化工分离工程教学PPT--07

CF
2.影响因数
(1) 操作压差(推动力)
压差大,通量大,能耗大;
一般取一较好值(接近于凝界渗透通量时压差)
(2)料液流速
采用错流装置,使料液与膜面平行流动. 流速高,传质系数大,有利于提高渗透通量; 但:膜面压降大,能耗大. 因此:可采用湍流促进器,脉冲流动等提高流速.
(3)温度
温度高,料液粘度小,扩散系数大,有利于提高渗透 通量.
溶质在膜表 面附近积累
这种现象为浓差极化
浓差极化对过程的不利影响： 1）使 ,若p不变，传质通量低；
2）使截留率下降 3）XAi高于溶解度时，会出现沉淀，使膜阻力增 加。
减轻浓差极化的有效途径： 提高传质系数
方法： 增加料液流速；增加湍流速度；提高温度；
清洗膜面。
反渗透过程通量与下列因数有关：
2.电渗析过程
+
—
+++++++++++
1
Na
阳膜 阳级
2 Cl Na Cl Na
3 Na Cl
阴膜 浓缩室
阳膜 淡化室
4 Cl Na
Cl Na
阴膜 浓缩室
5 Cl
----------
阴级
过程：
1. 两电极间交替放置阴阳离子膜；
2. 在二膜形成的隔室中充入含离子水溶液；
3. 接上电源后，溶液中带正点荷离子在电 场作用下，向阴极方向运动，易穿过阳膜， 被阴膜挡住，带负电荷离子反之。
酸根：渗析出去后排除。 例：除去果汁中过量的柠檬酸
将原料通入两侧都为阴膜的脱酸室
-
HO
H
H +结果：
酸根
H HO
酸根 H
H2O 酸
4.废水处理
含有酸、碱、盐废水处理 （1）从金属酸洗液中回收酸与金属； （2）电镀废水中回收铜、镍、铬等金属； （3）从合成纤维废水中回收ZnSO4，Na2SO4； （4）造纸废水中回收碱等； （5）放射性废水处理。
五、工艺流程
1.循环操作流程
原水
储槽
+A CAC -
浓盐水
D
D
A：阴膜 C：阳膜
间歇式
2.三级连续操作
原
CC
水 DDD
CC D DD
脱
盐
CC
水
DDD
六、应用
1.水的纯化
海水、苦咸水、普通自然水纯化生产：饮用水，初 级水（锅炉或医用）或纯水。
方法特点： （1）与其他方法比较
电渗析不适用于 含盐高的海水淡化；
如生物碱、荷尔蒙等； c.血液过滤
除去有害成分或进行血清分离。
（5）工业废水处理
造纸工业废水：回收有用成分、水重新使用； 食品工业废水：回收有用的高分子物质； 纺织工业废水：含聚乙烯醇水处理、回收。
3.微滤应用
同于超滤，例：
。
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7.1.4 电渗析
电渗析：在直流电场的作用下， 利用离子交换膜的选择渗透性， 产生阴阳离子的定向迁移。
电极上导电：电子型
例：食盐水溶液
四种离子： Na , Cl , H , OH
电极反应：
在阳极： （氧化反应）
2OH 2e H2O Cl e [Cl]

[O]
1 2
O2


1 2 Cl2

特点：1.OHH减 C少l ，极水HC呈l 酸性；
2.产生O2，Cl2；另外HCl腐蚀设备。
费用 元/立方米
电渗析 多效蒸发 反渗透
适用与含盐低的 苦咸水。
优点：操作方便，设备简单。
料液浓度
一般，海岛、鱼船上仍 有实用价值。
(2)当原水盐浓度过低时，溶液电阻大，耗电 大，不经济。若要制纯水，可与离子交换 法联合使用。
原水
机械过滤 精密过滤
电渗析
阳离子 交换拄
阴离子 交换拄
微孔过 滤器
紫外灯 灭菌
5.离子膜电解
电解食盐制造NaOH
6.
AX+BY
AY+BX
A：阴膜 C：阳膜
(4)截留液浓度
浓度增加,浓度边界层增厚,易形成凝胶层, 使渗透通量减小.
三、工艺流程和应用 1.超、微滤流程
原料 储槽
膜组件 透过液
2.超滤应用 (1)食品、饮料工业
反渗透 超滤
(2)
失。
（3）配制葡萄酒中酒的澄清
（4）在药物制剂中的应用
另外：
a.对生物活性物质：
酶、病毒、核酸、特殊蛋白等的分离提纯； b.从植物或动物中提取药物：

