第八章 渗透蒸发过程.
8高等渗流力学-第八章-物化渗流-曹仁义
这一公式表明，当时间趋于无穷时，平衡吸附浓度等于极限吸附浓度 Cr* ，
也就是只有在无脱附时，吸附量才可能达到极限情况。
而在K2≠0时，在时间趋于无穷以后，可以得到平衡浓度
Cr
1
aC bC
a K1Cr* / K2
b K1 / K2
此为真实平衡吸附浓度公式，又叫做兰格缪尔等温吸附线。
D0 (1
1K1 f
'(C)
C ) x
2C x2
第二节 带吸附和扩散的渗流规律
进行坐标变换，即取新的自变量
x1 x vt ,
t1 t
得到
C C v C
t t1 x1
代入基本方程，得
C C
x x1
和 2C x2
2C x12
C t1
高等渗流力学
曹仁义
第八章 物理化学渗流
第一节 物理化学渗流基本现象
一、多孔介质中的扩散现象 二、多孔介质中的吸附现象
第二节 带吸附和扩散的渗流规律
一、一维理想扩散渗流方程及解 二、考虑粘度差的互溶液体的扩散理论 三、具有吸附作用的单相渗流问题
第三节 具有多组分溶质的水溶液驱油时的两相渗流问题
一、多孔介质中油、水两相物化渗流的基本方程 二、油、水两相物化渗流方程的求解
L0.5 0.5
0 L0
过渡带半长度与前沿距离之比:
L0.5
L0
x
L0 D*t D*
L0.5
vt
vt
经过一段时间后，即随t增大 ，扩散速度比对流速度越来越小。
对于室内实验，若减小扩散影响，需增大佩克列数 L*v / D*。
第六章 渗透蒸发
6.3 渗透蒸发的应用
1.从液体有机物中脱除水分
2.从水中去除有机物 3.有机物／有机物的分离； 4.蒸气渗透 从理论上讲与液膜间的渗透蒸发类似，当 进料是某种混合蒸气，进行渗透蒸发时即为蒸气渗透。 在液相渗透蒸发时所用的膜同样可用于蒸气渗透，该方 法尚在进一步开发之中。
如乙醇的脱水；
例如从啤酒和酒中脱去乙醇；
4.离子交换膜 这类膜的制备技术在国内外都已 普及，近几年应用于渗透蒸发研究。
目前还有辐照接枝膜、高分子改性膜以及高分子中掺 杂分子筛的膜等用于渗透蒸发研究。
6.2.2 膜材料的选择 膜材料的选择对取得良好的分离性能是至关重要的。 指导膜材料选探的理论主要是溶解度参数法。
分离膜能否完成预期的分离目的，主要取决于液体组分对膜 的相对渗透力。 任何化合物对一种膜的渗透通量由其平衡效应及动态效应决 定，这种效应受渗透组分和膜之间的吸引力及排斥力的影响。
渗透蒸发过程
“渗透蒸发”一词最早出现在1917年，由于人们未 能找到既有分离效果又有较高通量的膜，渗透蒸 发一直没能得到实际应用。直到20世纪50～60年 代，有关渗透蒸发的技术才获重大突破。
能源危机后的70～80年代初，渗透蒸发过程
受到了各国的重视。针对多种体系，特别是 乙醇～水体系的分离，进行了大量的研究。 从而使第一代渗透蒸发膜及其组件走向工业 应用，在化学工业、生物化学工程及其他工 业领域中引起了极大的兴趣。 渗透蒸发与气体分离将成为21世纪生物技术 产业中最重要的分离技术之一。
6.1.3
渗透蒸发的特点
1.单级选择性好是渗透蒸发的最大特点。从理论上讲， 渗透蒸发的分离程度无极限，适合分离沸点相近的物 质，尤其适于恒沸物的分离，对于回收含量低的溶剂 也是一种好方法。 2.过程操作简单，易于掌握，但有相变，故能耗较高。 3.由于操作中进料侧原则上不需要加压，所以不会导 致膜的压密，透过率不会随时间的延长而减少，并且 在操作过程中形成溶胀活性层，膜自动转化为非对称 膜，对膜的透过率及寿命有益。 4.与反渗透等过程相比，渗透蒸发的通量要小得多。 在一般情况下渗透蒸发技术尚难与常规分离技术相匹 敌，但由于渗透蒸发所特有的高选择性，在某些特定 的范围内，如常规分离技术无法解决或虽能解决但能 耗太大的情况下，才采用该技术。
第八章膜分离过程强
压力驱动膜过程中各种传质阻力示意图
5
浓差极化引起得稳态条件下得浓度分布
6
2、 浓差极化得危害
1. 使膜表面溶质浓度增高,引起渗透压得增大,从而减 小传质驱动力;
2. 当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时,便会在膜表 面形成沉或凝胶层,增加透过阻力;
3. 膜表面沉积层或凝胶层得形成会改变膜得分离特 性;
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2、 膜得结构 – 对称结构得膜耐污染不如相同孔径得不对称膜; – 两面双皮层得膜耐污染不如相同孔径得单皮层得膜; – 膜孔径分布窄(截留分子量窄)得膜耐污染性好; – 表面光滑得膜耐污染性好。
3、进料得组成和性质 – 进料会与膜有相互作用: – 静电作用:膜表面电荷与溶液中荷电介质相同时,相互排 斥,膜不易被污染;反之则易被污染; – 范氏压力:溶质和膜亲水,则之间吸引力弱,溶质不易污染 膜;
其她:进料浓度,温度,pH,离子强度,溶质分子大小和形状等。
19
6、 减少或防止膜污染得方法
① 料液预处理(热处理、pH调节、离子交换、加入 离子隐蔽剂、预过滤、加入稳定剂)
② 膜材料得选择(考虑膜得亲疏水性、荷电性。亲 水性膜及膜材料电荷与溶质电荷相同得膜较耐污 染;对膜表面进行改性)
③ 膜孔径或截留分子量得选择(通过实验选择最佳 孔径得膜)
污染也可定义为由于被截留得颗粒、胶粒、乳浊液、悬浮 液、大分子和盐等在膜表面或膜内得(不)可逆沉积,这种沉 积包括吸附、堵孔、沉淀、形成滤饼等。
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通量随时间变化得趋势。 可以从中区别浓差极化和污染
