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2010-06-12 膜分离技术概述 膜分离技术概述 膜分离技术概述 膜分离技术概述-基本概念 膜分离技术概述 膜分离技术概述 ★ 膜分离的特点 ①操作在常温下进行； ②是物理过程，不需加入化学试剂； ③一般不发生相变化（因而能耗较低）； ④在很多情况下选择性较高； ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 膜分离技术概述 常见膜分离方法 按分离粒子大小分类： 透析（Dialysis，DS） 微滤（Microfiltration，MF） 超滤（Ultrafiltration，UF） 纳滤（Nanofiltration，NF） 反渗透（Reverse osmosis，RO） 电渗析（Electrodialysis，ED） 渗透蒸发（Pervaporation，PV） 膜分离法与物质大小（直径）的关系 基本原理 基本原理 基本原理 定义：利用透析膜将料液与透析液分隔，在浓差作用下，料液中小分子溶质进入透析液，而透析液中的水进入料液。 基本原理 定义：使用离子交换膜，利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。 基本原理 基本原理 渗透蒸发原理 它是利用膜与被分离有机液体混合物中各组分的亲合力不同（料液侧为疏水膜），而有选择性地优先吸附溶液某一组分，及各组分在膜中扩散速度不同，在膜两侧分压差的作用下达到分离的目的。 渗透蒸发原理示意图 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 典型设备及流程 膜分离工艺流程图 膜分离技术的应用及存在问题 膜分离技术的应用及存在问题 纯净水处理工艺流程图 膜分离技术的应用及存在问题 管式膜结构图 管式 多通道组件 组件外壳 渗透液 原料液 渗透液 渗余液 渗透液 垫圈 中空纤维式膜组件 料液需要预处理，单根纤维管损坏时，需调换整个组件，不够成熟 保留体积小，单位体积中所含过滤面积大，可以逆流操作，压力较低，设备投资低 中空纤维式 高的设备投资和操作费用，保留体积大，单位体积中所含有过滤面积较小，压力降大 易清洗，单根管子容易调换，对液流易控制，无机组件可在高温下用有机溶剂进行操作并可用化学试剂来消毒 管 式 料液需经预处理，压力降大，易污染，难清洗，液流不易控制 设备投资低，操作费用也低，单位体积中所含过滤面积大，换新膜容易 螺旋卷式 投资费用大，大的固含量会堵塞进料液通道，拆卸比清洁管道更费时间 保留体积小，操作费用低,压力降小，液流稳定，比较成熟 板框式 缺 点 优 点 组件 1-料液 2-泵 3-膜组件 4-滤液 5-阀 6-压力表 应用 水的脱盐和净化 食品工业 医疗、卫生方面 石油、化工方面 环境工程 其他方面 海水与苦咸水淡化 电厂锅炉供水脱盐 超纯水制备 城市家庭饮用水的净化 乳品加工 酒类生产 果汁加工 酶制剂生产 医疗、卫生用水 药品生产 医疗应用 中药提炼 回收有机蒸气 制取富氧空气 无水乙醇生产 膜与生物技术 国防上的应用 交通、运输方面 脱气膜 电泳漆废水 电镀废水 纤维工业废水 造纸工业废水 其他废水 膜分离技术的应用及存在问题 膜分离技术的应用及存在问题 膜寿命有限 造价高 存在问题 放大因子基本是线性的 浓差极化和膜污染 2010-06-12 分离工程 目录 膜分离技术概述 膜分离过程的一些术语 基本原理 应用及存在问题 典型设备及流程 淡水资源缺乏 节约用水 海水淡化 废水处理 海水如何淡化? 废水如何处理？ 30万人/年肾衰病人；约1/6肾移植， 生命如何延长? 膜 分 离 什么是膜 ？ 膜是指分隔两相界面，并以特定的形式限制和 传递各种化学物质的薄层凝聚相。是两相之间 的不连续区间。 用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性 （孔径大小），以膜的两侧存在的能量差等 等作为推动力，允许某些组分透过而保留 混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。 什么是膜分离技术 ？ 图 1 膜分离过程示意图 膜的种类 根据膜的材质 固体膜 液体膜 根据材料来源 天然膜 合成膜 无机材料膜 有机高分子膜 根据膜的结构 多孔膜 致密膜 离子交换膜 渗析膜 微孔过滤膜 超过滤膜 反渗透膜 渗透汽化膜 气体渗透膜 根据膜的功能 膜分离技术概述 RO NF UF MF F 膜分离技术概述 20世纪30年代 微滤 40年代 透析 50年代 电渗析 60年代 反渗透 70年代 超滤 80年代 纳滤 90年代 渗透汽化 膜分离技术概述 膜分离方法发展简史 几种主要膜分离技术特征 膜分离技术概述 溶解扩散 压差 水-有机物和有机物-有机物溶液分离 渗透蒸发(PV) 经过离子