膜分离技术--课件

膜分离技术11ppt课件内容提纲膜技术的发展历史膜技术的基本原理膜技术加工的工艺设备膜技术的特点膜技术在食品中的应用膜技术的发展前景22ppt课件膜技术的定义 膜技术是用天然人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。可利用液相和气相，对于液相分离，可用于水溶液体系、水溶胶体系以及非溶液体系等。膜技术是一种分子水平上的分离技术。33ppt课件1膜技术的发展历史Abble Nollet 发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪 膀胱内，首次揭示了膜分离现象1978年1816年Schmide首先提出超滤1864年Traube制成第一片人造膜亚铁氰化铜膜Zsigmomdy提出商品微孔滤膜制造法美国Reid教授提出反渗透加拿大学者Loeb和Souridjan研制成世界上第一张高性能醋酸纤维素反渗透膜1918年1953年1960年1961年美国Hevens公司首先提出管式膜组件的制造法，此后日本、丹麦等其他国家也研制了多种形式的膜组件，膜工业化应用迅速发展。44ppt课件 我国1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开始研究反渗透、超滤、微滤、液膜、气体分离等膜分离过程应用与开发研究。80年代后期又陆续开展了渗透汽化、膜萃取、膜蒸馏和膜反应等新膜过程的研究，并着手进行膜技术的推广应用工作。我国膜技术发展历史55ppt课件2膜技术的基本原理第一代膜分离过程微滤（MF）、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(RV)、乳化液膜(ELM)第二代膜分离过程蒸汽渗透(VP)、全蒸发(PV)、膜蒸馏(MD)、膜接触器(MC)、载体介导传递66ppt课件膜分离膜分离过程程 驱动力力传递机理机理透透过物物截留物截留物膜的膜的类型型微滤（MF）压力差（0.010.2MPa）根据颗粒大小水、溶剂和溶解物悬浮物、细菌类、微粒子多孔膜超滤(UF)压力差（0.10.5MPa）根据分子特性、大小、形状溶剂、离子和小分子（M1000）生物制品、胶体和大分子非对称膜纳滤（NF）压力差（0.52.5MPa）根据离子大小及电荷水、溶剂（M200）溶质、二价盐、糖和染料复合膜反渗透（RO）压力差（1.010MPa）根据溶剂扩散传递水、溶剂全部颗粒物、溶质和盐非对称膜电渗析（ED）电位差根据电解质离子选择传递电解质离子非电解质大分子物质离子交换膜膜蒸馏（MD）膜两侧蒸汽压差根据组分挥发性挥发性较大的组分挥发性较小的组分疏水性膜液 膜 分 离（LM）化学反应和浓度差根据反应促进和扩散传递电解质离子非电解质离子乳状液膜、支撑液膜几种主要的膜分离过程的特征77ppt课件88ppt课件膜性能表征膜的分离性能主要包括膜的分离性能主要包括分离效率、渗透通量和通量衰减系数1 分离效率表示溶液脱盐或微粒和某些高分子物质的脱除率，用R表示式中 cp 透过液浓度 cw 原液浓度 R100%99ppt课件2 渗透通量 组分透过膜的能力称为渗透通量，定义为单位时间内通过单位膜面积的透过物量，以JW 表示。式中 V 透过溶液的体积 S 膜的有效面积 t 运转时间 JW1010ppt课件3 通量衰减系数 膜的渗透通量衰减是由于过程的浓差极化、膜孔的堵塞等原因造成的，将随时间衰减。式中 Jt 膜运转t小时的透过速度 J1 膜运转1h的透过速度 m 通量衰减系数 Jt =J1 tm1111ppt课件截留分子量 膜孔的大小是表征膜性能的一个重要参数，通常用截留分子量表示膜的孔径特征。截留分子量用已知分子量的物质来测定膜的孔径，如膜对被截留物质的截留率大于90时，就用被截留物质的分子量表示膜的截留性能，称为膜的截留分子量。1212ppt课件微滤和超滤 微滤和超滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定的压力下，溶剂和小分子量的物质透过对称微孔膜，而大分子物质被截留,从而达到了净化的目的。1313ppt课件反渗透 反渗透过程主要是根据溶液的吸附扩散原理,以压力差为主要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加一外加压力1 000 10 000 kPa,当此压力大于溶液的渗透压时,就会迫使浓溶液中的溶剂反向透过孔径为0.1 1 nm 的非对称膜流向稀溶液一侧,这一过程叫反渗透。反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。1414ppt课件1515ppt课件纳滤 纳滤是根据吸附扩散原理以压力差作为推动力的膜分离过程。