第八章新型分离技术PPT课件
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新型分离与技术
丙烷
正戊烷
96.6
197.0
4.24
3.37
0.217
0.237
65
二氧化碳作为超临界溶剂的优点:
• 临界温度接近室温（适用于热敏性物质）,临界压力 容易达到 • 化学性质稳定，不燃，不爆，无腐蚀 • 无色，无味，无毒 • 防氧化性，抑制微生物活动（适用于食品工业） • 来源广泛，价格便宜，易得到纯度较高的二氧化碳
59
第五部分 超临界流体萃取技术
60
PT相图上的超临界区
3 2：三相点 4：临界点 12：升华曲线 23：熔化曲线 压 力 固相 PC 液相
4
气相
24：汽化曲线
1
2
温 度 TC
物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，这种流体称 为超临界流体（Supercritical Fluids, 简称SCF） 61
19
三、分子蒸馏
•分子蒸馏在极高真空下操作，它依据分子 运动平均自由程的差别，使液体在远低于 其沸点的温度下实现分离。
•真空蒸馏一般操作压力在104～1O2Pa之间； 高真空蒸馏的压力范围为102～1Pa •分子蒸馏特别适用于高沸点和热敏性及易 氧化物料的分离。
20
第二部分 结晶
• 结晶是固体物质以晶体状态从蒸气、 溶液或熔融物中析出的过程。 溶液结晶 熔融结晶
28
熔融结晶设备：
29
30
结晶过程有以下特点：
（1）能分离出高纯或超纯的晶体，产品在包装、 运输、储存或使用上都较方便。 （2）许多难分离的混合物系适宜用结晶分离。
（3）结晶能耗低得多，因结晶热一般为蒸发潜热 的1/3～1/10。操作相对安全。一般无有毒废气逸 出，有利于环境保护。
膜分离技术的应用PPT课件
法、离子交换法和沉淀法，这些方法各有特点但工 艺往往都十分繁杂所需时间长、易变性失活、需消 耗大量的原料、能耗高、回收率低、废水污染严重 且处理难度大。
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
新型分离技术及其应用
离心分离技术
利用离心机的高速旋转产生的离 心力场，使不同密度的物质在离 心场中受到不同的离心力，从而 实现各组分的分离。
新型分离技术的原理
膜分离技术
基于分子大小和形状的差异，通过半 透膜实现选择性透过，从而达到物质 分离的目的。
离心分离技术
基于不同密度物质在离心力场中受到 的离心力不同，通过高速旋转产生的 离心力场实现物质分离。
03
新型分离技术的应用
在工业生产中的应用
01
02
03
高效节能
新型分离技术能够提高工 业生产的效率和能源利用 率，降低生产成本。
产品质量提升
通过新型分离技术，可以 更精确地控制产品的质量 和纯度，满足高端市场需 求。
生产自动化
新型分离技术可以与自动 化技术结合，实现生产过 程的自动化和智能化，提 高生产效率。
新型分离技术的意义
提高分离效率
新型分离技术能够显著提高分离效率，缩短分离 时间，降低能耗和成本。
保护环境
新型分离技术通常采用更为环保的方法，减少对 环境的污染和破坏。
促进可持续发展
新型分离技术有助于推动工业和实验室的可持续 发展，满足现代社会对环保和经济效益的需求。
02
新型分离技术概述
新型分离技术的种类
引领工业革命
随着新型分离技术的不断发展和完善，它有望引领新一轮的工业革命， 改变传统工业生产模式，推动全球工业的进步。
THANKS
感谢观看
01
02
吸附分离技术
基于固体吸附剂对不同组分吸附能力 的差异，通过吸附和解吸过程实现物 质分离。
03
萃取分离技术
基于溶质在两种不混溶的液体或气体 之间分配原理的差异，通过萃取和解 萃过程实现物质分离。
新型分离技术
天然产物有效成份提取分离、复杂基体痕量组分 分析（生物样品分析）。
（4）分离仪器设备迅速发展 超声萃取、加压萃取、微波萃取、超临界萃取
（5）分离富集技术旳自动化、在线化
全自动萃取仪、自动固相萃取仪、自动固相微萃取。
（2）分离目旳（科研、生产）
（3）分离量（多种措施处理量不同）
（4）试验条件（了解和熟练掌握多种分离技术， 明确各措施旳应用范围和优缺陷,满足以上条件 基础上选择便宜措施）
实例1 毛花洋地黄粗总甙旳提取分离
提取
沉淀除杂 减压蒸馏
减压蒸馏 萃取除杂
萃取除杂
减压蒸馏 溶解
一般蒸馏 结晶
重结晶 干燥
续实例1
作量和投资占整个过程旳50—80%。
（3）有机化合物旳性能研究和分析
如： 保健品中褪黑激素旳测定； 运动员体液兴奋剂检测；
（4）诸多药物有立体异构，其药理性质不同
①氯霉素（广普抗菌药） D-(-)有杀菌活性 L-(+)无
