膜技术--五种经典的膜分离过程--课件

膜技术应用五种经典的膜分离技术五种经典的膜分离技术1ppt课件膜分离过程的推动力有两类：膜分离过程的推动力有两类：一些主要的膜分离过程的推动力一些主要的膜分离过程的推动力一些主要的膜分离过程的推动力一些主要的膜分离过程的推动力借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。2ppt课件精品资料你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”压力驱动膜过程回顾压力驱动膜过程回顾5ppt课件6ppt课件7ppt课件1基本原理及操作模式基本原理及操作模式-微滤微滤8ppt课件9ppt课件10ppt课件11ppt课件12ppt课件13ppt课件14ppt课件2.基本原理及操作模式基本原理及操作模式-超滤超滤 原理：超滤同微滤类似，也是利用膜的原理：超滤同微滤类似，也是利用膜的“筛分筛分”作用进行分离作用进行分离的膜的膜 过程。在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过膜，大于过程。在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过膜，大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上，使大小不同的粒子得以分膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上，使大小不同的粒子得以分离，不过其过滤精度更高，因而膜孔更小，实际的操作压力也离，不过其过滤精度更高，因而膜孔更小，实际的操作压力也比微滤略高，一般为比微滤略高，一般为0.10.10.5Mpa0.5Mpa。对象：超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物（蛋白质，对象：超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物（蛋白质，核酸聚合物，淀粉，天然胶，酶等）、胶体分散液（黏土，颜核酸聚合物，淀粉，天然胶，酶等）、胶体分散液（黏土，颜 料，矿物料，乳液粒子，微生物）以及乳液（润滑脂，洗涤剂，料，矿物料，乳液粒子，微生物）以及乳液（润滑脂，洗涤剂，油水乳液）。采用先与适合的大分子结合的方法也可以从水溶油水乳液）。采用先与适合的大分子结合的方法也可以从水溶液中分离金属离子、可溶型溶质和高分子物质（如蛋白质、酶、液中分离金属离子、可溶型溶质和高分子物质（如蛋白质、酶、病毒），以达到净化、浓缩的目的。病毒），以达到净化、浓缩的目的。超滤膜一般为非对称膜，由一层极薄（通常为超滤膜一般为非对称膜，由一层极薄（通常为0.10.11um1um）具有）具有一定孔径的表皮层和一层较厚（通常为一定孔径的表皮层和一层较厚（通常为125um125um）具有海绵状或指）具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者起筛分作用，后者其支撑作用。状结构的多孔层组成，前者起筛分作用，后者其支撑作用。15ppt课件分离机理 一般认为超滤过程的分离机理为筛孔分离过程，但膜表一般认为超滤过程的分离机理为筛孔分离过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素，即超滤过程面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素，即超滤过程中溶质的截留包括在膜表面上的机械截留（筛分）、在膜中溶质的截留包括在膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔孔 中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附 三种方三种方式。式。超滤的操作模式和微滤类似，基本上是死端过滤和错流超滤的操作模式和微滤类似，基本上是死端过滤和错流过滤两种，但由于超滤的功能与微滤过滤两种，但由于超滤的功能与微滤 有所不同，微滤多数有所不同，微滤多数是除杂，产物是过滤液；是除杂，产物是过滤液；而超滤着重是分离，产物既可是而超滤着重是分离，产物既可是渗透液，也可是截留液或者二者兼而有之，因此在这两种渗透液，也可是截留液或者二者兼而有之，因此在这两种基基 本模式的基础上又发展了多种模式。本模式的基础上又发展了多种模式。16ppt课件3.基本原理及操作模式-纳滤 纳滤纳滤 (Nanofiltration)(Nanofiltration)是一种介于反渗透和超滤之间是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。它的右。与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。它的出现可出现可 追溯到追溯到7070年代年代 J.E.CadotteJ.E.Cadotte的的-3 0 0-3 0 0膜的研膜的研究，之后，究，之后，纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，但与反渗透纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，但与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作“低压反渗透低压反渗透”或或“疏松反渗疏松反渗 透透”。