第十章膜分离装置讲解
膜分离技术简介PPT课件
• 在水处理领域，反渗透、微滤、超滤、纳滤等压力驱动膜分离过程的应用更为广泛。而与反渗透相比，超 滤由于操作压力低，能耗小等独特的优点在国外常常被用于替代常规处理或深度处理，并且其应用研究日 益受到广泛关注。
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膜材料及种类
• 用于分离膜的种类很多。 • 以高分子材ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制成的聚合膜居多。
• 用于制膜的高分子材料：纤维素酯、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、 聚四氟乙烯、聚氯乙烯、硅橡胶等。
• 无机膜的制备已成为研究热点，其增长速度远快于聚合物膜。
• 以金属及氧化物、陶瓷、多孔玻璃和某些热固性聚合物为材料。其热力学、化 学稳定性好，使用寿命长。
般是指固液分离或气液分离。 • ——膜分离过程将这一应用扩展到了固体或液体溶液中溶解性物质的分离。即以选择性
透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到 分离或提纯的目的。 • ——不同的膜分离过程中所用的膜具有一定的结构、材质和选择特性;被隔开的两相可 以是液态，也可以是气态;推动力可以是压力梯度、浓度梯度或电位梯度，所以不同的 膜分离过程的分离体系和适用范围也不同 。 • 膜分离有希望代替精馏。从国内情况看，实验室研制应用好，但转化为生产规模有难度。 尤其是膜的质量、膜的组装、密封等。
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膜技术的应用
• 膜的商业应用：
20C60S第一代膜技术，液体分离，微滤、超滤、反渗 透、电渗析。 20C70S，第二代膜技术，气体分离膜技术。 20C80S第三代膜技术，渗透汽化
膜分离基础知识普及技术PPt
不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别 与两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种 物质透过，而不允许其它物质透过。
选择性透膜
膜上游 膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通 过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力 差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透 过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧 称为膜上游，透过侧称为膜下游。
通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动 的毛细管理论。
水通量（Jw）和截留率（R）：
W Jw At
R c1 c2 c1
W—透水量，A—膜的有效面积，t—时间 c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度
膜分离基本原理
1.5 膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物 质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择 性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2所示。
式膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber membrane)。
4. 按膜的结构分类
按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
1.4 膜过滤的基础理论
大分子物 非对称性膜
非电解质， 大分子物 离子交换膜
质
难渗透性 气体或蒸 汽
均相膜、复 合膜，非对 称膜
难渗透性 溶质或溶 剂
待分离物
均相膜、复 合膜，非对 称膜
乳状液膜、 支撑液膜
1.6 膜材料
用作分离膜的材料包括天然的与人工合成的有 机高分子材料和无机材料。
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。
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iii、聚烯烃类
用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯、聚乙烯醇、 聚丙烯、聚四氟乙烯等。
共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯/乙烯醇等。
聚丙烯
聚四氟乙烯
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聚乙烯醇
iv、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物
磺酸：R-SO3H 羧酸：RCOOH 全氟：R中氢原子全被氟取代而成。 共聚物：e.g. 全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物
聚碳酸酯
❖无机材料
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目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、 聚砜类、聚酰胺类及其他材料。
从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其 中约40多种已被用于工业和实验室中。
日本工业中膜材料的应用
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纤维素酯类膜 聚砜膜 聚酰胺膜 其他
1、纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个葡萄糖基通过1, 4-β-糖苷链连接起来的天然
线性高分子化合物，其结构式为：
H
CH2OH
O
H
O
OH OH
H H
H OH
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
n_ 2
2
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从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂（如硫酸、 高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到 二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
概述
膜分离技术的重要性
膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又