OH
O2N
OH
NHR
O
R= C CHCl2
②葡萄糖 D-(+)在动物代谢作用
（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差别，经 过合适旳化学过程使其分离。如沉淀分离、溶剂萃取、 色谱分离、选择性溶解；
（3）物理化学分离法：按被分离组分旳物理化学性 质差别进行分离。如电泳、膜分离。
按分离过程旳本质分类
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面， 经过两相界面旳平衡关系使均相混合物得以分离。 如液-液萃取（到达平衡时旳分配系数不同）；结 晶（固-液平衡）；蒸馏（液-气平衡）
1.4 分离措施旳分类
力学能：机械能、流体动能、位 能、热能
（4）分离仪器设备迅速发展 超声萃取、加压萃取、微波萃取、超临界萃取
（5）分离富集技术旳自动化、在线化
全自动萃取仪、自动固相萃取仪、自动固相微萃取。
（2）分离目旳（科研、生产）
（3）分离量（多种措施处理量不同）
（4）试验条件（了解和熟练掌握多种分离技术， 明确各措施旳应用范围和优缺陷,满足以上条件 基础上选择便宜措施）
实例1 毛花洋地黄粗总甙旳提取分离
提取
沉淀除杂 减压蒸馏
减压蒸馏 萃取除杂
萃取除杂
减压蒸馏 溶解
一般蒸馏 结晶
重结晶 干燥
续实例1
作量和投资占整个过程旳50—80%。
（3）有机化合物旳性能研究和分析
如： 保健品中褪黑激素旳测定； 运动员体液兴奋剂检测；
（4）诸多药物有立体异构，其药理性质不同
①氯霉素（广普抗菌药） D-(-)有杀菌活性 L-(+)无
OH
O2N
OH
NHR
O
R= C CHCl2
②葡萄糖 D-(+)在动物代谢作用
（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差别，经 过合适旳化学过程使其分离。如沉淀分离、溶剂萃取、 色谱分离、选择性溶解；
（3）物理化学分离法：按被分离组分旳物理化学性 质差别进行分离。如电泳、膜分离。
按分离过程旳本质分类
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面， 经过两相界面旳平衡关系使均相混合物得以分离。 如液-液萃取（到达平衡时旳分配系数不同）；结 晶（固-液平衡）；蒸馏（液-气平衡）
1.4 分离措施旳分类
力学能：机械能、流体动能、位 能、热能
新型分离技术 ppt课件
课件
4
概论：分离技术的作用和地位
分离装置的投资大
一般占炼油厂、石化厂投资的50％～90％
分离过程的能耗高
一般占化工厂总能耗的60％以上
分离技术为产品的质量把关
课件
5
概论：分离过程分类
（一）平衡分离过程
名称 蒸发 精馏 吸收 萃取 吸附 离子交换 萃取精馏
物料 液体 液或汽 气体 液体 气或液 液体 液体
课件
29
萃取剂作用的机理
萃取剂加入改变原组分分子间的作用力
分子间作用力的分类
物理作用力－范德华力（取向力、诱导力、色散力）
体现分子极化程度和分子体积的影响 组分受极性萃取剂分子作用产生的极化程度不同，如烯烃产生的
诱导偶极矩大于烷烃
分子间的物理作用力与分子体积有关，体积越小 ，作用力越大
properties Vapor （蒸气压） Adsorptivity（吸附率） Solubility（溶解度） Diffusivity（扩散率）
课件
10
概论:新型分离技术的类型
对传统分离技术改进、变革 而形成的新型分离技术
如：特殊精馏；
特殊萃取； 色谱分离技术； 分离过程节能技术和夹点技术
按极性大小排列（由弱到强）： 碳氢化合物－醚－醛－酮－酯－醇－乙二醇－水
根据相似物质溶于相似物质的规律选择 实例之一：对丙酮－甲醇体系，若要提高极性较低的丙酮的挥发
度，应加入极性强的水，若要提高极性较高的甲醇挥发度，应加 入极性小的碳氢化合物 实例之二：要除去有机溶液中微量的水，可加入碳氢化合物，提 高水的挥发度 实例之三：要分离有机溶液中的少量碳氢化合物，可加入水，提 高碳氢化合物的挥发度
《新型分离技术》课件—01绪论
2020年12月11日
16
新型分离技术开拓与发展的 必要性
• 科技发展与探索的需求 （新材料、新产品、新工艺）
• 资源利用与清洁生产的需求 （节能、增产）
• 生态环境保护的需求 （环保与综合利用）
2020年12月11日
17
科技发展与探索的需求
• 随着现代生产和科学技术的飞速发展，人民 生活水平的逐步提高，对分离技术提出了越 来越高的要求。 典型例：
19
生态环境保护的需求
• 我国的环境状况：
• 废、污水排放总量约占世界10％以上，国 民生产总值约占世界的3％；
