第九章膜分离技术讲述.ppt

【例9-2】反渗透实验中，原液为25℃的NaCl水溶液，浓度为3.5kg/m3，密度为999.5kg/m3，渗透压为280kPa，反渗透压差为3.0MPa。所得透过液密度为997kg/m3，渗透压为8.10kPa。渗透率常数A=3.5×10-9kg/（Pa·m2·s），B=2.5×10-7m/s。求水和NaCl透过膜的速率，溶质分离率和透过液的浓度。 解：①溶剂水的透过膜速率 A=3.5×10-9kg/（Pa·m2·s）；△p=3.0×106Pa △π=0.28×106－0.0081×106=0.272×106 Pa Jw=3.5×10-9×（3.0-0.272）×106=9.548 ×10-3kg/ (m2·s)?????????????????????? ②溶质的分离率 Cw2≈ρ=997kg/m3(透过液密度) ③透过液的浓度 已知： c1=3.5 kg/m3 c2=0.091kg/m3 ④溶质的透过速率 △c2=(c1-c2)=3.409 kg/m3 一是操作的pH，所控制的范围为3.0~10.0，最佳使用的pH范围为6.5~7.0； 二是操作时自由氯含量，必须控制在0.1mg/kg以下，以延长膜的使用周期； 三是进水温度，一般不能超过50℃，最佳进水温度为20~25℃。 (3) 反渗透的应用 反渗透、超滤和微孔过滤技术的原理和操作特点比较 分离技术类型 反渗透 超滤 微孔过滤 膜的形式 表面致密的非对称膜、复合膜等 非对称膜，表面有微孔 微孔膜 膜材料 纤维素、聚酰胺、PVDF等 聚丙烯腈、聚砜、 PVDF等 纤维素、PVC等 操作压力 /MPa 2～100 0.1～0.5 0.01～0.2 分离的物质 相对分子质量小于500的小分子物质 相对分子质量大于500的大分子和细小胶体微粒 0.1～10μm的粒子 分离机理 非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用 筛分，膜的物化性能对分离起一定作用 筛分，膜的物理结构对分离起决定作用 水的渗透通量 /[m3/(m2·d)] 0.1～2.5 0.5～5 20～200 4. 电渗析 (1) 电渗析原理 电渗析是基于离子交换膜对阴阳离子的选择型，在直流电场得作用下使阴阳离子分别透过相应的膜以达到分离的目的的一种分离方法。 电渗析的两个基本条件：一是直流电的电势差；二是具有选择性透过的离子交换膜。 电渗析装置 基本结构 电渗析中的电化学过程 电渗析的推动力－电位差 电极反应 膜电位 电阻 电流 阳极 阴极 5. 渗透汽化 渗透汽化的原理是在渗透汽化膜（疏水膜）的一侧通入料液，另外一侧（透过侧）抽真空或通入惰性气体，使两侧产生溶质分压差。在分压差的作用下，料液中的溶质溶于膜内，扩散通过膜，在透过侧发生汽化，汽化的溶质被膜装置内外设置的冷凝器回收。 1、控温装置（水浴循环，37℃）2、加料槽 3、电动搅拌器 4、发酵罐 5、恒流泵 6、转子流量计 7、渗透汽化膜组件 8、冷凝器 9、干燥器和缓冲罐 10、真空计 11、油泵 乙醇发酵与渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中的耦合强化 6. 气体分离 气体分离膜又称为致密膜，其结构较为致密。 其分离原理与渗透汽化原理相似，两者都是采用致密膜，无明显的孔隙。对组分的分离都是利用其选择透过性的不同而进行分离的。 气体分离的特点是分离系数较高，但渗透系数较低。 制膜的材料主要有硅橡胶膜，适用于气体分离和渗透蒸发，目前在食品工业中，主要用于气调保鲜。 第四节 影响膜透过通量的因素 传统的过滤操作主要用滤布为过滤介质，采用终端过滤(Dead-end filtration)形式回收或除去悬浮物，料液流向与膜面垂直，膜表面的滤饼阻力大，透过通量很低。 目前的超滤和微滤操作主要采用图所示的错流过滤(Cross—flow filtration，CFF)形式。错流过滤操作中，料液的流动方向与膜面平行，流动的剪切作用可大大减轻浓度极化现象或凝胶层厚度，使透过通量维持在较高水平。 1. 操作形式 2. 流速 已有很多经验关联式描述传质系数与流速的关系，传质系数随流速的增大而提高。因此，流速增大，透过通量亦增大。 当?p继续增大，出现凝胶层时，由于凝胶层厚度随压力增大而增大，所以 JV不再随?p增大，此时的 JV为此流速下的极限值(Jlim) 3. 压力 4. 料液浓度 第五节 膜的污染与清洗 膜分离过程中遇到的最大问题是膜污染（Membrane fouling），膜污染的主要原因来自以下几方面： 凝胶极化引起的凝胶层； 溶质在膜表面的吸附层； 膜孔堵塞，阻力位； 膜孔内的溶质吸附. 膜污染不仅造成透过通量的大幅度下降，而且影响目标产物的回收率。为保证