造成通量持续下降得原因就是膜得污染
膜受到污染时,主要标志及症状: a) 水通量逐步下降(膜通量下降); b) 通过膜得压力和膜两侧得压差逐渐增大(进料压
水处理工程：第8章膜分离(2)
淡水
Mg2+
盐水Ca2+
——溶液渗透压差
H2O
ClNa+
50
三、反渗透工艺系统
（2）脱盐率 CF CP 100%
CF
CF——进水含盐量 CP——淡化水含盐量
有循环时，物料平衡： QFCF (QF QP）CC QPCP
浓水CC QC
进水CF QF
膜进水侧平均浓度:
Ca
QFCF (QF QP )CC QF (QF QP )
19
膜 对
电渗析膜对组装图 20
隔板甲、乙连接的配水孔与流水道的布水槽位置不同。
21
两种隔板型式
三、电渗析器
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阴极
阳膜 +
−
三、电渗析器
−
阴膜
+−
阳极
阳膜
+
出水
淡水隔板 膜对
浓水隔板
进水
24
三、电渗析器
2.组装 “级”和“段”的概念： 一级：一对正、负极之间的膜堆 一段：具有同一水流方向的并联膜堆 增加段数：加长水的流程，脱盐效率↑ 增加级数：两个电极之间的电压↓
第8章 膜分离 （Membrane technologies）
1
本章内容
第1节 膜分离概述 第2节 电渗析 第3节 反渗透 第4节 超滤与微滤
2
第1节 膜分离概述
一、膜分离定义 二、膜分离分类 三、膜分离特点
3
一、膜分离定义
以具有选择通过功能的薄膜(membrane)为分离介质，
在某种推动力(driving force)作用下，选择性地分离
原料中的某种组分。
膜
渗
原
透
第八章：金属化
30
解决结穿刺问题的方法： 1. 采用铝－硅（1~2%）合金或铝－硅（1~2%） －铜（2~4%）合金替代纯铝； 2. 引入阻挡层金属化以抑制硅扩散。
电迁徙现象当金属线流过大电流密度的电流时， 电子和金属原子的碰撞引起金属原子的移动导致 金属原子的消耗和堆积现象的发生，这种现象称 为电迁徙现象。
41
硅化物的基本特性 1. 电阻率低（Ti：60 μΩ－cm ， TiSi2 ：13～ 17μΩ－cm ） 2. 高温稳定性好，抗电迁徙性能好 3. 与硅栅工艺的兼容性好 常用的硅化物 1. 硅化钛TiSi2 2. 硅化钴CoSi2 （0.25um及以下）
42
CMOS结构的硅化物
43
28
6. 抗腐蚀性能好，因为铝表面总是有一层抗腐蚀性 好的氧化层（Al2O3） 7. 铝的成本低 铝的缺点 1. 纯铝与硅的合金化接触易产生PN结的穿刺现象 2. 能出现电迁徙现象
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结穿刺现象：在纯铝和硅的界面加热合金化过程中 （通常450～500℃） ，硅将溶解到铝中，特别是在 几个点上大量溶解，使铝像尖刺一样刺入硅中，甚 至造成PN结的短路失效。
2. 铜在硅和二氧化硅中扩散很快，芯片中的铜杂质沾
污使电路性能变坏 3. 抗腐蚀性能差，在低于200℃的空气中不断被氧化
克服铜缺点的措施
1. 采用大马士革工艺回避干法刻蚀铜 2. 用金属钨做第一层金属解决了电路底层器件的铜沾 污
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大马士革工艺 大马士革是叙利亚的一个城市名，早期大马士革的 一位艺术家发明了在金银首饰上镶嵌珠宝的工艺， 该工艺被命名为大马士革。集成电路的铜布线技术
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离子产生
简化成三步
大学化学《化工原理 蒸发》课件
pm p p p gL / 2
p：液面上的压强； L：加热管底部以上液层高； ρ：液体的平均密度。
§7.2 单效蒸发
14
＝t( pp) t( p)
3. 管道流体阻力产生压降的影响
p < p′ 二次蒸汽饱和温度↓
⊿'''＝1℃ （三） 蒸发器的生产能力和生产强度
生产能力: 单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率 Q
（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；
（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。
（3）设备的清洗和维修也不够方便。 应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。
§7.4 蒸发设备
2. 悬筐式蒸发器（自然循环型）
优点：加热室可由顶部取出进行 清洗、检修或更换， 而且热损失也较小。
适用于易结晶或结垢溶液的蒸发
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二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，
操作费比单效蒸发小； 注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，
效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，
设备费比单效蒸发大。
效数越多，设备费增大的幅度越大。
§7.3 多效蒸发
§7.4 蒸发设备
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缺点：