• 空气中易吸入颗粒物（PM2.5）、二氧化硫 、VOCs、温室气体等的大幅度或成倍超标 ，对大气造成了极为严重的污染；
• 固体废弃物堆积量已超过60亿吨，占地约 75万亩。
2020年12月11日
• 在工业规模上，通过适当的技术与装备，耗费 一定的能量或分离剂来实现混合物分离的过程 称为分离工程。
• 分离工程通常贯穿在整个生产工艺过程中，是 获得最终产品必不可少的一个重要环节。
2020年12月11日
5
工业生产过程中的地位
在化工生产过程中，分离方面的基建投 资通常占50～90％，所消耗的能量也往 往占绝大部分，例如：
1. 半导体工业中所需的高纯度气体氩、氦及半 导体材料硅和锗等；
2. 天然铀矿中U235仅为0.7％左右，扩散、膜分 离、高速离心分离；
3. 航天领域的载人空间飞行器及空间站舱内空 气 活的 废净 水化 的、 再利CO用2的等去。除、饮用水的制备及生
2020年12月11日
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资源利用与清洁生产需求
初馏 蒸馏 精馏
2020年12月11日
《新型分离技术》课件—02分离过程的基础理论
第二章 分离过程的基础理论
2020年12月11日
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分离过程的基础理论
• 分离过程中的热力学基础 • 分离过程中的动力学基础 • 分离过程中的物理力 • 分离因子
2020年12月11日
2
热力学基本定义与函数
• 由热力学第一定律和第二定律，对单相、定常 组成的均匀流体体系，在非流动条件下，可以 写出下列基本方程
dU TdS pdV
dH TdS Vdp
dF pdV SdT
dG Vdp SdT
• 上述各式中，U, H, F, G, S 分别为整个系统的 内能、焓、功函、自由能和熵。
2020年12月11日
3
对多组分组成的可变体系
dU TdS pdV
i
U ni
S
,V
,
n
j
dni
dH TdS Vdp
2020年12月11日
14
渗透压的定义
• 当溶液与溶剂（水）之间被半透膜隔开后，由 于溶液内溶剂的化学位较纯溶剂的化学位小， 会使溶剂（水）透过膜扩散到溶液一侧；
• 当渗透达到平衡时，膜两侧存在着一定的水位 差或压力差，维持此平衡所需的压力差称为该 体系的渗透压。
• 渗透压在数值上等于为阻止渗透过程进行所需 外加的压力或使纯溶剂不向溶液一侧扩散而必 须加在溶液上的压力。
dp H 蒸发 dT TV
• 式中，ΔV中两个物态的摩尔体积之差，
•
ΔH蒸发为物系的蒸发焓。
• 物理意义：
p随T的变化等于物系的相变焓与摩尔体积差之比 。
2020年12月11日
8
Clapeyron-Clausius 方程式
• 根据理想气体定律，体积用RT/p来表示
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1
分离过程的基础理论
• 分离过程中的热力学基础 • 分离过程中的动力学基础 • 分离过程中的物理力 • 分离因子
2020年12月11日
2
热力学基本定义与函数
• 由热力学第一定律和第二定律，对单相、定常 组成的均匀流体体系，在非流动条件下，可以 写出下列基本方程
dU TdS pdV
dH TdS Vdp
dF pdV SdT
dG Vdp SdT
• 上述各式中，U, H, F, G, S 分别为整个系统的 内能、焓、功函、自由能和熵。
2020年12月11日
3
对多组分组成的可变体系
dU TdS pdV
i
U ni
S
,V
,
n
j
dni
dH TdS Vdp
2020年12月11日
14
渗透压的定义
• 当溶液与溶剂（水）之间被半透膜隔开后，由 于溶液内溶剂的化学位较纯溶剂的化学位小， 会使溶剂（水）透过膜扩散到溶液一侧；
• 当渗透达到平衡时，膜两侧存在着一定的水位 差或压力差，维持此平衡所需的压力差称为该 体系的渗透压。
• 渗透压在数值上等于为阻止渗透过程进行所需 外加的压力或使纯溶剂不向溶液一侧扩散而必 须加在溶液上的压力。
dp H 蒸发 dT TV
• 式中，ΔV中两个物态的摩尔体积之差，
•
ΔH蒸发为物系的蒸发焓。
• 物理意义：
p随T的变化等于物系的相变焓与摩尔体积差之比 。
2020年12月11日
8
Clapeyron-Clausius 方程式
• 根据理想气体定律，体积用RT/p来表示
新型膜分离技术ppt课件
膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的 利用率，所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收。 与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况 下才更有实用意义；
膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目 前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量 也就成了一个重要的研究课题；
22
膜控制释放
Control Release
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
1. 膜控制释放概述
控制释放就是将药物或其他生物活性物质和基
材（通常为高分子材料）结合在一起，使药物通 过扩散等方式在一定的时间内，以某一速率释放 到环境中的技术。
应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解
质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法 特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。
8
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
3.膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)—— 将膜分离与催化反应结合，可突破化学平衡的限 制，提高反应转化率。
膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)—— 将膜分离与生物反应结合，可控制产物抑制作用， 回收生物催化剂，提高生化反应转化率。它按生 物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、膜发酵 器和膜组织培养。
膜蒸馏与膜接触器
Membrane Distillation &
Membrane Contactors
膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目 前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量 也就成了一个重要的研究课题；
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膜控制释放
Control Release
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
1. 膜控制释放概述
控制释放就是将药物或其他生物活性物质和基
材（通常为高分子材料）结合在一起，使药物通 过扩散等方式在一定的时间内，以某一速率释放 到环境中的技术。
应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解
质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法 特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。
8
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
3.膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)—— 将膜分离与催化反应结合，可突破化学平衡的限 制，提高反应转化率。
膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)—— 将膜分离与生物反应结合，可控制产物抑制作用， 回收生物催化剂，提高生化反应转化率。它按生 物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、膜发酵 器和膜组织培养。
膜蒸馏与膜接触器
Membrane Distillation &
Membrane Contactors
相关主题
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（2）一般无需从外界加入其他物质，从而节约资源 和保护环境；
（3）可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行， 大大提高了过程效率；
6
