膜分离工程第三章膜分离中的传递过程
制药分离工程--重点总结
制药分离工程重点总结目录第一章绪论1、制药工业分类①生物制药、②化学制药、③中药制药。
2、分离过程的本质3、制药分离工程特点第二章萃取分离1、物理萃取与化学萃取2、液固萃取3、液固萃取的萃取过程4、液固萃取浸取溶剂选择原则5、按萃取级数及萃取剂与原料接触方式分萃取操作的三种基本形式①单级浸取；②多级错流浸取；③多级逆流浸取。
6、液液萃取7、乳化、形成乳化条件、乳状液形式①水包油型乳状液；②油包水型乳状液。
8、物理液液萃取、化学液液萃取的传质过程9、反胶团、反胶团萃取10、反胶团萃取蛋白质“水壳模型”的传质过程11、双水相的形成、双水相萃取及其基本原理12、双水相萃取过程13、超临界流体、超临界流体萃取14、超临界流体基本特性15、超临界CO2作萃取剂优点16、依分离条件分超临界流体萃取分离操作基本模式（1）恒温变压法：（2）恒压变温法：（3）恒温恒压吸附法。
17、超临界流体萃取天然产物质量传递过程18、超声波在萃取中的作用19、微波在萃取中的作用第三章膜分离1、膜分离2、膜分离物质传递方式（1）被动传递；（2）促进传递；（3）主动传递。
3、膜分离物质分离机理（1）筛分模型。
（2）溶解—扩散模型。
4、分离膜两个基本特性5、实用分离膜应具备的基本条件6、膜分离的膜组件形式7、膜分离操作的死端操作和错流操作8、膜分离过程的浓差极化9、浓差极化的改善除工艺设计充分注意外，在具体运行过程中可采取以下措施10、纳滤、超滤、微滤、反渗透相比膜孔径大小顺序11、微滤膜分离的截留机理（1）膜表面截留：（2）膜内部截留。
第四章蒸馏分离1、蒸馏、精馏2、精馏式间歇精馏、提馏式间歇精馏3、间歇共沸精馏、间歇萃取精馏：4、水蒸气蒸馏5、水蒸气蒸馏操作方式（1）过热水蒸气蒸馏；（2）过饱和水蒸气蒸馏。
6、分子平均自由程、分子蒸馏7、分子蒸馏机理8、分子蒸馏过程第五章液相非匀相物系分离1、过滤分离及其推动力2、过滤分离类型（1）滤饼过滤；（2）深层过滤。
分离工程题库
第一章绪论填空题:1、分离技术的特性表现为其（重要性）、（复杂性）和(多样性 )。
2、分离过程是（混合过程)的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。
3、分离过程分为（机械分离）和（传质分离）两大类4、分离剂可以是（能量）或（物质），有时也可两种同时应用。
5、若分离过程使组分i及j之间并没有被分离，则(a s ij = 1 ）。
6、可利用分离因子与1的偏离程度,确定不同分离过程分离的（难易程度）。
7、平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不相等）的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，并把其它影响归纳于（级效率 )中.8、传质分离过程分为(平衡分离）和（速率分离）两类。
9、速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（推动力）作用下经过某种介质时的（传质速率）差异而实现分离。
10、分离过程是将一混合物转变为组成( 互不相等）的两种或几种产品的哪些操作。
11、工业上常用（分离因子 )表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（固有分离因子）。
12、速率分离的机理是利用传质速率差异，其传质速率的形式为（透过率）、（迁移率 )和( 迁移速率）.13、绿色分离工程是指分离过程( 绿色化的工程）实现.14、常用于分离过程的开发方法有( 逐级经验放大法）、（数学模型法）选择题：1、分离过程是一个（ A )a.熵减少的过程；b。
熵增加的过程；c。
熵不变化的过程；d。
自发过程2、组分i、j之间不能分离的条件是 (C )a。
分离因子大于1; b.分离因子小于1； c.分离因子等于13、平衡分离的分离基础是利用两相平衡时（A )实现分离。
a. 组成不等；b。
速率不等；c. 温度不等4、当分离因子（ C )表示组分i及j之间能实现一定程度的分离。
a. aij = 1 b。
a sij= 1 c。
aij〈15。
下述操作中，不属于平衡传质分离过程的是( C ）a。