它兼有反渗透和超滤的工作原理。在此过程中,水溶液中低分子量的有机溶质被截留,而盐类组分则部分透过非对称膜，其截留分子量为200-1000。纳滤能使有机溶质得到同步浓缩和脱盐,而在渗透过程中溶质损失极少。纳滤膜能截留易透过超滤膜的那部分溶质,同时又可使被反渗透膜所截留的盐透过,堪称为当代最先进的工业分离膜。它具有热稳定性、耐酸、碱和耐溶剂等优良性能。1616ppt课件渗析 渗析也称透析是最早被发现和研究的膜现象。它是根据筛分和吸附扩散原理,主要利用膜两侧的浓度差使小分子溶质通过对称微孔膜进行交换,而大分子被截留的过程。渗析主要用于从大分子溶液中分离低分子组分。由于超滤技术的发展,渗析技术正逐渐被取代。但是近年来,血液渗析技术的发展使渗析技术得到重视,血液渗析和血液超滤技术互有补充,各有侧重。1717ppt课件电渗析 电渗析是膜分离技术中较为成熟的一项技术,它的原理是利用离子交换和直流电场的作用,从水溶液和其他一些不带电离子组分中分离出小离子的一种电化学分离过程。电渗析用的是离子交换膜,这一膜分离过程主要用于含有中性组分的溶液的脱盐及脱酸。1818ppt课件电渗析脱盐的原理图1919ppt课件气体分离 气体分离技术的基本原理是利用溶液的溶解和吸附扩散原理,以静压差1 000 15 000kPa作为推动力,根据混合气体中各组分透过膜的传递速率的不同而进行分离的过程。气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜,这一过程主要用于气体及蒸汽的分离。2020ppt课件渗透蒸发 渗透蒸发可用于传统分离手段较难处理的恒沸物、近沸物系的分离,微量水的脱除及水中微量有机物的去除。它是利用溶液的吸附扩散原理,以膜两侧的蒸汽压差0 100kPa作为推动力,使一些组分首先选择性地溶解在膜料液的侧表面,再扩散透过膜,最后在膜透过侧表面汽化,解吸,而一些不易溶解组分或较大较难挥发的组分被截留从而达到分离目的的过程。2121ppt课件浓差极化 在膜的分离过程中，水连同小分子透过膜，不能透过膜的溶质大分子被膜截留，不断积累在膜表面，使溶质在膜面处的浓度高于溶质在主体溶液中的浓度，然后以浓差扩散的方式，返回液体主流。这种现象称为浓差极化。超滤出现严重极化时，膜面产生凝胶层，对溶剂流动产生附加阻力，并使渗透速率的提高受到限制。反渗透出现严重极化时，则由于溶质浓度过高，会导致沉淀析出。2222ppt课件2323ppt课件2424ppt课件膜污染 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。2525ppt课件3膜技术的特点有效保持产品的色香味及营养成分 分离装置简单，操作容易，易自控膜分离工艺适应性强，处理规模可大可小，易于实现自动化控制适用的分离对象范围广节约能源，绿色环保效果明显2626ppt课件膜合成膜液态膜固态膜生物膜有机膜无机膜无孔膜对称膜不对称膜多孔膜复合膜转相膜不对称膜4膜技术加工设备膜种类分类方法来源形态材料结构制造2727ppt课件膜材料膜材料分为有机和无机两大类。有机材料主要包括：纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、聚烯烃类、聚酯类、硅橡胶类、含氟高分子类等;无机材料主要包括：主要以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃等为主。2828ppt课件膜材料特性适用膜类型纤维素类最早应用微滤、超滤及反渗透膜聚砜类性能稳定、抗化学腐蚀性强反渗透、微滤、超滤及气体分离膜聚酯类耐热、耐化学溶剂分离膜的支撑含硅类气体透过率高气体分离膜和渗透汽化膜含氟类化学稳定性强，表面张力极低，憎水性强，不易堵塞微滤膜陶瓷、金属等无机化学稳定性好，机械强度大，耐高温、抗微生物能力强超滤膜和微滤膜膜材料的特点2929ppt课件膜组件 由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或膜装置，它是膜分离装置的核心。目前市售商品膜组件主要有管式、平板式、螺旋卷式和中空纤维(毛细管)式等四种、其中管式和中空纤维式膜组件根据操作方式不同，又分为内压式和外压式。定义及分类3030ppt课件1 原料侧与透过侧的流体有良好的流动状态，以减少返混、浓差极化和膜污染。2 具有尽可能高的装填密度，使单位体积的膜组件中具有较高的有效膜面积。3 对膜能够提供高的机械支撑，密封性良好，膜的安装和更换方便。4 设备和操作费低。5 适合特定的操作条件，安全可靠，易维修等。一个良好的膜组件一般应具备下述要求：3131ppt课件平板式膜组件优点：制作组装比较简单，膜的更换、清洗和维护较容易，在同一设备内可视需要组装不同数量的膜。