四川大学现代分离技术06-1.pptx

膜分离 (Membrane Separation) O 渗透物 O 推动力 △C,△P,△T,△E 膜分离过程示意图 膜 相 2 相 1 膜上游 透 膜 膜下游 所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一 层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这 两部分之间产生传质作用。 膜的特性： 不管膜多薄， 它必须有两个界面。这两个界面分别与两侧的 流体相接触 膜传质有选择性，它可以使流体相中的 一种或几种物质透过， 而不允许其它物质透过。 通 常 膜 原 料 侧 称 为膜 上 游， 透 过 侧 称 为膜 下 游。 选择性 透膜 膜分离 膜分离过程原理： 以选择性透膜为分离介质，通过 在膜两边施加一个推动力(如浓度差 、压力差或电 压差等) 时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达 到分离提纯的目的。 广义来说，每种膜 都是一类过滤单元。 与过滤分离一样，要 求被分离的混合物中 至少有一种组分几乎 可以无阻碍地通过膜， 而其它的组分则不同 程度地受到阻滞 膜分离 膜工艺分离特性示意图 不 好坏，由各组分通过膜的速率快慢来决定。 膜分离—— 速率分离过程 不同的膜分离的机理是有 区别的，但都是以速度差 来操作的。这是各种膜分 离方法共同的基本特征。 推动力：压差、分压差、浓 度差、电位差等； 其能量分离剂：机械能、化 学能、电能等。 膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，在两侧 加以某种推动力，利用原料侧各组分透过膜的扩散速 率的差异，从而达到混合物分离的过程；分离效果的 膜分离 原料液 相1 机械截留(筛孔效应) 物理作用或吸附截留 架桥作用 网络内部截流 截流机理和筛孔效应 渗透和渗透压 Donnar效应 膜分离的物理化学原理 1885年， Van t Hoff渗 透压定律： △冗=β ·RTZC 渗透是在膜两边渗透 超滤是在一外加压力差 △P△π 的作用下， 溶 剂逆向流动。 压差——△π的作用下的 渗 溶剂流动； 而反渗透、 透 △P△ π 反渗透 渗透和渗透压 盐溶液 纯水 H,O 1. 截留粒子大小的区别 反渗透与超滤适用于含分子态物质的溶液的分离，微粒过滤以10 μm 以 上的微粒为处理对象，而过滤往往是非均相液固系统的分离。 2. 操作成本的区别 过滤操作价格便宜，以间歇操作为主。膜过程很大程度上取决于膜的成 本，动力消耗也略大于过滤， 成本将高出过滤很多.常常为过滤的补充。 3. 对过滤介质和环境的影响 过滤：依靠滤饼，利用粒子的架桥作用所留下的空隙来实施液固分 离.受环境因素影响较小 膜分离：较窄的孔径分布，依靠膜本身所具有的微孔大小来达到分离效 果，具有较高的选择性。膜孔径小， 易受环境影响。 温度会使膜变形或膨胀，使膜在结构上产生变化，从而影响其选择性。 分离溶液的酸碱性也会造成膜透过特性的变化，影响膜材料的稳定性。 膜具有的薄且较脆的特点，又在较高压力下操作，粒子对膜的机械磨 损及膜被击穿而影响选择性。 膜分离过程与过滤过程的区别 膜可以在分子范围内进行分离。 大分子范围 微粒子范围 大粒子范围 0.01 0.1 1.0 10.0 10 100 1000 10000 100,000 500,000 硅胶颗粒 酵母细胞 病毒 细菌 蛋白质 微溶质 电渗析 扩散渗析 反渗透 气体分离 渗透蒸发 纳滤 超滤 渗析 原子/ 离子范围 小分子范围 0.001 1.0 100 200 1000 盐溶液 金属离子 糖 膜分离过程与过滤过程的区别 颗粒尺寸 um nm 分子量 不同于传统过滤的是， 膜分离过程 微滤 溶质 10-8cm 10⁻ 7cm 0. 1nm 0.2 0.5 1nm 2 Cl OH H Na Ca²+ 10-6cm 5 10nm 20 各病 种毒 10-5cm 10⁻ 4 cm 50100nm 200500 lμm 胶 10-3cm 2 510um 大 葡球 肠 萄菌 孔径 分离对象 分离法 分离膜 的种类 分 离 膜孔径 与膜 分 类 渗透汽化膜 透 析 膜(ED) 纳滤(NF) 微 滤(Mi 超滤(UF) 微 滤 膜(MP) 超 滤 膜(UF) 圆盘过滤 二 般 过 滤 反渗透膜(RO) 离子交换膜(正M) 气体分离、液体分离 反渗透(RO)] O2