结晶；b。
吸收;c。
加热；d。
浸取.6、下列分离过程中属机械分离过程的是(D )：a。
膜分离技术的应用PPT课件
膜分离技术作为一门新型的分离、浓缩、提纯
及净化技术具有节能、不破坏产品结构、少污染和 操作简单，可在常温下连续操作、可直接放大、可 专一配膜等特点，且各种膜过程具有不同的分离机 制，适用于不同对象和要求。
膜分离技术在低度白酒除浊中具有很大的应用前景， 正在成为酿酒业的一个重要过滤技术，在去除杂质、 保持品质、降低能耗、缩短处理时间方面具有较大 的优势。
利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离,再采 用其它方法精制流程。其优点是:生产效率和产品 质量提高;简化了工艺流程;菌体蛋白不含外加杂质, 利用价值高,达到资源综合利用。
膜分离技术在乳清蛋白的回收的应用
干酪乳清先进行预处理，pH 值调整到5.2~5.9，在 71~85℃灭菌15s。然后进行超滤分离，常用醋酸 纤维素膜、聚砜膜或聚丙烯腈膜等， 截留相对分子 质量20000~25000，压力70~700kPa。乳清蛋白被 截留，截留率为95%~99%，而含有乳糖和无机盐 的溶液透过。利用该法乳清蛋白提得率提高近4倍, 而乳糖下降40%。截留的浓缩乳清蛋白经喷雾干燥 可得乳清粉，可用于配制婴儿乳粉、老人乳粉等。
▪ 医药用水 医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的,其工艺繁琐、 能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除 针剂热源和终端水热源,取得很好效果。
▪ 工艺水的处理(分离、浓缩、分级和纯化) 在各工业生产过程中,往往有分离、浓缩、分级和纯 化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、 加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表 现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率 低、操作繁琐等缺点,以超滤膜技术取代某种传统技
膜分离的原理
膜分离的原理是什么?何为纳滤膜？答：纳滤膜的透过物大小在1－10nm，科学家们推测纳滤膜表面分离层可能拥有纳米级（10nm以下）的孔结构，故习惯上称之为"纳滤膜"又叫"纳米膜"、"纳米管"。
纳滤膜净化原理？答：（1）溶解--扩散原理：渗透物溶解在膜中，并沿着它的推动力梯度扩散传递，在膜的表面形成物相之间的化学平衡，传递的形式是：能量=浓度o淌度o推动力，使得一种物质通过膜的时候必须克服渗透压力。
（2）电效应：纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南（DONNAN）效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。
道南平衡：当把荷电膜置于盐溶液中会发生动力学平衡。
膜相中的反离子浓度比主体溶液中的离子浓度高而同性离子的浓度低，从而在主体溶液中产生道南能位势，该能位势阻止了反离子从膜相向主体溶液的扩散和同性离子从主体溶液向膜的扩散。
当压力梯度驱动水通过膜进同样会产生一个能位势，道南能位势排斥同性离子进入膜，同时保持电中性，反离子也被排斥。
三达纳滤膜具有哪些特点？答：①超低压力下工作（0.15Mpa的压力下就可以稳定工作）。
②大通量供水。
在普通的市政水压下就可以使用，水通量可达15m2／小时。
③选择性离子脱除。
在去除细菌、病毒、过量金属离子、低分子有机物、氟、砷等有害物质的同时，保留一定量钾、钠、钙、铁等对人体有益矿物质。
④使用领域广。
在淡水处理、工业废水处理、医药和食品领域都有广泛的应用。
如何保存纳滤膜？答：纳滤膜的保存目标是防止微生物在膜表布的繁殖及破坏，防止膜的水解，冻结及膜的收缩变形。
前人就有微生物对膜性能的影响进行过多种试验，结果表明：不同的微生物对膜的性能产生不同的影响。
防止膜的水解，对任何膜都很重要。
温度和PH值是醋酸纤维素膜水解的两个主要因素。
《膜科学与技术》思考题
《膜科学与技术》思考题第一章导论1．什么是膜分离过程，用图加以解释。
