化工单元操作 膜分离技术 模块十一 膜分离技术.ppt

单内皮层 双皮层 超滤设备 实际应用的电渗析器 浓差极化形成 透过快的组分 透过慢的组分 推动力 膜 膜分离工艺操作 1、浓差极化 ① 由于膜表面渗透压的升高将导致溶剂通量的下降； ② 溶质通过膜的通量上升； ③ 若溶质在膜表面的浓度超过其溶解度可形成沉淀并堵塞膜孔和减少溶剂的通量； ④ 出现膜污染，导致膜分离性能的改变；严重时，膜透水性能大幅度下降，甚至完全消失。 浓差极化不良影响： 浓差极化属可逆性污染，不能完全消除，但可通过改变压力、速度、温度和料液浓度之类的操作参数，进行减弱。 2. 膜污染与防止 形成：料液中的溶质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的吸附、沉积而造成的膜孔径的变小及堵塞，从而引起膜分离特性不可逆变化的现象。 采取措施：料液预处理、及时清洗。 清洗： NaOH:水解蛋白质，皂化脂肪，溶解某些生物大分子 酸：HNO3，H3PO4， HCl（去除无机物） 表面活性剂：SDS（乳化，湿润，分散生物大分子等 氧化剂：NaClO(强氧化能力) 酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定 作用。 有机溶剂：20%--50%的乙醇可用于膜装置的灭菌和去除油脂等。但系统必须符合防爆要求。 任务二 认知吸附技术 一、吸附在化工生产中的应用 二、吸附操作的特点 三、吸附剂 1．吸附剂的性能要求 2．常用吸附剂 （活性炭、沸石、硅胶等） 四、吸附速率 五、吸附的分离过程及工艺 要求：自学 * 典型膜分离过程原理 1.超滤与微滤 2.纳滤 典型膜分离过程原理 4.电渗析 3.反渗透 渗透和反渗透 + - 极水 盐水 淡水 5.渗透蒸发原理示意图 　　　渗透蒸发膜　　　混合液 疏水膜 抽真空 典型膜分离过程原理 ? 四、膜分离应用特点 ? 膜分离过程不发生相变，能耗较低，能量转化效率高。 ? 可在常温下进行，特别适于对热敏感物质的处理。 ? 不需要投加其他物质，可节省化学药剂，并有利于不改变分离物质原有的属性。 ? 在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，能回收有价值的物质。 ? 膜分离装置简单，可实现连续分离，适应性强，操作容易且易于实现自动控制。 五、膜分离的应用 膜 海水淡化 工业废水处理 城市废水资源化 天然气 生物质利用 能源 水资源 传统工业 生态环境 除尘 CO2 控制 制 药 食 品 化工与石化 电 子 冶 金 燃料电池 洁净燃烧 工业领域 应用举例 金属工艺 金属回收；污染控制；富氧燃烧 纺织及制革工业 余热回收；药剂回收；污染控制 造纸工业 代替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收 食品及生化工业 净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收 化学工业 有机物除去或回收；污染控制；气体分离；药剂回收和再利用 医药及保健 人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化 水处理 海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化；废水处理 国防工业 舰艇淡水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理；野战供水 膜技术的工业应用 上海宝钢集团公司冷轧线 设备处理能力为：6万m3/年，油截留率大于99.9％，水回用率大于90％，回收油120吨/年 超滤除油（乳化液） 陶瓷膜分离、纳滤、反渗透 集成新工艺的处理量达12000吨/年 洋姜提取膜工艺 膜技术用于中药精制 传统中药精致工艺(醇沉法)。 工艺复杂，成本高、生产周期长，水溶性有效成分损失大 洗净 蒸发 煎煮 除杂 醇沉 乙醇回收 蒸发浓缩 膜过滤 膜浓缩 产品 保留率(％) 氧化苦参碱 苦参总黄酮 醇沉 66.02 54.77 微滤 79.72 77.23 注：中药苦参水醇沉与微滤比较 生化制药（工艺比较） 膜工艺 活性炭吸附 生物发酵液 酸化 离子交换 板框过滤 浓缩结晶 离心 产品 板框过滤 浓缩结晶 生物发酵液 酸化 离心 产品 膜过滤 离交吸附 膜技术用于生物质资源开发 膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率15－80倍 渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能60％ 生产装置总投资为传统分离方法总投资的40－80% 650 kcal/l 130 kcal/l 7 wt%乙醇 1380 kcal/l 42 wt%乙醇 93 wt%乙醇 99.8 wt%乙醇 980 kcal/l 350 kcal/l (~90 % ES) (~33 % ES) 纤维素 发酵 蒸馏 蒸馏 脱水 透醇膜 60 wt%乙醇 99.8 wt%乙醇 透水膜 传统过程:发酵速率低、能耗大 膜生物反应器：实现连续生产，降低操作成本 2003年8月29日一次性投产成功； 转化率和选择性均大于99.5％； 最终产品己内酰氨质量达到优级品 膜面积：108m2;处理量：35万吨/年