第十章、液膜分离
2．表面活性剂
它是液膜技术中稳定油水分界面的最重要的组分，对液 膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜相与内水相分离后 的循环有直接关系，表面活性剂的选择是个重要问题。
3．流动载体
它能对欲提取的物质进行选择性迁移，因此对选择性和 膜的通量起决定性作用。事实上它常常是某种萃取剂。
4．膜增强剂
起增加膜的稳定性作用。分离操作时要求膜不过早破 裂；而在破乳工序中液膜层又容易破碎，以利于膜相与内 水相的分离。
在乳液型液膜的内相添加一种能与迁移溶质A发生不可逆化学 反应的试剂R，则A与R形成一种不能逆扩散的新产物P，从而 使内相中的渗透物A的浓度实质上为零。因此A在液膜内、外 相两侧有最大的浓度梯度，促进了A的输送。直到R被反应完 了为止。而在料液中与A共存的B即使部分渗透到内相，由于 B不能与R反应，一段时间后B在内相的浓度很快达到平衡浓 度，渗透即停止，从而强化了A与B的分离。这种液膜的膜相 中也不含有流动载体。
第五节 液膜过程不利因素
一、膜破裂
原因：搅拌产生的剪切力，过大的内相尺度，粗劣的膜
相组成。
有害影响：讨论 预防措施：
可通过改变膜配方来增加膜的粘度，增加表面活性剂 浓度或改变类型，改变乳化相比等来避免。
二、膜膨胀 1、表面活性剂水(合)化机理： 2．外相水溶液的反胶团传递机理：
解决措施：屏蔽表而活性剂水(合)化特性；增 加膜黏度；外相中添加非传递性盐。
2．载体促进传递机制
在膜相中加入一种可自由流动被称为“载体 (Carrier)”的化合物，它能选择性地与外相中的待 分离物质结合后透过膜相并将它送入内水相。
载体促进传递有三种不同的表现形式： (1)载体促进扩散传递： (2)载体促进并流传递： (3)载体促进逆流传递：
华北理工环境工程原理教案第10章 其它分离过程
(1)按物理结构:可分为凝胶型、大孔型和等孔型。
(2)按合成单体:可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。
(3)按活性基团性质:阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等。
(二)离子交换树脂的结构离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物,由空间网状结构骨架(即母体) 和附着在骨架上的许多活性基团所构成。
(三)离子交换树脂的物理化学性质(1)交联度:离子交换树脂是一种具有立体交联结构的高分子化合物。
交联结构有树脂合成时加入的交联剂来实现。
交联度是指交联剂的用量(用质量分数表示)。
交联度越大,树脂结构越密集,溶胀越小,选择性越高和稳定性越好。
(2)粒度:离子交换树脂通常为球形,粒径为0.2~1.2mm。
(3)密度:密度分真密度和视密度。
真密度指树脂溶胀后的质量与其本身所占体积之比;视密度指树脂溶胀后的质量与其堆积体积之比。
阳离子树脂的真密度一般为1300kg/m3 左右,视密度为700~850kg/m3 ;阴离子树脂的真密度一般为1100kg/m3 ,视密度为600~750kg/m3。
(4)溶胀性:离子交换树脂浸泡于水中时,由于溶剂化作用会发生体积增大,即为溶胀。
树脂的溶胀程度与交联度、交联结构、基团与反离子的种类有关。
(5)交换容量:离子交换树脂的交换容量是树脂最重要的性能,它定量地表示树脂交换能力的大小。
交换容量又可区分为全交换容量和工作交换容量。
全交换容量指单位质量(或体积) 的树脂中可以交换的化学基团的总数,亦称理论交换容量。
工作交换容量指树脂在给定工作条件下实际可利用的交换能力,与运行条件,如再生方式和程度、原水离子成分、树脂层高度、操作流速和温度等有关。
(6)选择性:树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱的反应。
影响离子交换树脂选择性的因素包括:离子的水化半径:离子在水溶液中通常发生水化作用,离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。
水化半径越小的离子越易被交换。
离子的化合价:离子的化合价越高,其与树脂的亲和力越强,越易被树脂交换。
《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。
感谢您的观看
THANKS
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。
膜分离讲义
第九章膜分离第一节概述膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。
溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。
常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术。
近年来，膜分离技术发展很快，在水和废水处理、化工、医疗、轻工、生化等领域得到大量应用。
膜分离的作用机理往往用膜孔径的大小为模型来解释，实质上，它是由分离物质间的作用引起的，同膜传质过程的物理化学条件,以及膜与分离物质间的作用有关。
根据膜的种类、功能和过程推动力的不同，各种膜分离法的特征和它们之间的区别如表9-1所示。
①膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。
例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。
②膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。
③装置简单，操作容易，易控制、维修，且分离效率高。
作为一种新型的水处理方法，与常规水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。
第二节电渗析一、电渗析原理与过程电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阳膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
电渗析系统由一系列阴、阳膜交替排列于两电极之间组成许多由膜隔开的小水室，如图9-1所示。
当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子作定向迁移。
阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。
但由于离子交换膜具有选择透过性，结果使一些小室离子浓度降低而成为淡水室，与淡水室相邻的小室则因富集了大量离子而成为浓水室。
从淡水室和浓水室分别得到淡水和浓水。
原水中的离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。
在电渗析过程中，除了上述离子电迁移和电极反应两主要过程以外，同时还发生一系列次要过程，如下所述。
（1）反离子的迁移因为离子交换膜的选择性不可能达到100％，所以也有少量与离干交换膜解离离子电荷相反的离子透过膜，即阴离子透过阳膜，阳离子透过阴膜。