答：膜分离过程以选择透过性膜（固体、液体、气体）为分离介质，当膜两侧存在某种推动力时，原料侧的组分选则性地透过膜以达到分离和提纯的目的。
2．膜分离过程的特点是什么？与传统分离过程相比最明显的优势在哪里？答：1. 是一个高效的分离过程。
分离系数高达80。
2. 能耗低。
被分离物质不发生相变化，分离过程通常在常温下进行。
3. 设备简单，占地面积小，操作十分便捷，可靠度高。
4 放大效应小。
设备的规模和处理能力可在很大程度上变化，而效率、设备的单价和运行费用变化不大。
3．膜分离技术主要的分离过程有哪些？这些过程所分离的对象是属于哪种状态的物质？答：反渗透Reverse Osmosis (RO) : 分离离子例如：海水脱盐、纯水制备超滤Ultra filtration (UF) ：分离分子例如：果汁的澄清、含油废水处理微滤Micro filtration (MF) ：分离粒子例如：城市污水处理气体分离Gas Permeation (GP) ：分离气体分子例如：富集氧气、氢气回收4．画出膜组件的示意图，标出各物流名称。
5．膜组件有哪几种形式？中空纤维膜组件(Hollow Fiber Module螺旋卷式膜组件(Spiral Wound Module)管式膜组件(Tubular Module平板式膜组件(Plate and Frame Module)毛细管式膜组件(Capillary Module)6．60年代，Souriajan –Lone 研制的是什么膜？60年代,Lobe 和Souriajan 共同研制了具有高脱盐率和高透水量的非对称醋酸纤维素(CA)膜,使反渗透过程由实验室转向工业应用.与此同时,这种用相转化技术制备的具有超薄分离皮层膜的新工艺引起了学术和工业界的广泛重视,在它的推动下,随后迅速掀起了一个研究各种分离膜和发展各种膜过程的高潮.7．R O、UF、GS分别代表哪些膜过程？RO—表示反渗透过程UF—表示超滤GS—表示气体分离过程第二章膜材料和膜的制备1．选择膜材料要考虑哪些方面的因素？答：具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物性、耐氧化性。
膜分离技术
膜分离技术马云翔 田福利(内蒙古大学化学化工学院) 摘 要 本文简要回顾了膜分离技术的发展历史。
简述了膜分离技术的基本原理及分类,并对其发展趋势进行了展望。
关键词 膜;膜分离技术;膜过程1 前言膜还没有一个精确、完整的定义。
一般的定义是,膜为两相之间的选择性屏障。
它以特定的形式限制和传递各种化学物质。
它可以是均相的或非均相的;对称型的或非对称型的;固体的或液体的;中性的或荷电性的。
其厚度可以从几微米(甚至十分之一微米)到几毫米。
膜分离方法是指利用天然或人工制备的无机膜或有机膜,借助于外界能量或化学位差的推动,对双组分或多组分溶质和溶液进行分离、分级、提纯和富集的方法。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩技术,过程中大多无相变化,常温下操作,有高效、节能、工艺简便、投资少、污染小等优点,特别对于处理热敏物质领域(如:食品、药物和生物工程产品)显出极大优越性,与传统分离操作(如:蒸发、萃取或离子交换等)相比较,具有显著的经济效益。
2 膜分离技术的发展简史膜在自然中,特别是在生物体内是广泛而永恒存在的。
可人类对它的认识、利用、模拟以至人工合成的过程却是及其漫长而曲折的。
人们对膜进行科学的研究则是近几十年来的事。
是在1748年,诺来特(Nollet)就注意到水自发通过猪膀胱而扩散到酒精中。
在1864年,特劳贝(Traube)才成功制成人类历史上第一片人造膜—亚铁氰化酮膜。
但直到1960年洛布(Loeb)和索利拉金(Souriraja)研究出具有商业价值的醋酸纤维素非对称(L-S)膜,确定了L-S制膜工业,才开创了膜技术的新纪元。
随后的20年是“膜技术的黄金时代”。
以石油危机和人类环境意识增强为契机。
伴随相关学科的发展,国内外学者对高分子膜的形成、膜结构、物性、性能、过程及应用等开展研究,取得了很大的进展,为以后膜科学的发展、膜技术的产业化奠定了基础。
3 膜与膜分离法3.1 膜的分类方法膜按材料可分为有机膜和无机膜;按结构可分为对称膜和不对称膜;按推动力分类可分为压力差推动膜、浓差推动膜、电推动膜、热推动膜等。
