化工分离过程(第22讲)(7.1膜分离技术一)
膜分离技术工艺流程
膜分离技术工艺流程膜分离技术是一种利用半透膜对物质进行分离的方法，广泛应用于水处理、食品加工、制药等领域。
膜分离技术工艺流程是指在膜分离过程中所涉及的一系列操作步骤，下面将详细介绍膜分离技术的工艺流程。
1. 前处理膜分离技术的前处理是为了避免膜污染和膜堵塞，通常包括预处理和中间处理两个阶段。
预处理主要是对原始液进行粗处理，如过滤、沉淀、调节pH值等，以去除悬浮固体、胶体颗粒和大分子物质。
中间处理主要是对预处理后的液体进行细处理，如活性炭吸附、氧化、消毒等，以去除溶解性有机物、微生物和残留氧化剂等。
2. 膜分离膜分离是整个工艺流程的核心步骤，通过半透膜的选择性渗透作用，将原始液中的溶质和溶剂分离。
根据分离机理的不同，膜分离可以分为压力驱动型和浓度驱动型两种。
压力驱动型膜分离主要包括微滤、超滤、纳滤和逆渗透等技术，可以用于分离悬浮物、胶体、溶解性大分子和溶质等。
浓度驱动型膜分离则是利用溶剂的浓度差异来实现物质的分离，如蒸发浓缩、气体分离等。
3. 后处理膜分离后处理主要是对膜分离过程中产生的浓缩物和稀释物进行处理。
浓缩物通常需要进一步处理以达到满足特定要求的浓度或纯度，如结晶、干燥、沉淀等。
而稀释物则需要进行废液处理，以避免对环境造成污染。
后处理过程中还可能包括对膜进行清洗和维护，以保证膜的使用寿命和分离效果。
4. 控制参数在膜分离技术工艺流程中，需要对一些关键参数进行控制，以确保膜分离的效果和稳定性。
例如，控制进料流量和压力可以影响渗透通量和分离效果；控制膜的温度可以改变物质的渗透速率和选择性；控制清洗液的pH值和浓度可以去除污染物和恢复膜性能。
这些参数的控制需要根据具体的应用和膜的特性进行优化。
5. 能耗评估膜分离技术工艺流程的能耗评估是指对整个工艺流程中能源消耗进行评估和优化。
膜分离过程中主要的能耗包括泵送能耗、压缩能耗、加热能耗和冷却能耗等。
通过对能耗的评估和优化，可以降低生产成本，提高能源利用效率，减少对环境的影响。
化工分离技术知识总结
化工分离技术知识总结化工分离技术是指在化工过程中，根据物质的物理和化学性质，通过不同的分离方法将混合物中的多个组分分离出来的技术。
它在化工生产中起着至关重要的作用，常用于提取、纯化、浓缩和分离不同物质等。
下面将对化工分离技术的常见方法和原理进行总结。
1.蒸馏蒸馏是一种将液体混合物分离为不同组分的常见方法。
它基于物质的沸点差异，通过加热使其中具有较低沸点的组分汽化，然后再通过冷凝使其变回液体。
这样就可以将混合物中的不同成分分离出来。
蒸馏可以分为简单蒸馏、精馏、气相色谱等。
2.结晶结晶是一种利用物质溶解度差异将溶液中的物质分离出来的方法。
当一个固体溶解在一个溶液中时，如果降低溶液的温度或增加溶质浓度，就会出现超饱和度。
超饱和度过高时，溶质无法保持在溶液中，开始结晶。
通过控制结晶条件，可以使不同物质的结晶产物有所区别，从而实现分离。
3.萃取萃取是一种通过溶剂选择性提取混合溶液中的目标物质的方法。
在萃取过程中，通过溶剂与混合物中的目标物质发生化学或物理作用，从而将目标物质从原混合物中分离出来。
萃取常用于分离有机物、提取天然产物等。
4.溶剂萃取溶剂萃取主要是通过选择性溶解和分配系数实现的。
在混合溶液中，选择适当的溶剂，使其与目标物质发生强烈的相互作用，从而使目标物质与溶剂有较高的分配系数。
通过分配系数的差异，可以将目标物质从混合溶液中提取出来。
5.色谱色谱是一种基于物质在固体或液体固定相和流动相中传递速度差异进行分离的方法。
根据物质的吸附性、分配性或分子大小等特性，通过在固定相上发生相互作用，使得不同组分在固定相和流动相之间的传递速度产生差异，从而实现分离。
常见的色谱方法包括气相色谱、液相色谱、离子色谱等。
6.膜分离膜分离是一种通过物质在膜上传递速度差异进行分离的方法。
膜可以使物质通过或滞留，通过选择合适的膜材料和膜结构，可以实现对不同成分的选择性分离。
常见的膜分离方法包括渗透膜分离、过滤、离子交换膜等。
膜分离的过程
膜分离的过程
什么是膜分离过程？
膜分离过程是指应用膜作为一种分离材料来处理物质的过程。
它可以帮助在流体中分离出不同的溶质，产生不同的浓度溶液，它的应用涵盖了污水处理、啤酒制造、水质净化等。
膜分离技术的基本原理是：在流体中，膜会有效地过滤细微悬浮物，它们的大小会被膜特定的孔径限制，只有尺寸较小的悬浮物（如颗粒、离子、生物活性物质等）才能通过膜，而大尺寸物质（细菌、反应产物、色素等）则被留在膜的外侧。
因此，可以通过选择膜的孔径，有效地分离出不同粒径的悬浮物，从而实现净化的目的。
膜分离过程包括四个主要步骤：第一步是膜的选择，根据要净化的物质，选择合适的膜材料、孔径大小、孔隙率等；第二步是膜层的渗透，使溶液渗透到膜内，从而实现分离；第三步是洗涤步骤，在洗涤过程中，将被留在膜内侧的粒子、有机物流失掉；第四步则是从膜内收集物质，得到清洗物质。