（4）通常在温和条件下进行，因而特别适用于热 敏性物质的分离、分级浓缩与富集；
（5）适用广泛（有机物或无机物的分离、特殊溶 液体系如共沸物的分离） ；
（6）膜的性能可以灵活调节； （7）膜组件简单，可实现连续操作，易与其他分 离过程或反应过程耦合，易自控和维修，易于放大。
混合气体在压差作用下通过分离膜，利用混合气中的 各组分分子在膜中的透过速率不同而达到分离的目的。
原料气
残留物
渗透物
气体膜分离过程示意图
特点：能耗低、操作简单、装置紧凑并可按处理量改变等。 应用：合成氨弛放气中回收氢气，天然气中分离CO2、空气、有机 蒸气或天然气的脱湿、燃烧废气中CO2的回收和燃烧废气脱硫等。 18
3
1.1 膜的定义
膜的广义定义：膜是两相之间的一个不连续区 间，它以特定的形式控制着物质的传递。
这一广义定义不包括膜的材料、结构等信息， 属于宏观层次的“黑箱”定义，而膜分离的研究开 发往往需要在微观层次上进行。
膜一般很薄，厚度从几微米至几百微米。膜可 为固体、液体或气体，常用的膜为多孔或非多孔的 固相聚合的膜和近年来发明的液膜。从生产和应用， 固体膜都占99%以上。
4
1.2 膜分离特点
膜的分离作用是借助膜在分离过程中的选择 渗透作用，使混合物分离，宏观上相似于“过 滤”。
物质选择性透过膜的能力可分为两类，一类 是借助外界能量，物质发生由低区位向高区位的 流动；另一类是以化学位差为推动力，物质发生 由高位向低位的流动。
5
膜分离过程共同的特点：
（1）膜分离过程中被分离的物质大都不发生相的变 化，能耗通常较低；
在一半透膜两侧的两种溶液 渗 析 液 中的小分子溶质或溶剂通过膜进 行交换，而大分子被截留在各自 的一侧的现象，称为渗析。
人工肾是渗析过程最成功的 范例。自1943年Kolff 用醋酸纤 维素膜制成的人工肾对血液进行 透析治疗尿毒症获得成功后，渗 析技术在血液过滤、血液灌流和 血浆分离等多种治疗方法上得到 应用。
半透膜
p>
半透膜
稀溶液
浓溶液
渗透
稀溶液Leabharlann 浓溶液平衡稀溶液
浓溶液
反渗透
16
（3）超滤
原理：溶液在压力差的作用下，溶剂和小于膜孔径的溶 质由膜透过，而大于膜孔径的溶质则被截留，从而达到溶液 的净化、分离和浓缩。
超滤应用非常广泛，从家用净水器到现代化工业生产。
A+B 溶液
A 溶液
B 溶液
17
（4）气体分离
11
（4）离子交换膜 由碳氢链构成的基膜和固定的离子官能团
组成。若固定离子是酸性的，则为阳离子交换 膜；若为碱性的，则为阴离子交换膜。 （5）复合膜
用坚韧的材料制备支撑基体，然后在多孔 支撑层上以各种方法制备超薄脱盐层，具有高 的溶质分离率和透过速度。
12
1.5 常见的膜分离过程
13
14
（1）渗析
近年来膜技术发展迅速，广泛应用于化工、 生物、食品、饮料加工，污水处理，冶金技术， 气体和液体燃料的生产等。
2
自20世纪50年代膜分离技术发展以来，已 有工业应用的膜技术主要是微滤、超滤、反渗 透、电渗析、渗析、气体膜分离和渗透汽化。 前四种膜分离技术在应用技术上都相对较成熟， 称为第一代膜技术；20世纪70年代末实现工业 应用的气体分离膜技术为第二代膜技术；80年 代开始应用的渗透汽化为第三代膜技术。其他 膜分离过程大多处于实验室研究和中试开发过 程。
7
1.3 膜材料
材料
特点
纤维素
二醋酸纤维素 (CDA)、三醋 成孔性、亲水性好、价廉易得，使用
酸纤维素 (CTA)、硝化纤维素 温度范围较广，可耐稀酸，不适用于
(CN)，混合纤维素(CN-CA)、 酮类，酯类、强酸和碱类等液体的过
乙基纤维素(EC)等。
滤。
聚酰胺
聚砜
含氟材 料
尼龙-6(NY-6)、尼龙-66(NY- 具亲水性能，较耐碱而不耐酸，在酮、 66)、芳香聚酰胺(PI)、芳香聚 酚、醚及高相对分子质量醇类中，不 酰胺酰肼(PPP)、聚苯砜对苯 易被浸蚀，孔径型号也较多。 二甲酰(PSA)
聚砜(PS)、聚醚砜 (PES)微滤 具有良好的化学稳定性和热稳定性，
膜
耐辐射，机械强度较高。
聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四 氟乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺 酸
化学稳定性好，耐高温。如PTFE膜，
--40～260oC，可耐强酸，强碱和各
种有机溶剂。具疏水性，可用于过滤
蒸气及腐蚀性液体。
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1.4 几种典型膜的结构和性能