膜分离的基本原理和方法
膜分离技术在分离工程中的重要作用
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求 低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8，因此和 蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；
膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分 离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的 合适方式：
一.膜分离的基本原理
在一个容器中,用膜把它隔成两部分,膜 的两侧是浓度不同的溶液,通常小分子的 溶剂透过膜向稀溶液侧移动.
渗析(水分、小分子溶质）渗透（仅水分）
• 在乳品工业中，膜技术主要涉及到： 反渗透（RO）除去水，使溶液浓缩。 毫微过滤(NF)通过除去单价的成分如钠、氯（部分 脱盐），实现有机成分的浓缩。 超滤（UF）大分子的浓缩。 微滤（MF）除去细菌，大分子分离。
• 3、无化学变化。典型的物理分离过程，不用化学试剂 和添加剂，产品不受污染；
• 4、选择性好。可在分子级内进行物质分离，具有普遍 滤材无法取代的卓越性能； 5、适应性强。处理规模可大可小，可以连续也可以间 隙进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用 低易于自动化 。
存在的问题：
• 1、在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要 采用与工艺相适应的膜面清洗方法;
无化学变化 ：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添
加剂，产品不受污染；
选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代 的卓越性能； 适应性强 处理规模可大可小，可以连续也可以间歇进行，工艺
简单，操作方便，结构紧凑、维修费用低，易于自动化。
• 膜分离是借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜 分离是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行 分离、分级、提纯和浓缩的方法。分离用的膜具有选择渗透 性，也就是说，膜只能使某些分子通过，这对乳品工业具有 重要的意义，膜可以有效地把牛乳中的水分与其他成分分开。 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。
膜分离技术发展中的新模过程
膜分离技术发展中的新模过程【摘要】膜分离过程是一门新兴的多种学科交叉的高技术，近二十多年来膜技术有了迅速的发展。
膜过程在生产生活中已经占据了重要的地位，是需要物质分离的必不可少的技术。
随着科技的进步，膜分离过程技术已经占据了多个生产领域的半边天，如，气体和液体燃烧的生产、工业废水处理、空气隔离等等，都是贴近生活，造福于人类的技术。
【关键词】膜分离技术发展新模过程膜分离过程是一门新兴的多种学科交叉的高技术，近二十多年来膜技术有了迅速的发展。
膜过程在生产生活中已经占据了重要的地位，是需要物质分离的必不可少的技术。
随着科技的进步，膜分离过程技术已经占据了多个生产领域的半边天，如，气体和液体燃烧的生产、工业废水处理、空气隔离等等，都是贴近生活，造福于人类的技术。
1 纳米膜过滤技术20世纪90年代出现了纳米膜分离过程。
由于这类膜孔径是在纳米范围，所以称为纳滤膜及纳滤过程。
纳滤是介于反渗透与超滤之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离过程，它拓宽了液相膜分离过程。
纳滤特别适用于分离相对分子质量为几百的有机化合物，它的操作压力一般小于1 mpa，能截断相对分子质量为300 ～ 1000的分子（近来也有报导大于200或100的），这与制膜的技术有关。
