第1页：第十章膜分离封面
第十章膜分离
第2页：本章学习目的与要求
本章学习目的与要求
- 了解膜分离的基本原理、各种膜分离的机理和各种分离膜的构造与特性
- 了解膜组件的构成、膜分离装置及典型流程。
- 了解各种因素对膜分离的影响。
- 掌握膜分离过程中浓差极化与膜污染的产生原因与消除方法。
- 重点掌握膜分离装置的选用。
第3页：膜分离过程的分类表
膜分离过程分类| 膜分离过程 | 孔径 | 推动力 | 传递机制 |
|---|
| 微滤 | 0.02～10μm | 压力差约 105Pa | 筛分 |
|---|
| 超滤 | 0.001～0.02μm（相对分子质量 103～106） | 压力差 105～106Pa | 筛分 |
|---|
| 纳滤 | ＞1nm（相对分子量 200～1000） | 压力差 5×105～1.5×106Pa | 溶解扩散、Donnan 效应 |
|---|
| 反渗透 | 0.1～1nm | 压力差 106～107Pa | 优先吸附、毛细管流动、溶解-扩散 |
|---|
| 气体分离 | 无孔 | 压力差 106～107Pa | 溶解-扩散 |
|---|
| 渗析 | 1～3nm | 浓度差 | 筛分加上扩散度差 |
|---|
| 电渗析 | 相对分子质量＜200 | 电位差 | 反离子迁移 |
|---|
| 渗透蒸发 | 无孔 | 分压差、浓度差 | 溶解-扩散 |
|---|
第4页：按推动力划分的膜分离过程
- 按动力本质分
- 以静压力差为推动力的过程
- 微滤（microfiltration, MF)
- 超滤（ultrafiltration, UF）
- 反渗透（reverse osmosis, RO)
- 纳滤（nanofiltration, NF)
- 以蒸汽分压为推动力的过程
- 膜蒸馏（membrane distillation, MD)
- 渗透蒸发（pervaporation, PV）
- 以浓度差为推动力的过程
- 以电位差为推动力的过程
第5页：膜的分类
第6页：均质膜与非对称性膜
常见膜的结构类型
第7页：铝膜纳米管膜与聚酰胺转相膜
常见膜的材料类型
第8页：膜性能的两类指标
第9页：反渗透的基本原理
10-2 反渗透
第10页：反渗透的轻键模型
反渗透的传质机理
- 轻键模型水分子逐渐从膜面进入膜内，最后透过膜；溶质通过高分子链间空穴，以空穴型扩散透过膜。
第11页：优先吸附毛细孔流动与溶解扩散模型
- 优先吸附－毛细孔流动模型
- 溶解扩散模型溶质先溶解（或吸附）在原料一侧膜表面，然后以扩散的方式通过膜，在膜另一侧表面解吸。可用于通过致密均质膜的传质过程，不要求致密是有孔的。
第12页：反渗透的浓差极化现象
10-2 反渗透
第13页：反渗透渗透通量的影响因素
- 反渗透的渗透通量
- 因素渗透通量的因素：
- 操作压差
- 操作温度
- 料液速度
- 料液的浓缩程度
- 膜材料与结构
第14页：一级一段连续式反渗透流程
反渗透的流程和装置
- 反渗透的工艺流程透过液的回收率不高，在工业中很少采用
第15页：一级一段循环式反渗透
- 一级一段循环式部分浓缩液返回进料液贮槽与原有的进料液混合后，再次通过组件分离。因浓缩液中溶质含量较原料液高，所以透过液的质量有所下降。
- 反渗透的工艺流程
第16页：一级多段连续式反渗透流程
- 一级多段连续式水的回收率提高，浓缩液的量减少，但浓缩液中溶质的含量增大。这种方式得到的浓缩液由于经过多段流动，压力损失较大，生产率下降，为此需增设高压泵。
- 反渗透的工艺流程
第17页：一级多段循环式反渗透
- 一级多段循环式第二段的透过水质较第一段差，这种方法可得到较高浓度的浓缩液。
- 反渗透的工艺流程
第18页：多级多段配置
- 多级多段配置对膜的选择更广泛每一级膜两侧的浓差减小，操作压差可以降低对设备的要求降低；但各级多需要泵将料液提高到较高的压力，能耗增加。
- 反渗透的工艺流程
第19页：超滤原理
10-3 超滤
第20页：超滤过程的传质模型
超滤过程的传质模型
第21页：超滤的浓差极化与减轻方法
- 超滤的浓差极化现象
- 减轻差极化的方法
- 超滤的浓差极化现象
- 回收率的控制（单个组件<15%,整机<50%）
- 流动型态和流程的控制（压降控制在3.92－4.9MPa）
- 填料法
- 搅拌法
- 扩大扩散系数法
第22页：湍流促进器与脉冲法
减轻浓差极化的方法
第23页：影响超滤渗透通量的因素及控制
第24页：超滤的间歇错流流程
第25页：超滤的连续错流流程
第26页：超滤和反渗透的主要设备
- 超滤和反渗透的主要设备
- 主要设备反渗透和超滤操作的基本设备包括预处理过滤器、高压泵、膜组件。其中膜组件是反渗透和超滤操作的主体设备。
- 膜组件
第27页：平板式膜组件
平板式膜组件
第28页：管式膜组件
管式膜组件
第29页：螺卷式膜组件
螺卷式膜组件
第30页：中空纤维膜组件
中空纤维膜组件与聚偏氟乙烯膜组件
注：原文作「聚偏乙烯膜组件」，按「聚偏氟乙烯膜组件」收录。
第31页：电渗析的基本原理
10-4 电渗析
第32页：电渗析中的传递过程与伴随过程
10-4 电渗析
第33页：离子交换膜的选择透过性
10-4 电渗析
- 离子交换膜的选择透过性空隙作用磺酸型阳膜的空隙结构作用静电作用和扩散作用离子交换膜的选择透过性
第34页：电渗析中的电化学过程
10-4 电渗析中的电化学过程
注：原文小节号作「0-4」，按本章编号「10-4」收录。
第35页：电渗析的浓差极化与极限电流密度
10-4 电渗析
- 浓差极化
- 浓差极化和极限电流密度
- 防治极化的方法
- 极限电流密度的计算极化时的浓度分布和离子迁移
- 电流极限密度：Z 和DA分别是阳离子A的价数和扩散系，F法拉第常数
第36页：电渗析装置的基本结构
10-4 电渗析
第37页：电渗析的主要部件
电渗析的主要部件
- 膜堆
- 极区
- 其他部件：浓、淡水隔板
- （a）有回路
- （b）无回路
- 1，6—料液流道；2，5—进水孔；3，8—出水孔；4，7—隔网
第38页：电渗析的三种操作方式
- 电渗析的操作流程多级连续电渗析操作间歇电渗析操作单级连续电渗析操作
第39页：膜分离技术在食品工业中的应用
膜分离技术在食品工业中的应用
第40页：液膜的分类与组成
10-5 液膜分离技术析
- 液膜的分类与组成
- 乳状液膜
- 支撑液膜乳状液膜示意图支撑液膜示意图
- 液膜的组成包括膜溶剂、表面活性剂和活性载体等。
第41页：液膜分离机理
- 液膜分离机理
- 无载体液膜分离机理
- 选择型渗透机理
- 选择性渗透与化学反应结合机理
- 萃取与吸附机理
- 有机载体液膜分离机理
第42页：液膜分离操作过程
- 液膜分离操作过程液膜法处理废水流程示意图包括液膜制备、液膜渗透、澄清分离和破乳四部分
第43页：本章总结与作业
请进入第十一章内容