❖液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求 加热蒸汽有较高的压力。
❖设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
4. 强制循环蒸发器
循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制, 一般在2.5m/s以上。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 能耗大。
§7.4 蒸发设备
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（二）单程型蒸发器
2023届高考地理二轮复习课件-专题二 主题8 蒸发
(3)实际蒸发量 实际蒸发量最直白的理解就是能蒸发的数量。在极度干旱的地区，降水 量很小，它的实际蒸发量与降水量是相等的。例如新疆吐鲁番盆地的托 克逊，气象站测量的蒸发量是3 700 mm，然而实际情况是那里的年降水 量不足10 mm，所以当地自然条件下可以提供的蒸发量最多也就是10 mm， 也就是说实际蒸发量只有10 mm。
(1)我国西北地区水面年蒸发量大多在1 200毫米以上。分析赛里木湖湖面年蒸发量较低的原因。(8分)
背景 赛里木湖被称为“大西洋最后一滴眼泪”
位于新疆天山山脉中，东西长30公里，南北宽25公里，面积453平方公里，整个湖面呈椭圆形, 属于封闭 的内陆湖。 大西洋暖湿气流长途跋涉后，无法翻越天山北坡，只能在这里徘徊，再受到地形抬升的影响形成了充沛 的降水，汇集到这个高山盆地里，因此，赛里木湖也有“大西洋的最后一滴眼泪”的美称。
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3.该流域林地地表蒸散低于草地的主要原因是 A.林地海拔低于草地
√B.林地温度低于草地
C.林地降水少于草地 D.林地风速大于草地
气温高，地表蒸散大，气温低，地表蒸散小。 林地的生物量较草地更多，植被高大，林下光照较少，地温低，且林地对局地气温的调节更为明显， 林地温度低于草地
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每年五六月便开启花海模式
9.(2022·福建厦门模拟)阅读图文资料，完成下列要求。(20分) 补给：高山冰雪融水补给 冰川水特点：不含盐；气温低
赛里木湖(下图)海拔约2 073米，全年盛行偏西风，流域年降
水量约257.4毫米，湖面年蒸发量约550.0毫米，结冰期长达6个月；
湖岸岩性较为单一，多为黏性差、易透水的粉砂层。近60年来，赛
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1.推测贺兰山西坡没有而东坡独有的自然带是
生化分离工程知识点总结归纳
生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质（产品）制备的过程，是生物产业的一个重要组成部分。
2、生物工程下游加工过程的特点：（1）成分复杂：固体成分、液体成分（2）悬液中的目标产物浓度低（3）稳定性差：化学（温度和pH值）或微生物引起的降解（4）生物产品质量要求高：纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程（4个阶段）：发酵液的预处理与固液分离、初步纯化（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。
4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。
第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法：（1）加热：最简单、最经济的预处理方法是加热，降低料液黏度，也可以对其进行灭菌。
但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。
（2）调节料液的pH值：促进全细胞聚集。
（3）凝聚和絮凝：凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。
常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。
絮凝是指预处理时加入絮凝剂（通常指天然或合成的生物大分子聚电解质）既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。
这些絮凝团很容易被过滤得到。
主要絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。
（4）使用惰性助滤剂：硅藻土、珍珠岩。
2、真空过滤器的优点：连续自动操作,节省人力，生产能力大。
真空过滤器的缺点：附属设备多，投资费用高，推动力小适用于量大易过滤的料液。
3、压滤器的优点：过滤推动力大，过滤面积大。
压滤器的：缺点：板框压滤机劳动强度大，投资、维护费用高。
第五章 膜分离技术2
L：膜管的长度(m)，
d：膜管经(m)，
l：料液密度(kg/m3)。 k：从入口到管长为L处的平均传质系数(m/s)
Sh：Sherwood准 度(Pa s)
数，
u：流速(m/s),l
：料
液黏
5.14 膜渗透通量的影响因素
意义：k随流速的增大而提高；因此，流速的增大，透过通 量增大。
适合条件：对蛋白质溶液以及小分子有效，但对细胞和胶体 粒子的悬浮液无效。Why?