纳米过滤膜截断相对分子质量范围比反渗透膜大而比超滤膜小，因此可以截留能通过超滤膜的溶质而让不能通过反渗透膜的溶质通过，根据这一原理，可用纳米过滤来填补由超滤和反渗透所留下的空白部分。
20世纪80年代初期，美国film tec的科学家研究了一种薄层复合膜，它能使90%的nacl透析，而99%的蔗糖被截留。
显然，这种膜既不能称之为反渗透膜（因为不能截留无机盐），也不属于超滤膜的范畴（因为不能透析低相对分子质量的有机物）。
由于这种膜在渗透过程中对约为1nm的小分子截留率大于95%，因而它被命名为“纳米过滤”。
纳米过滤的特点是：（1）在过滤分离过程中，它能截留小分子的有机物并可同时透析出盐，即集浓缩与透析为一体；（2）操作压力低，因为无机盐能通过纳米滤膜而透析，使得纳米过滤的渗透压远比反渗透低，这样，在保证一定的膜通量的前提下，纳米过滤过程所需的外加压力就能比反渗透低得多，具有节约动力的优点。
膜分离技术
• 为了改善膜的性能，主要是稳定性和机械强度 以及增大膜的极性，另一些膜材料也为丁业上 所常用，例如用于制造MF膜的聚偏二氟乙烯 (PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚氯乙 烯、聚碳酸酯；用于制造UF膜的聚丙烯腈、再 生纤维素、聚醚砜；用于制造RO膜的芳香聚酰 胺(使用pH范围为4-11，但氯含量应低于0.1mg ／L)等。
• 早在19世纪中叶，己用人 工方法制得半透膜，但由 于透过速度低、选择性差 和易阻塞等原因，未能应 用在工业上。 • 1960年Loeb和Sourirajan 获得一种透过速度较大的 膜，具有不对称结构.
这种不对称结构是膜制造的一种 突破，因为活性层很薄，流体阻 力较小。且不易使孔道阻塞，颗 粒被截留在膜的表面。此后膜过 滤法逐渐走向工业化，20世纪 70年代以后发展比较迅速．应 用范围涉及到海水淡化、纯水制 造、食品和乳品工业、污水处理 和生物工程等领域。在此期间， 世界膜销售额迅速增长。
以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration, MF) 超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(NF) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV
7 膜组件
膜组件 由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳 这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件。 膜组件的种类
管式膜组件 中空纤维式 平板膜组件 卷式膜组件
管式膜组件
特点：
结构简单、适应性强、 压力损失小、透过量大，清洗、 安装方便、可耐高压，适宜处 理高粘度及稠厚液体。但比表 面积小。适于微滤和超滤。
化学工程中的膜分离技术
发展趋势：随着膜技术的不断 发展，超滤膜分离技术在工业 中的应用将越来越广泛
纳滤膜分离技术的原理：利用纳滤膜的孔径大小，选择性地分离不同分子量的物质 纳滤膜分离技术的应用：主要用于水处理、食品加工、制药等领域 纳滤膜分离技术的优点：操作简便、能耗低、分离效果好 纳滤膜分离技术的局限性：对膜的材质和性能要求较高，需要定期更换和维护
膜分离技术在食品加工领域的 应用前景看好
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汇报人：
工业应用：在化工、冶金、能源等领域，膜分离技术可以用于气体分离，提高生产效率和产品质量
环保应用：在环保领域，膜分离技术可以用于气体分离，如废气处理、空气净化等
技术优势：膜分离技术具有高效、节能、环保等优点，在气体分离方面具有广泛的应用前景
生物制药：用于分离纯化生物药物，提高药物纯度和安全性 生物发酵：用于发酵过程中产物的分离和纯化，提高发酵效率和产品质量 生物污水处理：用于污水处理，去除有害物质，提高水质 生物能源：用于生物能源生产，如生物乙醇、生物柴油等，提高能源利用效率和环保性能
研究新型膜材料：如纳米 材料、复合材料等
开发新型制备方法：如电 纺、溶液浇铸等
提高膜性能：如提高膜的 渗透性、选择性等
降低成本：如降低膜的制 备成本、运行成本等
解决环境问题：如减少废 水排放、降低能耗等