缺点：须密封的边界线长 平板式膜组件采用平板膜，其结构与板框过滤机类似。3232ppt课件管式膜组件优点：流动状态好，流速易控制，安装、拆卸、换模、维修均较方便，可用于处理高浓度的悬浮液，合适的流速可以防止浓差极化和污染。缺点：但装填密度较小，约为33330m2/m3 管式膜组件是把膜和支撑体均制成管状，或者将膜直接刮制在支撑管的内侧或外侧，将数根膜管（直径1020mm）组装，与列管式换热器相类似,有内压式和外压式两种。3333ppt课件卷式膜组件优点：螺旋卷式膜组件结构紧凑，装填密度可达8301660m2/m3缺点：制作工艺复杂，膜不易更换，易堵塞，膜清洗困难，必须对原水进行预处理。卷式膜组件是由中间为多孔支撑板、两侧是膜的“膜袋”装配而成，膜袋的三个边粘封，另一边与一根多孔中心管连接。其结构与螺旋板式换热器类似。3434ppt课件中空纤维式膜组件优点：单位设备体积内膜面积大，装填密度极大（1000030000m2/m3），不需要支撑材料。缺点：膜易堵塞，清洗不容易，不能处理含悬浮固体的原水。将膜材料制成外径为50100m、内径为1545m的空心管，即为中空纤维膜。也形如列管式换热器。3535ppt课件3636ppt课件5膜技术在食品加工中的应用过滤除菌在食品中的应用 纯生啤酒的生产不经过高温杀菌,采用无菌过滤法滤除酵母菌、杂菌；黄酒是一种非蒸馏酒,未经处理的原酒中含有大量的浑浊物、胶体物、细菌及其它微生物，采用过滤除菌，提高黄酒的品质。用无机膜对白酒、葡萄酒等其它果酒进行过滤除菌，保持产品的色、香、味，提高产品的保存期。酒类3737ppt课件3838ppt课件 酱油的生产过程多数暴露在自然空间，在原料发酵分解过程中，伴随着多种微生物的生长繁殖，在过滤除菌法中使用不大于0.5m的过滤膜便可把酱油中的杂菌完全除去。液态由稀醇生产醋的发酵过程中，由于黑色杆菌的存在导致液体产品的浑浊，通常采用无机膜连续的错流过滤可以去除浓缩物中的黑色杆菌，使液体产品得到澄清，并可以除去细菌。调味品3939ppt课件 M.Piot等人于1987年首次将无机膜用于全脂牛奶的过滤除菌，可以截留98%的脂肪，不截留蛋白质。果汁饮料的过滤除菌20世纪80年代初，无机膜过滤除菌技术就在法国果汁行业得到广泛应用，主要是除去很容易引起果汁变质的细菌、果胶及粗蛋白质，而且过滤果汁品质优良，比巴氏杀菌生产的果汁更具有芳香味。牛乳果汁4040ppt课件4141ppt课件膜分离技术在食品加工中已得到广泛应用。主要用于以下几个方面:(1)在粮油加工中对植物蛋白进行浓缩、提纯和分离(2)在乳制品加工中浓缩鲜乳，分离乳清蛋白和浓缩乳糖、乳清脱盐等。(3)利用膜分离技术对动物血浆进行浓缩。(4)利用膜分离技术对明胶进行提纯。(5)在饮料加工中，用于果蔬汁的澄清和浓缩。(6)膜分离技术在制糖工业中的应用。(7)膜分离技术在食用油加工中的应用。(8)膜分离技术在酶制剂生产中的应用。(9)膜分离技术在食品加工废弃物处理中的应用。4242ppt课件果汁澄清工艺流程4343ppt课件大豆深加工工艺流程4444ppt课件膜技术在乳制品加工中的应用4545ppt课件酶制剂生产工艺流程4646ppt课件在医药工业和医疗设备方面的应用在制药工业中膜技术主要用于:(1)利用微滤技术进行药物澄清;(2)利用超滤和反渗透技术进行药液精制和浓缩;(3)利用分渗透技术制备灭菌水,除热原水和注射水等;渗析技术在医药科学中的典型应用是人工模拟肾脏进行血液的透析分离;利用亲合膜技术,通过在膜上固载特定的功能配位键。4747ppt课件 在生物技术方面,膜技术也有各种应用,其中应用最广泛的是微滤和超滤技术。例如:从植物或动物组织萃取液中进行酶的精制;从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。4848ppt课件在环境工程中的应用 应用膜分离技术来处理工业废水、废气已经被证明是卓有成效的，在不少废水处理中膜分离技术能实现闭路循环,在消除污染的同时变废为宝，取得了较大的经济效益和社会效益。4949ppt课件6膜技术的发展前景 膜分离技术是对传统化学分离方法的一次革命，在国际上公认为21 世纪最有发展前途的一项重大技术革命。目前膜分离技术已经在医药、环保、海水淡化等众多工业领域得到广泛应用。随着膜分离技术的基础研究、应用技术研究的不断深入，其在推进工业发展进程中将发挥巨大的作用，它必将会极大地推动工业和社会进步，产生巨大的经济效益和社会效益。5050ppt课件新的膜分离技术集成膜分离技术新型膜材料综合性能强拓宽膜品种可降解环保膜蒸馏膜萃取膜反应综合利用几个膜过程,使之各尽所长,往往能达到最大限度的分离效果,取得最佳的经济效益5151ppt课件发展制约膜的浓差极化和膜污染问题膜的价格膜分离性能的提高5252ppt课件