（0T ,P1
）
)
渗透方向：水 膜盐水 (图a）
2. 由于水的渗透， P2开始升高，若 P2 P1 时 （T ,P2 ) （0T ,P1 )；水达到动态平衡（图 b）。 为水的渗透压。
3. 在溶液端加压，使 P2 增高，P2 P1 （T ,P2 ) （0T ,P1 )
4. 结果
2、4隔室中离子浓度增加，3室离子浓度 下降。
电渗析的条件：
1.直流电场 使溶液中的阳、阴离子作定向运动
2.离子交换膜的选择透过 使溶液中离子作反离子迁移
二、电渗析中传递过程 （1）反粒子迁移； （2）同名离子迁移； （3）电解质离子迁移； （4）水的渗透； （5）渗漏； （6）水的电渗析。 三、电极反应和电极电位 浓、淡隔室及膜中导电：离子型
一、电渗析的基本原理
1.采用的膜
由高分子材料制成，具有粒子交换基团的薄膜。 分：阳离子交换膜——阳膜
阴离子交换膜——阴膜
阳膜：
例：磺酸型，R-SO3H
——-SO3H为活性基因
在水中离解，产生 H ， H 进入水溶液。
阴膜：
例：季胺型， R N (CH 3 )3 OH
N (CH 3 )3
在阴极： （还原反应）
2H 2e H2 Na OH NaOH 1. H 减少，极水呈碱性； 2. 当极水中有Ca 、Mg 等离子时， 生成水垢； 3. 有H2气体排除。
一般操作中；
要按一定时间调换电极；并排除或加入水。
四、离子交换膜的选择透过 实用膜应具备：
1.选择透过性良好； 2.膜阻小； 3.较好的化学稳定性； 4.较高的化学强度，良好的尺寸稳定性，较低的 扩散性能； 5.便宜。 评价膜好坏的方法： 1.反粒子迁移数； 2.膜的通过性。
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
天然膜 生物膜 天然物质改性膜
人工膜 无机膜 金属膜 非金属膜
有机膜 均质膜
二
、
设
备
：
管 式
卷 式
板 框 式
微孔膜
非对称性膜
复合膜
离子交换膜
膜性能：
1.分离透过性
a. 透过通量
单位时间通过单位膜面积的物理量。
b. 分离效率 用截留率表示： （R）
渗透方向：盐水 膜水 (图 C）
溶液中水反渗透，使溶液增浓。
对于实际反渗透过程：
溶剂渗透时，少量溶质也渗透，两边都有溶质， 溶质与水之间各有渗透压，对于正常操作：
设： 1、 2 — 原料侧、 通过液侧渗透压
p 0
p2 p1 ( 2 1 )
一般：（p2 p1）为2 — 10MPa
高纯水
阴阳离子 混合床
2.海水、盐泉卤水浓缩制盐
传统法：盐田法 电渗析：占地小，投资省，劳动力省，不受地理条
件的限制。 例：我国西南地区盐卤泉，冬浓、夏淡。 采用电渗析制盐，使盐浓度提高到120g/l。
2.医药、食品工业中应用 几种类型：
（1）脱出有机物
有机物：在电场中不为离子，不能通过膜。
(2)有机物中酸的脱出和中和 H ：在阴极生成H2排除；
（1）操作压差 ：△P
△P ↑ ,使 JW=A（ △P —△ )↑
但有能耗大。∴ 选择适当的 △P (2)操作温度:T
T ↑,使纯水的透过系数A ↑,J ↑ 但受膜耐温所限。
(3)料液流速 流速大,传质系数大。 但溶质的渗透通量JA大。
（4）料液的浓缩程度 浓缩程度高，水回收率高。 但：① 有效压差小； ② 污染膜。
第七章 其它分离技术简介
第七章 其它分离技术简介
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第一节 膜分离技术
膜的作用：
选择渗透
适用：
1.热敏性物质 ——可常温操作
2.特殊溶液 ——可用于大分子、无机盐、蛋
白质溶液等
第一节 膜分离技术
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
分离用膜和膜分离设备 反渗透 超滤与微滤 电渗析 其它膜分离
的高分子 压差: 0.01-0.2MPa 原理: 原料液在压差作用下,小分子物质与小分子量
物质透过膜上微孔,流到低压侧. 机理: 筛分机理.
二、过程与操作
1.透过通量 溶剂 /(m2 s)
溶质: J S JV Cp JV (1 R)CF
R CF C P 100%
超滤：
进料
胶体大分子
溶剂、水
应用：1. 纯水制造 电子工业：超纯水；医药工业：注射剂、眼药水。 2. 废水处理 回收有用的物质 3. 产品加工 各种大分子物质分离，浓缩。
2.微滤过程(微孔过滤)
膜: 微孔,均质的多孔膜,孔径0.02-10μ微孔,
能截留直径为0.05-10 μ 的微粒或分子量大于 106
二、过程机理与传质方程 1.过程机理（不成熟）
1）是否筛分机理 反渗透采用膜孔径：2nm 不通过离子： 无机离子直径：0.1—0.3nm 水合离子直径：0.3—0.6nm