提高膜分离技术的应用范 围：如食品、医药、环保 等领域
废水处理：膜分 离技术在废水处 理中的应用越来 越广泛，可以有 效去除有害物质， 提高水质。
膜分离技术的发展 趋势和挑战
研发新型膜材 料：提高膜的 耐腐蚀性、耐 高温性和耐高
压性
优化膜结构： 提高膜的通透
性和选择性
改进膜制备工 艺：提高膜的 均匀性和稳定
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
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≥50nm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～20nm，滤除5～100nm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：1nm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。
膜分离技术基础概论
《膜分离技术》教案第一章：膜分离技术概述1、膜科学与基础科学的关系膜科学与基础科学的关系如下图所示。
2、膜的定义及特性所谓的膜，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：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。
3、膜的分离过程原理膜分离过程原理：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。
4、分离膜的种类5、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 ）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。
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。
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。
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。
50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。
1967年，DuPont 公司研制成功了以尼龙—66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。
同一时期，丹麦DDS 公司研制成功平板式反渗透膜组件。
反渗透膜开分离膜高分子膜液体膜生物膜带电膜非带电膜阳离子膜阴离子膜过滤膜精密过滤膜 超滤膜 反渗透膜纳米滤膜始工业化。
膜分离过程的机理PPT课件
leff＝l0＋（1- ）（lA＋l0）/2 这意味着有效厚度比实际皮
层厚度大得多。
Knudsen与粘性流的区 分主要取决于孔的大小。
对于大孔（r>10m）发 生粘性流，气体分子仅仅 是彼此互相碰撞，不同气 体组分间不能实现分离。 气体通量正比于r2。适用 Hagen-Poiseuille方程。
Ji=Pi/l(ci,1s-ici,2sexp(-Vi (p1p2)/R/T))
对反渗透而言：
J=Jw+Js 可得： Jw = Aw(p-)
Js=Ps c/l 渗析：
i＝1， (p1-p2)＝0 Ji=Pic/l 气体渗透
混合气体通过膜是彼此间基本独 立，液体混合物则受流动耦合及 热力学相互作用的影响，这种协 调效应会对最终分离产生很大影 响。
气体、液体、蒸汽等通 过无孔膜的传递基本上 均采用溶解－扩散机理 描述。即：
渗透系数P＝溶解度S×扩 散系数D
溶解度为热力学参数， 表示平衡条件下渗透物 被膜吸收的量；
.
通量为常数，通量（J）与
2、相互作用体系
推动力（X）之间的关系为
3、结晶度的影响 第四节、膜的传递统一化方法
线性，对单组分而言，符合 Fick维象定律，将质量通量 与浓度差关联。
.
1
§3.1、基本传质形式
组分从高化学位向低化学位的被动传递
.
2
§3.1、基本传质形式
在多组分体系中由于推动力和通量之间是互相耦合 的，不能用简单的唯象方程表示。各组分间渗透不 是互相独立的。
.