10Å，由金属、无机物或高分子材料制成。孔结 构无法在显微镜下分辨，用气、液的渗透或气 体吸附法等间接描述。其渗透阻力与膜厚度成 正比，因此，该类膜很薄（50～50000Å），也 称为超薄膜。
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（3）非对称膜 由于组分的通量与膜厚成反比，因此要达到
高的渗透通量，必须使膜尽可能薄。非对称膜由 一层很薄的致密表面（活性层）和一个置于其下 的多孔支撑层构成，活性层对传质过程起关键作 用，决定了膜的分离性能。
（1）微孔膜（Microporous Membranes） 由纤维素酯等高分子材料在一定条件下制成的
高度均匀的多孔薄膜，属筛网过滤介质，可制成指 定孔径。对于液体，微孔应小于100,000Å；对于气 体分离，微孔为50～100Å，具体取决于气体运动的 平均自由程。
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（2）非多孔型膜（Nonporous Membranes） 也称致密膜，孔径率小于10％，孔径5～
第六章 新型分离技术
第一节 概述
分离技术在其他科学技术的带动以及社 会发展的需求刺激下，近年来获得了很大的 进步，新的技术不断涌现，并不断发展和完 善。
本章主要介绍膜分离和超临界流体萃取 等新型分离技术。
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第二节 膜分离
膜（Membrane）分离是一种新兴的多种学 科交叉的高效分离技术。与传统的分离技术相比， 具有分离效率高、能耗低（无相变），可实现连 续分离，易与其他技术相结合，易于放大，膜性 能可调节，无污染等优点。
A
溶质 x1 x2
原液
水或溶剂 水
B
渗出液
溶
剂
+
扩
散
分
子
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（2）反渗透
渗透现象：即纯溶剂通过半透膜由纯溶剂一侧向溶液一侧 的自发流动过程。 渗透压：渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差 。 反渗透：在浓溶液一侧加压，使膜两侧的压差大于溶液的 渗透压(p>)，溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧液流动。
半透膜
（3）可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行， 大大提高了过程效率；
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（4）通常在温和条件下进行，因而特别适用于热 敏性物质的分离、分级浓缩与富集；
（5）适用广泛（有机物或无机物的分离、特殊溶 液体系如共沸物的分离） ；
（6）膜的性能可以灵活调节； （7）膜组件简单，可实现连续操作，易与其他分 离过程或反应过程耦合，易自控和维修，易于放大。
混合气体在压差作用下通过分离膜，利用混合气中的 各组分分子在膜中的透过速率不同而达到分离的目的。
原料气
残留物
渗透物
气体膜分离过程示意图
特点：能耗低、操作简单、装置紧凑并可按处理量改变等。 应用：合成氨弛放气中回收氢气，天然气中分离CO2、空气、有机 蒸气或天然气的脱湿、燃烧废气中CO2的回收和燃烧废气脱硫等。 18
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1.1 膜的定义
膜的广义定义：膜是两相之间的一个不连续区 间，它以特定的形式控制着物质的传递。
这一广义定义不包括膜的材料、结构等信息， 属于宏观层次的“黑箱”定义，而膜分离的研究开 发往往需要在微观层次上进行。
膜一般很薄，厚度从几微米至几百微米。膜可 为固体、液体或气体，常用的膜为多孔或非多孔的 固相聚合的膜和近年来发明的液膜。从生产和应用， 固体膜都占99%以上。
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1.2 膜分离特点
膜的分离作用是借助膜在分离过程中的选择 渗透作用，使混合物分离，宏观上相似于“过 滤”。
物质选择性透过膜的能力可分为两类，一类 是借助外界能量，物质发生由低区位向高区位的 流动；另一类是以化学位差为推动力，物质发生 由高位向低位的流动。
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膜分离过程共同的特点：
（1）膜分离过程中被分离的物质大都不发生相的变 化，能耗通常较低；