与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量低与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量低于于 200200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介介 于于200200500500之间的有机物有较高脱除率，基于这一特性，之间的有机物有较高脱除率，基于这一特性，纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在 百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和 去异去异味等。味等。17ppt课件分离原理 与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量，对不同价与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量，对不同价 态的离子存在态的离子存在DonnanDonnan效应；与反渗透膜相比，纳滤膜又不效应；与反渗透膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的，因此其分离机理在存在共性的同时，也存是完全无孔的，因此其分离机理在存在共性的同时，也存在差别。其对大分子的分离机理与超滤相似，但对无机盐在差别。其对大分子的分离机理与超滤相似，但对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制（溶解扩散原理），也的分离行为不仅由化学势梯度控制（溶解扩散原理），也受电势梯度的影响，即纳滤膜的分离行为与其荷电特性、受电势梯度的影响，即纳滤膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系，在现存的文溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系，在现存的文献报导中，关于纳滤膜的分离机理模型有空间位阻孔道献报导中，关于纳滤膜的分离机理模型有空间位阻孔道模型、溶解扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型、静模型、溶解扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型、静电排斥和立体位阻模型、电排斥和立体位阻模型、DonnanDonnan平衡模型等等。平衡模型等等。18ppt课件4.基本原理及操作模式-反渗透 反渗透是最精细的过程，因此又称反渗透是最精细的过程，因此又称“高滤高滤”（hyperfiltrationhyperfiltration），它是利用反渗透膜选择性地只能），它是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动透过溶剂而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程体混合物进行分离的膜过程,反渗透过程的操作压差一般反渗透过程的操作压差一般为为1.0-10.0Mpa1.0-10.0Mpa，截留组分为（，截留组分为（1-101-10）*10-10 m 10-10 m 小分子溶小分子溶质；质；水处理是反渗透用的最多的场合，包括水的脱盐、软化、水处理是反渗透用的最多的场合，包括水的脱盐、软化、除菌除杂等，此外其应用也扩展到化工、食品、制药、造除菌除杂等，此外其应用也扩展到化工、食品、制药、造纸工业中某些有机物和无机物的分离等。纸工业中某些有机物和无机物的分离等。19ppt课件渗透过程渗透过程:稀溶液稀溶液rh 渗透膜渗透膜浓溶液浓溶液溶液会升高至此点溶液会升高至此点,以达到压力平衡以达到压力平衡正常的渗透的过程是水由较稀溶液通过渗透膜流向较浓溶液正常的渗透的过程是水由较稀溶液通过渗透膜流向较浓溶液渗透渗透20ppt课件稀溶液反渗透膜浓溶液外来压力-反渗透过程是利用外来压力将水分子从较浓溶液经反渗透过程是利用外来压力将水分子从较浓溶液经过反渗透膜压迫流向较稀溶液过反渗透膜压迫流向较稀溶液.-由此可利用反渗透原理由此可利用反渗透原理,达到分离溶液内成分的目的达到分离溶液内成分的目的.例如例如:将水和溶解物质的分离将水和溶解物质的分离.反渗透反渗透21ppt课件分离机理 反渗透的分离机理与其他压力驱动膜过程有所不同，反渗透的分离机理与其他压力驱动膜过程有所不同，分离分离行为除与孔的大小有关外，极大程度地取决于透行为除与孔的大小有关外，极大程度地取决于透 过组分在过组分在膜中的溶解、吸附和扩散，因此与膜的化学、物理性质以膜中的溶解、吸附和扩散，因此与膜的化学、物理性质以及透过组分与膜之间的相互作用有密切关系，因此该过程及透过组分与膜之间的相互作用有密切关系，因此该过程的理论模型研究较多，至少可以归纳以下几个方面：的理论模型研究较多，至少可以归纳以下几个方面：现象学（非可逆热力学）模型：如现象学（非可逆热力学）模型：如Kedem-KatchaskyKedem-Katchasky模模 型、型、Spiegler-Kedem Spiegler-Kedem 模型和带电离子迁移模型等；模型和带电离子迁移模型等；溶解扩散模型和不完全溶解扩散模型；溶解扩散模型和不完全溶解扩散模型；优先吸附毛细孔流动模型；优先吸附毛细孔流动模型；摩擦模型；摩擦模型；孔道扩散模型等。孔道扩散模型等。