高纯水制备

化工原理实验报告

实验名称：反渗透制高纯水实验

学院：化学工程学院

专业：化学工程与工艺

班级：

姓名：

指导教师：

日期：

一、实验目的

1、熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程；

2、掌握反渗透膜分离的操作技能；

3、了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数。

二、基本原理

工业化应用的膜分离包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、渗透汽化（PV）和气体分离（GS）等。根据不同的分离对象和要求，选用不同的膜过程。反渗透是借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某些溶质，反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单等特点。反渗透净水是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。其原理图如下：

图（a）所示，半透膜将纯水与咸水分开，水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，即渗透过程。

图（b）所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为制定温度下溶液的渗透压N。

图（c）所示,当咸水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压N，可迫使渗透反响，实现反渗透过程。此时，在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高，超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本原理。

膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性，膜的物化稳定性的主要指标是：膜材料，膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的pH范围，以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等。膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操作条件下，脱盐率、产水流量和流量衰减指数。

三、实验装置流程示意图

1.设备的特点：

本装置将超滤、纳滤、反渗透三种卷式膜组件并联于系统，并有阴、阳离子混合树脂交换柱，可用于制备高纯水。

表1 膜组件性能

本实验以自来水为原水，设计了预处理（精馏）、反滤渗透脱盐、混床树脂处理等净化单元，研究了自来水深度处u理的反渗透净水工艺。

浓缩水

高纯水制备工艺流程示意图

系统允许压力范围为0-1.2Mpa，超过1.2Mpa时，为保护膜组件及设备，压力保护器会切断输液泵电流。

反渗透制纯水实验装置流程图

四、实验步骤及注意事项

1、开启房间自然水总阀；

2、接通自来水；

3、开泵；

4、系统稳定约20分钟，出口水质基本稳定（出水电阻率不低于5μS,数据不一定标准），记录纯水电阻值，同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率；

5、在0.5-1Mpa内改变膜出口阀门开度，调节系统操作压力；

6、待系统稳定后，记录不同压力下纯水电阻值，浓缩液、透过液流量；

7、开启离子交换树脂，制备超纯水，出水电导值不低于8 MΩ·㎝，最好达到12MΩ·㎝；

8、停车时，先关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。

注意事项：

增加泵启动时，请注意泵前管道充满流体，以防损坏。如发生上述情况，请立即切断电源。

五、原始实验数据（附页）

六、数据处理

表一：室温：22.5℃原料水电导率：112.3μS/cm操作压力：0.33Mpa

N回收率 = 透过液流量/（透过液流量 + 浓缩液流量）=Q t/(Q b+Q t)

各组回收率计算：

浓缩液流量Q b=132 ml/s；透过液流量Q t=11.7 ml/s

回收率N=Q t/(Q b+Q t)=11.7/（132+11.7）*100%=8.14%

浓缩液流量Q b=133 ml/s；透过液流量Q t=11.6 ml/s

回收率N=Q t/(Q b+Q t)=11.6/（133+11.6）*100%=8.02%

浓缩液流量Q b=131 ml/s；透过液流量Q t=11.5 ml/s

回收率N=Q t/(Q b+Q t)=11.5/（131+11.5）*100%=8.07%

平均回收率：N=(8.14%+8.02%+8.07%)/3=8.08%

表二：室温：22.5℃原料水电导率：112.3μS/cm

J w=V/(S×t) V是膜的透过液体积，S是膜的有效面积，t是运行时间，2521型反渗透膜的有效面积是1.1m2 ，由于两层膜所以J w=2V/(S×t)。

图一、不同压力P-J w的关系曲线

七、实验结果分析与讨论

1、实验中浓缩液的流量是通过量筒测量的，由于其流速过大，导致在记录其

流量大小时的人为误差较大，使试验结果不准确；

2、表二的数据，出口纯水的电阻呈下降趋势，表明反渗透膜的工作压力，有

一定的范围，超过这个范围反渗透作用反而会受到负面影响；

3、在调整阀门口开度时，要注意一下不能开太大，否则会导致压力超过反渗

透膜的限度而使膜被破坏；

4、根据图一，可以知道单位膜面积的透过物量随着压力的增大而增大

误差分析：

1.仪器本身存在的误差；

2.读数时存在视觉误差；

3. 渗透膜的性能不够好；

4. 数据处理时，有效值的取值存在误差。

八．思考题

1、结合反渗透脱盐与离子交换技术，说明本工艺的优点？

答：本实验采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，制备供实验室用的高纯水，结合两项技术的优点，弥补各自的缺点，装置操作简单，稳定性好，具有很高的实用价值，工业上常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，进一步净化水。

2、反渗透膜是耗材，膜组件受污染后有哪些特征？

答：不同的污染物具有不同的特征：金属氧化物、胶体、细菌残骸污染会使膜组件压差明显增加，生物、有机物污染使组件压差适度增加，水垢使组件压差适当降低。

3、常规的树脂再生是如何实现的？

答：用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。