膜分离过程的优势在于它具有高效率、低成本、无污染等特性，它不仅能节省能源消耗，更可有效地回收有用的资源，是目前大多数分离处理过程的理想选择。
- 1 -。
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种重要的分离技术，通过膜将混合物中不同分子大小、形状、电荷和极性等特性的物质分离出来。
它广泛应用于各种领域，如环境保护、医药制造、食品加工、化学工业和电子行业等。
本文将介绍膜分离技术的工作原理、分类和应用，并探讨其未来的发展前景。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术利用膜作为分离介质，将混合物分离成两个或更多的组分，其中其中至少有一种组分通过膜而另一种组分不直接通过。
根据膜分离的机制可以分为以下三种类型：1、压力驱动膜分离技术压力驱动膜分离技术是指通过施加压力将混合物推动到膜上，以实现分离的技术。
膜的孔径大小、膜的材质和压力差均会影响分离效果。
该技术主要包括超滤、逆渗透和微滤等。
超滤是指利用孔径大小在10-100纳米的超滤膜去除溶液中的高分子物质。
逆渗透是利用高压驱动水通过0.1纳米左右的逆渗透膜，将混合物中的水增量分离出来，这是制取纯水的主要技术之一。
微滤是利用孔径在0.1-10微米的微滤膜去除悬浮物、细菌和微生物等。
2、电力驱动膜分离技术电力驱动膜分离技术是利用电场将混合物推动到膜上，实现分离的技术。
例如电渗析技术是利用电场和离子之间的电荷作用，将含有离子的溶液通过电场驱动到离子交换膜中，使得原来溶液中的阴离子和阳离子在两侧集中，最终通过两个极板分别收集。
3、扩散驱动膜分离技术扩散驱动膜分离技术是指利用分子间的扩散速率的大小差异，将混合物中的混合物分离的技术。
例如气体分离、液体浓缩和溶液析出等。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和分离机制的不同，可以将膜分离技术分为以下几种类型：1、纳滤技术纳滤技术是利用孔径在10-100纳米的纳滤膜，将分子大小在10-100纳米之间的物质分离出来。
纳滤技术主要应用于制备高分子材料、微电子器件制造和水处理等领域中。
2、超滤技术超滤技术是利用孔径在0.01-0.1微米之间的超滤膜，将分子大小在1000道100万道之间的物质分离出来。
超滤技术主要应用于蛋白质提取、水处理、生物制品制备和废水处理等领域中。
化工分离工程PPT课件
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
二
天然膜 生物膜
、
天然物质改性膜 人工膜 无机膜 金属膜
设 备
非金属膜 有机膜 均质膜
微孔膜
管卷板 式式框
式
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）
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用
操作中：
阳膜中带负电荷的基团“R SO3 ” 吸引溶液中带正电荷的离子，排斥带负电荷 的离子；
阴膜中带正电荷的基团“R N (CH3 )3 ” 吸引带负电荷的离子，排斥带正电荷的 离子
这种现象称：反粒子迁移
即：与膜所带电荷相反的离子穿过膜的现象 称反粒子迁移。
+++++++++++
1
Na
新型分离技术
第一节 膜分离技术 第二节 吸附分离 第三节 反应精馏
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
J — 时间时的渗透通量 kg / m 2 h m — 率减系数（小数）
2. 物化稳定性
强度、耐温、耐压性等
二、分离设备 （1）板框式膜具
↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
化工分离过程
( 7 ) 由 Ki ˆiL ˆiV 求取 Ki
例题
［例2-1］计算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常数 (实测值KC2=1.726)。
解： （1）理想气体+理想溶液
fˆiV pyi
fˆiL pis xi
Ks C2
yi xi
ps C2 p
9117.0 2.647 3444.2
溶质的活度系数基准态定义为：
xi
0,
* i
1
不对称型 标准化方法
ˆiV
相平衡常数：
Ki
yi xi
i fiOL ˆiV P
？求取液相活度系数
2、液相活度系数 i：
活度系数i由过剩自由焓GE推导得出：
Excess free energy:
c
G E f ( i ) ni RT ln i i 1
