化工分离工程之其它分离技术简介PPT课件
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↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
中心管
多孔支 撑材料
进料液 隔网
盐水
淡化水流
膜
（3）管式膜具
透过液
中心分布管
料液
浓缩液
纤维束管
返回
7.1.2 反渗透
透过：溶剂 截留：水中无机离子、胶体物质、大分子溶液 应用： 海水、苦咸水淡化； 废水处理； 锅炉用水软化； 乳品、果汁浓缩； 生产产品、生物制剂的分离、浓缩。
化工分离工程之其它分离技术简介PPT 课件
第七章 其它分离技术简介
化工分离工程之其它分离技术简介PPT 课件
教师：马杰
第七章 其它分离技术简介
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
（T
,P2
)
（0T
（
,P2 )
（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 p 时 （T ,P2 ) （0T ,P1 )；水达到动态平衡（图 b）。 p 为水的渗透压。
3. 在溶液端加压，使 P2 增高，P2 P1 p （T ,P2 ) （0T ,P1 )
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
返回
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 微孔膜 非对称性膜 复合膜 离子交换膜
二
、
设
备
：
管 式
卷 式
板 框 式
• 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
小数或百分数表示。
R
原料浓度 透过物浓度 原料浓度
100%
CF CP (1 CP ) 100%
CF
CF
c. 分离系数： （ ）
增大，溶质开始透过，越大，透过溶质越 多。
∴孔径为2t时称临界孔径。
2.传质方程 通过膜的水渗透通量：
JW A[(P2 P1 ) (p 2 p1 )] Kmol / m2 s
A : 纯水渗透系数 Kmol / m2 s Pa
通过膜的少量溶质渗透通量：
JA
DMA（c
M
1
x
A1
cM 2 xMA2 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
（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。
（5）膜材料与结构 （主要研究方向）
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
四、反渗透过程工艺流程与计算 1. 一级一段连续式
一、基本原理 盐水溶液：
膜
纯水 溶液 P1 P2
a. P1=P2
P1 P2
b. P1<P2
且：P2﹣P1=∏
P1 P2 C. P2﹣P1>∏
讨论： 盐水溶液
1.设纯水的化学位：（0T ,P1 ) 溶液中水的化学位：（T ,P2 ) （0T ,P2 ) RT ln a
一般活度a 1，即RT ln a 0
M1 — 料液侧表面膜中
M2 — 渗透液侧表面膜中
DMA — 膜中A的有效扩散系数
c — 总摩尔数 x — 摩尔分率 A — 溶质
— 膜厚度
XMAi XAi
XMA2
xA1
传质方向
XA2 xAi xA1
溶质在膜表 面附近积累
这种现象为浓差极化
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
Βιβλιοθήκη Baidu
透过物A浓度 原料A浓度 透过物其它组分浓度 原料中其它组分浓度
yA xA 1 yA 1 xA
d. 通量率减系数
膜渗透通量随时间减少
J J0m
— 使用时间
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
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
五、应用举例
1. 反渗透（RO）技术在果蔬汁浓缩中应用
反渗透 超滤
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
原水 储槽
膜组件
产水
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
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2闭路循环
原水 储槽
膜组件
产水
料液不返回到原料槽，而是返回到膜组件
特点：目标产物浓度的增加比开路循环快， 透过通量小于开路循环。
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
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：p 1、p 2 — 原料侧、 通过液侧渗透压
p 0
p2 p1 (p 2 p 1 )
一般：（p2 p1）为2 — 10MPa
二、过程机理与传质方程 1.过程机理（不成熟）
浓差极化对过程的不利影响： 1）使 p ,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。
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
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反渗透过程通量与下列因数有关： （1）操作压差 ：△P
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。
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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 小于孔径
所以：不存在筛分机理
2）选择吸附——毛细孔流动模型
界面上的脱盐水
多孔膜
多孔膜
ⅰ）水优先吸附膜表面，形成纯水层厚度
t=1nm ⅱ）无机离子受排斥，不能进入纯水层，价