22ppt课件反渗透示意图反渗透示意图 浓水浓水给水H2OH2OH2OH2OMgClFe+HCO3CaSO4Na+膜H2OH2OH2OH2OH2OH2O 产水23ppt课件操作模式：24ppt课件一级一段连续式25ppt课件一级一段循环式 一级一段循环式：经过膜组件的浓缩液部分返回进料一级一段循环式：经过膜组件的浓缩液部分返回进料 槽与槽与原有的料液混合再通过组件进行分离，由于浓缩原有的料液混合再通过组件进行分离，由于浓缩 液中溶质浓液中溶质浓度比进料液高，透过水的水质有所下降度比进料液高，透过水的水质有所下降 26ppt课件一级多段连续式一级多段连续式一级多段连续式:适合大处理量的场合，能得到高的水回收率。图适合大处理量的场合，能得到高的水回收率。图中是最简单的一级多段连续式，它把第一段的浓缩液作为第二段中是最简单的一级多段连续式，它把第一段的浓缩液作为第二段的进料液，再把第二段的浓缩的进料液，再把第二段的浓缩 液作为下一段的进料液，而各段的液作为下一段的进料液，而各段的透过水连续排出，透过水连续排出，这种方式浓缩液的量少，浓缩液中溶质浓度较这种方式浓缩液的量少，浓缩液中溶质浓度较高。高。27ppt课件一级多段循环式 一级多段循环式一级多段循环式:这种方式能获得高浓度的浓缩液。它把第二段这种方式能获得高浓度的浓缩液。它把第二段的透过液重新返回第一段作进料液，再进行分离。这是因为第二的透过液重新返回第一段作进料液，再进行分离。这是因为第二段的进料液浓度较第一段高，因而第二段的透过水质较第一段差，段的进料液浓度较第一段高，因而第二段的透过水质较第一段差，浓缩液经多段分离后，浓度得到很大提高，因此该模式适用于以浓缩液经多段分离后，浓度得到很大提高，因此该模式适用于以浓缩为重要目的的分离。浓缩为重要目的的分离。28ppt课件并联、串联方式连接为了达到给定的回收率，同时保证水在系统内的每个组件处于相为了达到给定的回收率，同时保证水在系统内的每个组件处于相同的流动状态以减少浓差极化而把膜组件排列成锥形的多段结构，同的流动状态以减少浓差极化而把膜组件排列成锥形的多段结构，其中断内组件以并联方式连接，段间组件以串联方式连接。其中断内组件以并联方式连接，段间组件以串联方式连接。29ppt课件多级多段循环式多级多段循环式流程如图多级多段循环式流程如图 所示，它是将第一级的透所示，它是将第一级的透过水作为下一级的进料液过水作为下一级的进料液再次进行反渗透分离，如再次进行反渗透分离，如此延续，将最后一级的透此延续，将最后一级的透过水引出系统；而浓缩液过水引出系统；而浓缩液 后一级向前一级返回与前后一级向前一级返回与前一级的进料液进行混合后一级的进料液进行混合后 再进行分离，这种方式即再进行分离，这种方式即提高了水的回收率，又提提高了水的回收率，又提高了透过水的水质，但泵高了透过水的水质，但泵的能耗加大，对某些过程的能耗加大，对某些过程如海水淡化由于前一级操如海水淡化由于前一级操作压力很高，因此在技术作压力很高，因此在技术上有很高的要求。不过如上有很高的要求。不过如果采用多级循环式操作，果采用多级循环式操作，可以降低操作压力，同时可以降低操作压力，同时对膜的脱盐性能要求也较对膜的脱盐性能要求也较低，有较高的实用价值。低，有较高的实用价值。30ppt课件重 点微滤、超滤、纳滤、反渗透定义微滤、超滤、纳滤、反渗透定义 微滤、超滤、纳滤、反渗透原理微滤、超滤、纳滤、反渗透原理微滤、超滤的主要操作方式（错流和微滤、超滤的主要操作方式（错流和死端操作）死端操作）四种膜的应用范畴（截留分子量）四种膜的应用范畴（截留分子量）能举出应用示例能举出应用示例 31ppt课件思考题：1.1.试比较四种压力驱动型膜过程的特点及应用范畴。试比较四种压力驱动型膜过程的特点及应用范畴。2.2.某厂家排出的工业废水，其主要成分为：杂质、悬浮物、某厂家排出的工业废水，其主要成分为：杂质、悬浮物、颗粒、大分子物质（分子量大于一万）、一定量的电解质。颗粒、大分子物质（分子量大于一万）、一定量的电解质。要使该废水达标排放，至少需使用那些膜过程？要使该废水达标排放，至少需使用那些膜过程？3.3.乳清是奶酪生产中的副产品，其中含有乳清是奶酪生产中的副产品，其中含有6%6%的固态溶解物，的固态溶解物，其中主要组分为乳糖、蛋白和盐，试设计一套组合流程，其中主要组分为乳糖、蛋白和盐，试设计一套组合流程，以便回收不同的组分。以便回收不同的组分。4.4.在膜分离过程的工艺设计中，有在膜分离过程的工艺设计中，有“级级”、“段段”的概念，的概念，请解释并绘制出一级四段连续式工艺设计图。请解释并绘制出一级四段连续式工艺设计图。32ppt课件电位差电位差离子交换膜与电渗析33ppt课件34ppt课件电渗析的基本过程35ppt课件电渗析器的级与段电渗析器的级与段一级一段一级一段一级两段一级两段两级一段两级一段两级两段两级两段一对正、负电极之间的膜堆称为一级一对正、负电极之间的膜堆称为一级具有同一水流方向的并具有同一水流方向的并联膜堆称为一段联膜堆称为一段36ppt课件37ppt课件38ppt课件39ppt课件40ppt课件双极膜41ppt课件42ppt课件43ppt课件44ppt课件重 点离子交换膜基本特性离子交换膜基本特性电渗析原理及应用电渗析原理及应用双极膜的结构、水解离机理及应用双极膜的结构、水解离机理及应用45ppt课件作业：1.1.双极膜电渗析与普通电渗析有什么差别和联系？双极膜电渗析与普通电渗析有什么差别和联系？2.2.用于灌溉的地表水通过电渗析脱盐，使用于灌溉的地表水通过电渗析脱盐，使NaClNaCl浓度浓度从从1.2g/L1.2g/L降到降到200ppm200ppm，系统共有，系统共有100100个室，每个个室，每个腔室的平均电阻为腔室的平均电阻为0.04 0.04，若处理量为，若处理量为10m3/h10m3/h，计算所需功率。已知电流效率为，计算所需功率。已知电流效率为9292。46ppt课件