隔离物，超声波
回收挥发性溶质时加盐降低水蒸汽压， 提高挥发性溶质的分压（提高选择性）。 选择操作方式； 优化组件结构
膜蒸馏过程中的膜污染问题
含有机物料液的蛋白质污染：
2
与非膜过程集成：
发酵/MD构成膜生物反应器。 多效蒸馏器或太阳能蒸馏器/MD制造饮用水。 流动床结晶器/MD从地下热水制饮用水。
太阳能蒸馏器与膜蒸馏集成
（示意图）
膜蒸馏技术的应用
海水和苦咸水脱盐制饮用水 化学物质的浓缩与回收 水溶液中挥发性溶质的脱除和回收 果汁、食品的浓缩 废水处理
海水和苦咸水淡化制饮用水
将料液煮沸，然后超滤预处理，可以得到缓解。
微生物污染：
不但膜上游侧，膜下游侧和孔道中也会污染。 较高温度、较高盐浓度、较低PH可抑制微生 物生长。
高浓度盐水的盐颗粒的污染：
超声波技术或料液的超滤预处理可减轻污染。
膜蒸馏的集成膜过程
1 与其它膜过程集成：
MF/UF/NF/MD海水淡化，提高水利用率。 UF/MD处理港口压舱水和病人血浆处理。 UF/RO/OD浓缩水果汁和蔗糖水溶液。
膜蒸馏,膜萃取,控制释放,膜乳化
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。
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八、膜蒸馏技术的应用
• • • • • 海水、苦咸水脱盐与纯水制备 化学物质的浓缩与回收 水溶液中挥发性物质的脱除与回收 果汁、液体食品的浓缩 废水处理
膜 蒸 馏 Membrane distillation
一、定义与历史
膜蒸馏技术(MD)是一种采用疏水性微孔膜， 以膜两侧蒸气压力差为传质驱动力的膜分离过程。 •上世纪60年代 M. E. Findley首先在专利中描述了 这一技术，但限于当时的技术条件，只选用一些 如纸板、玻璃纸、玻璃纤维等疏水掺合物制成隔 离膜。 •上世纪80年代人们开始将该技术应用于海水淡化 研究。 •直至上世纪90年代，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，再次 引起了工业和水处理界的广泛关注。
九、存在的问题
• 通量 开发新膜、辅助强化工艺、膜组件的优化
• 膜污染
四、常见的膜蒸馏类型
气 隙 冷却板
进料液
透过液 液
进料液
（1）直接接触式
（2）气隙式
进料液
负压
进料液
吹扫气 液
（3）减压式
（4）气扫式
五、膜组件及膜
板框式、管式和卷式
5.1板框式膜组件
5.2中空纤维膜组件
5.3卷式膜组件
六、膜蒸馏运行装置
6.1直接接触式膜蒸馏
பைடு நூலகம்
6.2真空膜蒸馏
七、膜蒸馏过程的影响因素
二、膜蒸馏过程的机理
边界层
T1 Tm2 Pm1 热侧 C1 Cm1 膜 质量传递 热量传递 Pm2 Tm2 T2
冷侧
三、膜蒸馏的优点
• 在常压下进行，设备构造简单，操作运行方便； • 仅有水蒸汽能透过膜孔，膜蒸馏出水水质十分纯净；
• 可处理高浓度盐溶液（反渗透浓水），是目前唯一 能从溶液中分离出结晶产物的膜分离过程； • 膜蒸馏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； • 运行过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维 持适当的温差，该过程就可以进行。因此可利用太 阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水 等廉价能源。