数越高，斥力越强。 ⅲ）当膜孔径≤2t时，透过的是纯水，孔径
（2）卷式膜具 由四层组成
中心管
多孔支 撑材料
进料液 隔网
盐水
淡化水流
膜
（3）管式膜具
透过液
中心分布管
料液
浓缩液
纤维束管
返回
7.1.2 反渗透
透过：溶剂 截留：水中无机离子、胶体物质、大分子溶液 应用： 海水、苦咸水淡化； 废水处理； 锅炉用水软化； 乳品、果汁浓缩； 生产产品、生物制剂的分离、浓缩。
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第七章 其它分离技术简介
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教师：马杰
第七章 其它分离技术简介
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
（T
,P2
)
（0T
（
,P2 )
（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 p 时 （T ,P2 ) （0T ,P1 )；水达到动态平衡（图 b）。 p 为水的渗透压。
3. 在溶液端加压，使 P2 增高，P2 P1 p （T ,P2 ) （0T ,P1 )
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
返回
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 微孔膜 非对称性膜 复合膜 离子交换膜
二
、
设
备
：
管 式
卷 式
板 框 式
• 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
小数或百分数表示。
R
原料浓度 透过物浓度 原料浓度
100%
CF CP (1 CP ) 100%
CF
CF
c. 分离系数： （ ）
增大，溶质开始透过，越大，透过溶质越 多。
∴孔径为2t时称临界孔径。
2.传质方程 通过膜的水渗透通量：
JW A[(P2 P1 ) (p 2 p1 )] Kmol / m2 s
A : 纯水渗透系数 Kmol / m2 s Pa
通过膜的少量溶质渗透通量：
JA
DMA（c
M
1
x
A1
cM 2 xMA2 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
（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。
（5）膜材料与结构 （主要研究方向）
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
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四、反渗透过程工艺流程与计算 1. 一级一段连续式
一、基本原理 盐水溶液：
膜
纯水 溶液 P1 P2
a. P1=P2
P1 P2
b. P1<P2
且：P2﹣P1=∏
P1 P2 C. P2﹣P1>∏
讨论： 盐水溶液
1.设纯水的化学位：（0T ,P1 ) 溶液中水的化学位：（T ,P2 ) （0T ,P2 ) RT ln a
一般活度a 1，即RT ln a 0
M1 — 料液侧表面膜中
M2 — 渗透液侧表面膜中
DMA — 膜中A的有效扩散系数
c — 总摩尔数 x — 摩尔分率 A — 溶质
— 膜厚度
XMAi XAi
XMA2
xA1
传质方向
XA2 xAi xA1
溶质在膜表 面附近积累
这种现象为浓差极化
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透过物A浓度 原料A浓度 透过物其它组分浓度 原料中其它组分浓度
yA xA 1 yA 1 xA
d. 通量率减系数
膜渗透通量随时间减少
J J0m
— 使用时间
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
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
五、应用举例
1. 反渗透（RO）技术在果蔬汁浓缩中应用
反渗透 超滤
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化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
原水 储槽
膜组件
产水
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2闭路循环
原水 储槽
膜组件
产水
料液不返回到原料槽，而是返回到膜组件
特点：目标产物浓度的增加比开路循环快， 透过通量小于开路循环。
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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：p 1、p 2 — 原料侧、 通过液侧渗透压
p 0
p2 p1 (p 2 p 1 )
一般：（p2 p1）为2 — 10MPa
二、过程机理与传质方程 1.过程机理（不成熟）
浓差极化对过程的不利影响： 1）使 p ,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。
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反渗透过程通量与下列因数有关： （1）操作压差 ：△P
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。
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
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 小于孔径
所以：不存在筛分机理
2）选择吸附——毛细孔流动模型
界面上的脱盐水
多孔膜
多孔膜
ⅰ）水优先吸附膜表面，形成纯水层厚度
t=1nm ⅱ）无机离子受排斥，不能进入纯水层，价
数越高，斥力越强。 ⅲ）当膜孔径≤2t时，透过的是纯水，孔径