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
pA
p* A
xA
pB pB* xB pB* (1 xA )
p pA pB p*AxA pB* (1 xA )
pB* ( p*A pB* )xA
（2）p-x-y 图
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在 同一张图上。A和B的气相组成 yA 和 yB 的求法如下：
对象： 处于不同相态 分离依据：利用两相平衡组成不等的原理
B、速率控制分离 包括：膜分离（如反渗透 RO、超滤 UF、微滤 MF ）；
场分离（如电泳） ； 对象： 处于同一相态 分离依据：利用各组分传质速度的差异
我们要重点掌握的是传质分离中的平衡分离
三、发展趋势 1）传统分离技术改造：
《化工分离过程》
《化工分离过程》化工分离过程的基本原理是根据化合物之间的性质差异，利用不同的分离原理将混合物分离成纯净的组分。
常见的分离原理包括物理性质差异（如沸点、沸点、相对分子质量等）和化学性质差异（如酸碱性、溶解度等）。
混合物中的化合物可以是液体、气体或固体，分离过程需要根据不同的化合物性质选择合适的分离技术。
常见的分离技术有蒸馏、萃取、吸附、结晶等。
蒸馏是利用液体化合物的不同沸点将其分离的技术。
一般情况下，液体化合物的沸点在常压下不同，通过加热混合物，将低沸点物质汽化并后冷凝得到纯净的组分。
萃取是利用液体-液体的分配系数差异将化合物分离的技术。
在两个不相溶的溶剂中，将其中一种组分转移到另一相中，从而实现分离。
吸附是利用固体吸附剂与化合物之间的亲和力差异而实现分离的技术。
结晶是利用溶解度差异将化合物从溶液中析出的技术。
除了上述常见的分离技术，还有一些特殊分离技术被广泛应用于化工过程中。
例如，渗透膜分离技术可以通过选择性渗透膜将混合物中的成分分离出来。
通过渗透膜的孔径大小和化合物的分子量来选择性地分离，并可应用于气体、液体和固体的分离。
固体相变分离技术是利用化合物在不同温度下的相变特性分离的技术。
通过控制温度，使其中一化合物发生相变，并利用相变后的物性差异进行分离。
化工分离过程在工业生产中有着广泛应用。
例如，在石油化工领域，蒸馏技术被用于石油的提炼和馏分分离。
在制药工业中，萃取、溶剂结晶等技术被应用于药物的提取和纯化。
在化肥生产中，吸附分离技术被用于气体的纯化和脱硫。
化工分离过程的应用也涉及到食品、化妆品、环境保护等领域。
总之，化工分离过程是化学工程中的重要课题，通过合理选择分离技术，可以将混合物中的化合物分离出来，得到纯净的组分。
理解和应用化工分离过程对于提高化工工艺的效率和产品质量具有重要意义。
膜分离技术的原理
膜分离技术的原理膜分离技术是一种通过膜的选择性透过性来实现物质分离的方法。
它广泛应用于水处理、食品加工、药品制造、化工等领域，具有高效、节能、环保等优点。
本文将介绍膜分离技术的原理及其在实际应用中的一些案例。
一、膜分离技术的原理膜分离技术是利用膜的选择性透过性来实现物质分离的方法。
膜是一种具有特殊孔径和特定透过性的材料，可以将混合物中的物质按照其分子大小、形状、电荷等特性分离出来。
膜分离技术主要包括微滤、超滤、纳滤和逆渗透等几种类型。
微滤是通过孔径大小来分离物质的，主要用于去除悬浮物、细菌等大分子物质；超滤是利用分子大小和孔径大小之间的差异进行分离的，常用于去除蛋白质、胶体、大分子有机物等；纳滤则是通过孔径和物质的分子量之间的相互作用来实现分离的，一般用于去除有机物、重金属等；逆渗透是利用压力差和膜的透过性来实现分离的，用于去除离子、溶解性有机物等。
二、膜分离技术的应用案例1.水处理领域膜分离技术在水处理领域中被广泛应用，可以实现水的净化和回收利用。
例如，在海水淡化过程中，通过逆渗透膜可以将海水中的盐分、杂质等物质分离出来，从而得到淡水。
此外，膜分离技术还可以用于处理污水、废水，去除其中的悬浮物、有机物、重金属等。
2.食品加工领域膜分离技术在食品加工领域中也有广泛应用。
例如，在乳制品加工中，通过超滤膜可以将牛奶中的蛋白质、乳糖等分离出来，得到纯净的乳清。
此外，膜分离技术还可以用于果汁澄清、酒精浓缩等过程中，提高产品的质量和纯度。
3.药品制造领域膜分离技术在药品制造领域中也有重要应用。
例如，在生物制药过程中，通过超滤膜可以将细胞培养液中的细胞、蛋白质等分离出来，得到纯净的药物。
此外，膜分离技术还可以用于药物纯化、浓缩等过程中，提高产品的纯度和产量。
4.化工领域膜分离技术在化工领域中也有广泛应用。
例如，在有机溶剂回收过程中，通过纳滤膜可以将溶剂中的有机物分离出来，实现溶剂的回收利用。
此外，膜分离技术还可以用于分离气体、分离液体混合物等过程中。
《膜分离技术》课件
控制运行参数
根据实际运行情况，调整压力、流量等运行 参数，优化处理效果。