10
§3.2、多孔膜的传递
对努森流也可以用微孔 扩散模型加以描述：
Ji=(P1y1i-P2y2i)/(MiT)1/2 P1 、P2为膜两侧压力， y1i、y2i 为膜两侧组分的 分率，Mi 为 i组分的分 子量
膜分离知识
影响超滤渗透通量的因素及控制方法
影响因素：
操作压差 料液浓度 料液流速 温度 截留液浓度 操作时间
控制方法
选择合适的膜材料 料液的预处理 膜的清洗
超滤的流程和装置
超滤的流程
间歇错流
截留液全循环
截留液部分循环
超滤的流程
连续错流
单段连续操作
5 液膜分离技术析
• 液膜的分类与组成
乳状液膜
支撑液膜
乳状液膜示意图
支撑液膜示意图
液膜的组成 包括膜溶剂、表面活性剂和活性载体等。
压力差106~107Pa 压力差106~107Pa
筛分
溶解扩散 Donnan效应
优先吸附、毛细管流动、溶 解-扩散
溶解-扩散
渗析
1~3nm
浓度差
筛分加上扩散度差
电渗析
相对分子质量<200
电位差
反离子迁移
渗透蒸发
无孔
分压差、浓度差
溶解-扩散
• 按动力本质分
以静压力差为推动力的过程
微滤（microfiltration, MF) 超滤（ultrafiltration, UF） 反渗透（reverse osmosis, RO) 纳滤（nanofiltration, NF)
多段连续操作
超滤和反渗透的主要设备
主要设备
反渗透和超滤操作的基本设备包括预处理过 滤器、高压泵、膜组件。其中膜组件是反渗透 和超滤操作的主体设备。
膜组件
板式 管式 螺旋卷式 中空纤维式
平板式膜组件
管式膜组件
螺卷式膜组件
中空纤维膜组件
聚偏乙烯膜组件
4 电渗析
• 基本原理
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JV L11P L12
J d L21P L22
压力驱动下的非平衡热力学
定义膜的流体力学（水）渗透率
推动力
化学位差可以进一步表示成组成差和压力差
i RT ln ai VPi
对于膜过程，推动力一般表现为化学位差（浓 度差、压力差）和电位差
推动力
理想条件下，活度系数=1 ，
ai xi
ln xi xi / xi
平均推动力式可以写成
W平均
RT d
xi xi
zi F d
E
Vi d
P
无因次化
④表皮层区间：非对称膜皮层的特征是对溶质的脱除性。愈 薄愈好，可增加膜的渗透率。溶质和渗透物质的传递是以分 子扩散为主。
⑤多孔支撑区间：主要对表皮层起支撑作用，而对 渗透物质的流动有一定的阻力。
⑥ 表面区间(Ⅱ)：此区间相似于③中所描述的区间， 溶质在产品边膜内的浓度与离开膜流入低压边 流体中的浓度几乎相等。
物质从表面进入膜内的动力学 过程，是由于膜两侧浓度差、电 位差造成分子扩散产生的膜内传 递过程
膜外传递过程
物质从表面进入膜内之前，由 于流动状况不同，受膜表面边界 层传递阻力或逆扩散的影响等形 成的传递过程
实际分离效果由膜内、膜外传递过程的综合结果决定。
一、物质通过膜的传递过程
(以典型的非对称膜为例)
膜分离中的传递过程
1、膜传递现象 2、膜传递基本过程数学表达（重点：推动力） 3、非平衡热力学 （1）基本数学表达 （2）压力、浓度、电位为推动力的过程应用 4、传质微分方程 5、膜相中的扩散传质 6、膜表面对流传质 7、膜污染机理简介
膜传递
膜内传递过程
溶剂,气体或离子等在膜表面存 在吸附、吸收和溶胀等热力学过 程；发生传递是因为分离物质在 主流体和膜中有不同分配系数；
压力驱动下的膜过程，可以看成由溶剂（通常
是水w）和一种溶质（s）构成的稀溶液体系，
其耗散函数
J ww J s s
如果以位相2表示渗透物侧，相1表示原料侧
水的化学位
w w,2 w,1 Vw (P2 P1) RT (ln a2 ln a1 )
将渗透压表示式 RT 代入上式
Vw ln a
