固膜分离实验设备实验指导书.doc

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固膜分离实验设备实验指导书

固-膜分离实验设备 实验指导书 固-膜分离 一实验目的 1.了解膜的结构和影响膜分离效果的因素,包括膜材质、压力和流。 2.了解膜分离的主要工艺参数,掌握方法。 二基本原理 膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介质,通过在膜两侧施加(或存在)一种或多种推动力,使原料中的某组分选择性地优先透过膜,从而达到混合物的分离,并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差(也称跨膜压差)、浓度差、电位差、温度差等。膜分离过程有多种,不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同,通常称进料流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。 微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)与反渗透(RO)都是以压力差为推动力的膜分离过程,当膜两侧施加一定的压差时,可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜,而微粒、大分子、盐等被膜截留下来,从而达到分离的目的。 四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径范围为0.05~10μm,所施加的压力差为0.015~0.2MPa;超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1μm的微粒,其压差范围约为0.1~0.5MPa;反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质,所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关,通常的压差在2MPa左右,也有高达10MPa的;介于反渗透与超滤之间的为纳滤过程,膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低,一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。2.1微滤与超滤 微滤过程中,被膜所截留的通常是颗粒性杂质,可将沉积在膜表明上的颗粒层视为滤饼层,则其实质与常规过滤过程近似。本实验中,对于超滤,筛分理论被广泛用来分析其分离机理。该理论认为,膜表面具有无数个微孔,这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样,截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒,从而达到分离的目的。应当指出的是,在有些情况下,孔径大小是物料分离的决定因数;但对另一些情况,膜材料表面的化学特性却起到了决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大,又比溶质分子大,本不应具有截留功能,但令人意外的是,它却仍具有明显的分离效果。由此可见,膜的孔径大小和膜表面的化学性质将分别起着不同的截留作用。2膜性能的表征 一般而言,膜的性能可用截留率(R)、透过液通量(J)和溶质浓缩倍数(N)来表示 (1—1) 式中,-原料液的浓度,kmol/m3; -透过液的浓度,kmol/m3 (1—2) 式中,/(m2h) -透过液的体积,L; S -膜面积,m2; t -分离时间,h。,即透过液的体积流量,在把透过液作为产品侧的某些膜分离过程中(如污水净化、海水淡化等),该值用来表征膜组件的工作能力。一般膜组件出厂,均有纯水通量这个参数,即用日常自来水(显然钙离子、镁离子等成为溶质成分)通过膜组件而得出的透过液通量。 (1—3) 式中, N-液的浓度,kmol/m3; -透过液的浓度,kmol/m3三实验装置与流程/m2 最大工作压力/Mpa 微滤(MF) 聚丙稀混纤 0.5 0.15 超滤(UF) 聚砜聚丙稀 0.1 0.15 表1-1膜分离装置

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