应急处理
针对突发故障或水质异常情况，采取相应的 应急处理措施，确保系统稳定运行。
04
膜分离技术的优势与局限 性
优势
高效分离
膜分离技术能够高效地分离混合物中 的不同组分，实现高纯度产品的制备 。
节能环保
膜分离过程通常在常温下进行，能耗 较低，且不产生有害物质，符合绿色 环保理念。
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THANKS
膜分离技术需要使用特定的化学品进行清洗和维护，因此化学品成本 也是需要考虑的因素。
环境效益分析
减少污染排放
膜分离技术可以有效地减少工业 废水中的有害物质排放，减轻对 环境的污染。
节约资源
膜分离技术可以提高资源的利用 率，减少浪费，对环境保护具有 积极的影响。
提高生产效率
膜分离技术可以优化生产流程， 提高生产效率，降低能耗和资源 消耗，从而减少对环境的负面影 响。
特点
孔径分布均匀、过滤精度 高、阻力小。
03
膜分离技术的工艺流程
原水预处理
去除大颗粒杂质
通过过滤、沉淀等方法去除原水中较大的颗粒、悬浮物和杂质。
降低浊度
通过加入絮凝剂、沉淀等方法降低原水的浊度，提高水质清晰度。
调节pH值
根据不同膜材料的特性，通过加酸或加碱调节原水的pH值至适宜 范围。
膜组件的安装与调试
2
膜分离技术可以有效地去除医药产品中的杂质和 有害物，膜分离技术的应用前 景越来越广阔，为新药研发和生产提供了新的技 术支持。
06
膜分离技术的经济效益分 析
投资成本分析
设备购置成本
膜分离技术的设备购置成本较高，包括膜组件、泵、管道等。
膜分离技术PPT
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
膜分离技术书
膜分离技术书一、前言膜分离技术是一种以膜为介质，利用膜的特殊性质，对物质进行分离、纯化和浓缩的技术。
膜分离技术具有操作简便、节能环保、分离效率高等优点，被广泛应用于化工、食品、制药、环保等领域。
本书将对膜分离技术的基本原理、膜材料、膜分离过程、膜分离设备等方面进行介绍。
二、膜分离技术的基本原理膜分离技术是一种物理分离技术，其基本原理是利用膜的特殊性质，将混合物分离成两个或多个组分。
膜的特殊性质包括选择性、通透性和分离度。
选择性是指膜对不同组分的分离能力，通透性是指膜对组分的透过能力，分离度是指膜对组分的分离效果。
膜分离技术主要分为压力驱动膜分离和电动势驱动膜分离两类。
压力驱动膜分离包括压力过滤、超滤、微滤和逆渗透等技术，其基本原理是利用压力差将混合物通过膜，将其中的大分子、悬浮物、胶体等分离出来。
电动势驱动膜分离包括电渗析、电吸附、电解质转移和电渗透等技术，其基本原理是利用电动势将混合物中的离子、分子等分离出来。
三、膜材料膜材料是膜分离技术的核心，其性能直接影响膜分离的效果。
常用的膜材料包括有机膜、无机膜和复合膜。
有机膜是以有机高分子为原料制成的膜，具有良好的弹性、可塑性和化学稳定性。
常用的有机膜包括聚酯膜、聚醚膜、聚氨酯膜、聚丙烯膜等。
无机膜是以无机材料为原料制成的膜，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能和高通透性。
常用的无机膜包括陶瓷膜、金属膜、玻璃膜等。
复合膜是由有机膜和无机膜组成的复合材料，具有有机膜的弹性和无机膜的耐高温、耐腐蚀性能和高通透性。
常用的复合膜包括聚酰胺膜、聚醚膜、聚氨酯膜等。
四、膜分离过程膜分离过程包括前处理、膜分离和后处理三个步骤。
前处理是指将原料进行预处理，去除其中的杂质、悬浮物、胶体等，以保证膜的正常运行。
常用的前处理方法包括沉淀、过滤、调节pH值等。
膜分离是指将预处理后的原料通过膜，将其中的组分分离出来。
膜分离的具体方法包括压力过滤、超滤、微滤、逆渗透、电渗析、电吸附、电解质转移和电渗透等。
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是材料科学和过程工程科学等诸多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域，是当代新型高效的共性技术，特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。
膜分离技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家过程工业，能源利用和环境保护的水平。
膜分离技术以选择性透过膜为分离介质。
在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体膜分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等)相比较，其过程大多为无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。