上述耦合现象可以按照非平衡热力学进行分析
推动力
等温条件下，压力、浓度对组分i的化学位贡献为：
i
0 i
RT
ln ai
Vi P
0 i
——标准化学位（常数）
为表示非理想性，浓度或组成以活度表示
ai i xi
R——气体常数
T——绝对温度
Vi——（偏）摩尔体积
xi——摩尔分数
i ——活度系数
（2）式是典型的黑箱方程（唯象方程）
在多组分体系中，由于推动力和通量是互相耦 合的，所以各通量不能用简单的黑箱模型表示。 这表明：各组分间的渗透不是独立的。
例如：压差不仅会产生溶剂通量，而且会导致 溶质传递并形成浓度梯度；另一方面，浓度梯 度不仅会导致扩散传质，而且会产生流体静压。
又如：电位差与静压差的耦合会导致电渗。
W无因次
xi xi
ziF RT
E
Vi RT
P
xi xi
E E
P P
F——法拉第常数 zi——粒子的电荷 d——膜厚
E * RT zi F
P* RT Vi
推动力
例如： 根据无因次化的推动力式，可以对压力、电位、
浓度等不同推动力大小进行比较。 其中，浓度项通常等于1； 压力项取决于所含组分的种类，下页的表-1给
出了常见物质或状态下P*的近似值。对于气体， P*=P
推动力
表-1 P*的估计值
推动力
电位大小取决于带电粒子的价数zi，室温27℃下
E RT 8.3 300 1
zi F
105 zi
40zi
与压力相比，电位是很强的推动力，浓度推动力 项为1时，相当于1/40V的电位；而对水要获得同 样的推动力所需的压力为1400atm。
⑦边界层区间(Ⅱ)：此区间与②中区间相似，物质 扩散方向与膜垂直。但无浓差极化现象，浓度 随流动方向而降低。
⑧主流体区间(Ⅱ)：此区间相似于① ，溶质浓度稳 定，垂直于膜表面的方向无浓度梯度。
膜相中的基本传递过程
在某作用力作用下，分子或颗粒通过膜从一相传 向另一相，作用力大小取决于位梯度，或近似以 膜两侧的位差除以膜厚表示：
平均推动力（X）=位差（ΔX）/膜厚（d）（1）
膜过程的主要位差有化学位差（Δμ）和电位差 （ΔE）两种
当推动力保持不变时，达到稳态后，通过膜的 通量为常数。
对于稳态一维传递，ຫໍສະໝຸດ 在正比关系：通量（J）=比例系数（K）×推动力（X）（2）
Fick第一定律就是这种线性关系；对非稳态状 况，可用Fick第二定律描述。
非平衡热力学
膜过程不是热力学平衡过程，所以只能用不可 逆热力学来描述。
一般不可逆过程中，自由能被不断消耗而产生 熵。
对应于膜传递过程中，由于推动力形成通量， 熵连续产生，因此定义耗散函数为所有不可逆 过程的加和
T
dS dt
JiXi
非平衡热力学
对膜过程，假设通量与力之间关系为线性
J i Lij X j
溶剂水的化学位 ：w Vw (P )
压力驱动下的非平衡热力学
溶质化学位 ： s Vs (P / Cs ) Cs ——两侧溶质平均浓度 则耗散函数
(J wVw J sVs )P (J s / Cs J wVw ) JV P J d JV：总体积通量对耗散函数的贡献 Jd：扩散通量对耗散函数的贡献
对单组份传递 ： 对双组份传递：
J1
L1 X 1
L1
d1
dx
J1
L11
d1
dx
L12
d 2
dx
J2
L21
d1
dx
L22
d 2
dx
根据Onsager倒易律耦合系数L12=L21，而且
L1（1 或L22） 0
L11L12 L122
下面分别介绍压力、浓度、电位为推动力的过程应用
压力驱动下的非平衡热力学
膜过程中的物质传递
①主流体系区间(1)：溶质的浓度均匀，垂直于膜表面的方向 无浓度梯度。
②边界层区间(1)：有浓差极化现象，是造成膜或膜体系效率 下降的主要因素，是不希望有的现象。
③表面区间(1)：溶质扩散的同时有对流现象；溶质吸附表面 而溶入膜中。在膜的致密表层靠近边界的溶质浓度比在溶液 中边界层的溶质浓度低得多。