操作形式
终端过滤(Dean-end filtration) 错流过滤(cross flow filtration, CFF)：
流速：
流速对透过通量的影响反应在传质系数上，传 质系数k, 对于圆型管路的层流液(Re < 1800)为:
对于圆型管路的层流料液(Re > 4000)，可用下 式计算传质系数:
液量和透过通量不变，则目标产物和小分子溶质的物料蘅 算方程是
s0：溶质初始浓度， V：料液体积， s：洗滤后的溶质的浓度， VD：加水或缓冲液的体积， Rs：小分子溶质的截留率。
5.15 超滤操作方式
洗滤(Dia-filtration)： 意义：
料液体积V越小，所需VD越小。因此，洗滤前首先浓缩稀 料液可减少洗滤液的用量。但浓缩后，目标产物浓度增大 透过通量下降。所以，存在最佳料液浓度，使洗滤时间最 短。设目标产物的R=1，小分子溶质的Rs=0，浓缩后料液 体积为V，洗滤过程中其浓度和透过流量不变，目标产物 浓度和洗滤时间分别为：
第八章土的渗透性
第八章 土的渗透性渗透是指水在压力作用下通过土中孔隙发生流动的现象，渗透性是指土体被水渗透的能力大小。
如图8-1，由于上下游水位差的作用，土坝上游的水会通过坝体渗透到下游，水闸上游的水会通过闸基渗透到下游。
图8-1 水在土坝、闸基中的渗透由于水的渗透，会给挡水、输水等建筑物带来两类问题。
其一，引起水量损失，减小了经济效益，称为渗漏问题；其二，水在土中渗透，会使土中应力发生变化，改变土体的稳定条件，甚至造成土体的破坏，称为渗透稳定问题。
为了解决好上述问题，需要研究土的渗透性及其与工程的关系，以便为工程设计和施工提供依据。
8.1达西定律8.1.1达西定律的内容为了研究水的渗透规律，法国工程师达西做了大量的实验，于1856年总结得出，水在土中的渗透速度与土样两端的水头差成正比，与渗透长度成反比。
如图8-2，试验结果表示为ki L hkv ==（8-1） 或kiA vA q ==（8-2）式中v ——渗透速度，cm/s ；q ——渗透流量，cm 3/s ； h ——土样两侧的水头差，cm ；L ——土样的渗透长度，cm ；A ——垂直于渗流方向的土的截面积，cm 2；i ——水力坡降，L h i /=，即渗流单位长度的水头损失； k ——渗透系数，cm/s 。
k 是反映土体渗透性强弱的一个指标，其物理意义是单位水力坡降的渗透速度。
不同土的渗透系数见表8-1。
式（8-1）或（8-2）即为著名的达西定律，是水在土体中渗流的基本规律。
图8-2 砂土的渗透表8-1 常见土的渗透系数8.1.2达西定律的适用范围达西定律是在对砂土的试验中得到的，而且水流速度较小，处于层流状态，如图8-3（a）。
当土体为粘性土时，由于受到结合水的粘滞阻力的影响，当水力坡降较小时，不发生渗流，只有当水力坡降达到一定数值，克服了结合水的粘滞阻力后，才能发生渗流，我们把这一水力坡降称为起始水力坡降bi，则渗透速度可表示为)(biikv-=，如图8-3（b）。