1.微滤(MF)Microfiltration，其特点：对称细孔高分子膜，孔径0.03～10 nm，滤除≥50 nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂和溶解物，被截留物质：悬浮物、细菌和微粒子。
2.超滤(UF)Ultrafiltration，其特点：非对称结构的多孔膜，孔径l～20 nm，滤除5～100 nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：溶剂、离子和小分子，被截留物质：蛋白质、各类酶、细菌和乳胶。
3.纳滤(NF)Nanofiltration，其特点：1 nm的微孔结构，滤除相对分子质量在200～2000，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂、相对分子质量<200，被截留物质：溶质、二价盐、糖和染料 (相对分子质量200～1000)。
4.反渗透(RO)Reverse Osmosis，其特点：带皮层的不对称膜、复合膜(<l nm)，用于水溶液中溶解性盐的脱除，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂，被截留物质：无机盐、糖类、氨基酸和BOD。
《膜分离技术》PPT课件
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
膜分离技术介绍
当疏水溶质要接触表面，必须破坏有序水，这需要能量，不易进行，膜而不易被
污染。
采用溶质电荷相同的膜：有些膜材料带有极性基团或可离解基团，因而在与
溶液接触后，由于溶剂化作用或离解作用使膜表面荷电，它与溶液中荷电溶质产
生相互作用，相同电荷排斥，膜表面不易污染。
膜孔径或截留分子量的选择：理论上讲，在保证能截留所需粒子或大分子溶
3
废弃的产品，而某些则是非常贵重的主要产物。表 3 列出了一些典型的应用，阴 影部分代表主要的产物。注意：透过液和浓水都可以是需要的产物，而可以同时 成为产物。
表 3 某些产物的膜过程类型
透过液
浓水
RO
染色工艺排水
洁净水
BOD，盐，化学品，废弃产品
纯水
低盐水
含盐水
乳清
低 BOD 透过液
乳清浓水
NF
的负离子。根据分子的大小和形状，纳滤也能截留不带电荷、溶解性物质和正电
荷离子。纳滤对氯化纳 0～50％的截留率主要决定于进水的浓度。纳滤属于“宽松 的反渗透”，是一种减少了盐截留率的反渗透膜。由于盐截留率的减少可以降低压
力和能耗，因此在有些项目上也是可以被接受的。
一般认为超滤（UF）的分离机理为筛孔分离过程，在静压差（0.1~0.5MPa） 为推动力的作用下，原料液中溶剂及小溶质粒子由高压的料液侧透过膜到低压侧，
迄今为止，还无法用显微镜从 RO 膜和 NF 膜中观察到小孔，但水还是透过了 膜而盐被截留了。这意味着自从制造出第一张膜后的 35 年来研究膜的科学家并不 真正了解膜是怎样的或为什么有这些功能的，或至少他们并不了解其中的细节。
而第一张膜是有人亲眼看到脱盐水通过膜而产生的。如果他只是通过显微镜来观
察膜，则他可能会拒绝接受这个事实，因为显微镜中根本无法看到小孔，因此也 不可能透过水。
化工总结-膜分离技术
膜分离技术1、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。
2、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。
3、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。
4、膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。
通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
5、6、水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内——膜渗透滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤，分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子——微孔过滤从海水或苦咸水中获取淡水——反渗透膜用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜——超过滤膜三大膜：超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）7、膜的分类按膜的材料分类：纤维素酯类，非纤维素酯类按膜的分离原理及适用范围分类：根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等按膜的形态分类：平板膜、管式膜和中空纤维膜。
按膜的结构分为：对称膜，非对称膜，复合膜8、膜过滤的基础理论通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动的毛细管理论。
9、膜分离过程的类型10、膜材料：用作分离膜的材料包括天然的与人工合成的有机高分子材料和无机材料。
目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料11、无机膜多以金属及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷为材料。
从结构上可分为致密膜、多孔膜和复合非对称修正膜三种12、离子交换膜的分类：（1）按可交换离子性质分类：阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极离子交换膜。
（2）按膜的结构和功能分类：普通离子交换膜、双极离子交换膜和镶嵌膜三种。
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决定膜的机械强度，为多孔状。
26
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
复合膜
复合膜是在非对称膜的表面再加上一层
0.25-15μm厚的致密膜形成的膜，膜的分离作用
主要决定致密活性层，她的优点在于活性层可以
用各种材料，因此具有较广的选择余地。它广泛
用于反渗透、气体膜分离和渗透汽化等过程。
27
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
cF
对于某些混合物的分离可以用分离系数α表示：
yA 1 y A xA 1 x A
7 2
32
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
膜的制备
1. 分离膜制备工艺类型 膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样 的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能 差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性 能分离膜的重要保证。 目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的 是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。
7.2 吸附分离 7.3 反应精馏 7.4 分离过程的选择（自学）
2
第七章 其它分离技术和分离过程的选择
主要内容
化工生产的不断发展与进步，对一些分离技术 的要求越来越高，分离的难度也越来越大。为了满 足人们对分离问题越来越高的要求，除了对常规分 离技术进行改进和强化之外。不断开发新的分离技 术也是解决各种特殊分离问题的有效手段。 本章我们将对一些重要的常规分离技术和新型 分离方法的基本原理和特点进行描述和研究。
25
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
非对称膜
非对称膜的特点是膜的断面不对称。有表面
活性层和支撑层组成，表面活性层很薄（0.1-1.5
μm)，膜的分离作用主要取决于它，表面活性层
致密无孔或孔径小于1nm的用于反渗透、气体分
离等。表面活性层孔径为1-20nm的膜成为超滤膜。 支撑层的厚度为50-250μm，主要起支撑作用，它
散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透 的研究。
6
7.1 膜分离技术
1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了 超过
滤 的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜
或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜
的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋
白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。
膜 的 分 类
液膜 按材料分类
无孔膜 多孔膜 按形态/结构 分类 不对称膜 对称膜 不对称膜
复合膜 转相膜 按制造方法分类
18
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
膜的分类
1. 按膜的材料分类
类别 纤维素酯类 非 纤 维 素 酯 类 膜材料 聚砜类 聚酯、烯烃类 含氟（硅）类 举 例 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
气体分离
压力差
渗透蒸发 液膜分离
压力差 浓度差
反应促进和 杂质 扩散传递
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
膜（Membrane）是什么？有何特性？ 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：
这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过
滤应称为微孔过滤。
7
7.1 膜分离技术
然而，真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。 1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种 比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水— 丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量 的膜，这种膜是真正的 超过滤膜。美国Amicon公 司首先将这种膜商品化。
发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又
得到了进一步提高。
10
7.1 膜分离技术
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初
研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，
为支撑液膜。
60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的 水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新 型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。 70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载体的
4
7.1 膜分离技术
膜分离过程的特点
膜 分 离 过 程 特 点
没有相变
常温完成
分离过程的能耗低 适合热敏物质分离
溶液中大分子分离 无机盐分离 共沸物或近沸点物系分离
特殊溶液体系的分离 产品互溶
清晰分离难
5
7.1 膜分离技术
膜分离技术发展简史
高分子膜的分离功能很早就已发现。1748
年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
膜的分类（Classification of membrane）
阳离子膜
液体膜 带电膜
分 离 膜
阴离子膜 过滤膜 精密过滤膜 非带电膜
超滤膜 纳米滤膜 反渗透膜
17
高分子膜
生物膜
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
膜 按来源分类 合成膜 生物膜 固体膜 有机膜 无机膜
◆ 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。
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
选择性透膜
膜上游
透膜
膜下游
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。通 常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。 16
致密膜
微孔膜
聚合物膜 非对称膜 复合膜 离子交换膜
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
致密膜
致密膜就是均匀的致密薄膜，物质通过这类 膜是依靠分子扩散。致密膜的渗透阻力与膜的厚 度成正比。因此，通常致密膜都很薄（5nm-5μm)， 又成为超薄膜。
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
微孔膜
微孔膜的孔径很小，一般在（0.02-10 μm)， 微孔膜有两种：多孔膜和核孔膜，前者的膜孔有 一较宽的分布范围，孔径曲折，膜厚50-250μm， 核孔膜用10-15μm的致密膜经过特殊处理制得， 其特点是孔为圆柱型直孔，孔径均匀，开孔率小。
离子交换膜
由离子交换树脂制成，主要用于电渗析、有
阳离子交换膜和阴离子交换膜两类，工业上用的 离子交换膜都是均质膜，厚度为设备
无机膜
聚合物膜通常在较低的温度使用（不高于200℃）， 而且要求原料与膜不发生化学反应。当在 较高的温度 下 或 原料流体为化学活性混合物 时，可以采用由无机材料 制成的膜。无机膜多以金属及其氧化物、陶瓷、多孔玻 璃为原料，制成相应的金属膜、陶瓷膜、玻璃膜等。这 类膜的特点是 耐热、机械和化学稳定性好 ， 使用寿命长 ， 污染少且易清洗 ， 孔径分布均匀 等，缺点是 易破损 ， 成 型性能差，造价高。 无机膜的发展大大扩宽了膜分离的应用领域。将无 机材料与聚合物材料制成性能更好的杂合膜。 29
3
7.1 膜分离技术
膜分离技术概论
膜分离一般是指利用膜（Membrane）对流体 混合物中不同组分的 选择性渗透 的特点来分离流 体混合物的操作过程。 膜分离过程利用流体混合物中组分在特定的 半透膜中迁移速度的不同，经过半透膜的渗透作 用，改变混合物的组成，对混合物中的 溶质和溶 剂 进行分离、分级、提纯和富集，达到组分间分 离的目的。
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
L—S型制膜法
将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模具 中流涎成薄层，然后控制温度和湿度，使溶液缓 缓蒸发，经过相转化就形成了由液相转化为固相 的膜。 其工艺框图可表示如下图7-1：
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
2. 相转化制膜工艺 相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或 向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固 相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是L—S 型制膜法。它是由加拿大人劳勃（S. Leob）和索里 拉金（S. Sourirajan）发明的，并首先用于制造 醋酸纤维素膜。
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
膜的材质与种类
聚合物膜
纤维素酯 脂肪族和芳香族聚酰胺 聚砜、聚丙烯睛 聚四氟乙烯 硅橡胶
膜 材 料
无机膜
高分子材料 制成的膜
无机材料 制成的膜
金属及其氧化物 陶瓷 多孔玻璃
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
聚合物膜分类
根据聚合物的结构和作用特点，聚合物膜分为：
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
聚酰（亚）胺类 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等
其他
壳聚糖，聚电解质等
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7.1.1 分离用膜和膜分离设备
2. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将 其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗 析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。
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7.1 膜分离技术
膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地 透过或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子 等。或者说，物质的分离是通过膜的选择性透 过实现的。几种 主要的膜分离过程及其传递机
理如表7-1所示。
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7.1 膜分离技术
表7-1 几种主要的膜分离过程
通量衰减
通量衰减是由于过程中的浓差极化、膜的压密 以及膜孔堵塞等原因所导致的膜的渗透通量随时间 而减少。 m 7 3 J J 0
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