在一半透膜两侧的两种溶液 渗 析 液 中的小分子溶质或溶剂通过膜进 行交换，而大分子被截留在各自 的一侧的现象，称为渗析。
人工肾是渗析过程最成功的 范例。自1943年Kolff 用醋酸纤 维素膜制成的人工肾对血液进行 透析治疗尿毒症获得成功后，渗 析技术在血液过滤、血液灌流和 血浆分离等多种治疗方法上得到 应用。
半透膜
p>
半透膜
稀溶液
浓溶液
渗透
稀溶液Leabharlann 浓溶液平衡稀溶液
浓溶液
反渗透
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（3）超滤
原理：溶液在压力差的作用下，溶剂和小于膜孔径的溶 质由膜透过，而大于膜孔径的溶质则被截留，从而达到溶液 的净化、分离和浓缩。
超滤应用非常广泛，从家用净水器到现代化工业生产。
A+B 溶液
A 溶液
B 溶液
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（4）气体分离
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（4）离子交换膜 由碳氢链构成的基膜和固定的离子官能团
组成。若固定离子是酸性的，则为阳离子交换 膜；若为碱性的，则为阴离子交换膜。 （5）复合膜
用坚韧的材料制备支撑基体，然后在多孔 支撑层上以各种方法制备超薄脱盐层，具有高 的溶质分离率和透过速度。
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1.5 常见的膜分离过程
13
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（1）渗析
近年来膜技术发展迅速，广泛应用于化工、 生物、食品、饮料加工，污水处理，冶金技术， 气体和液体燃料的生产等。
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自20世纪50年代膜分离技术发展以来，已 有工业应用的膜技术主要是微滤、超滤、反渗 透、电渗析、渗析、气体膜分离和渗透汽化。 前四种膜分离技术在应用技术上都相对较成熟， 称为第一代膜技术；20世纪70年代末实现工业 应用的气体分离膜技术为第二代膜技术；80年 代开始应用的渗透汽化为第三代膜技术。其他 膜分离过程大多处于实验室研究和中试开发过 程。
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1.3 膜材料
材料
特点
纤维素
二醋酸纤维素 (CDA)、三醋 成孔性、亲水性好、价廉易得，使用
酸纤维素 (CTA)、硝化纤维素 温度范围较广，可耐稀酸，不适用于
(CN)，混合纤维素(CN-CA)、 酮类，酯类、强酸和碱类等液体的过
乙基纤维素(EC)等。
滤。
聚酰胺
聚砜
含氟材 料
尼龙-6(NY-6)、尼龙-66(NY- 具亲水性能，较耐碱而不耐酸，在酮、 66)、芳香聚酰胺(PI)、芳香聚 酚、醚及高相对分子质量醇类中，不 酰胺酰肼(PPP)、聚苯砜对苯 易被浸蚀，孔径型号也较多。 二甲酰(PSA)
聚砜(PS)、聚醚砜 (PES)微滤 具有良好的化学稳定性和热稳定性，
膜
耐辐射，机械强度较高。
聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四 氟乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺 酸
化学稳定性好，耐高温。如PTFE膜，
--40～260oC，可耐强酸，强碱和各
种有机溶剂。具疏水性，可用于过滤
蒸气及腐蚀性液体。
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1.4 几种典型膜的结构和性能
10Å，由金属、无机物或高分子材料制成。孔结 构无法在显微镜下分辨，用气、液的渗透或气 体吸附法等间接描述。其渗透阻力与膜厚度成 正比，因此，该类膜很薄（50～50000Å），也 称为超薄膜。
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（3）非对称膜 由于组分的通量与膜厚成反比，因此要达到
高的渗透通量，必须使膜尽可能薄。非对称膜由 一层很薄的致密表面（活性层）和一个置于其下 的多孔支撑层构成，活性层对传质过程起关键作 用，决定了膜的分离性能。
（1）微孔膜（Microporous Membranes） 由纤维素酯等高分子材料在一定条件下制成的
高度均匀的多孔薄膜，属筛网过滤介质，可制成指 定孔径。对于液体，微孔应小于100,000Å；对于气 体分离，微孔为50～100Å，具体取决于气体运动的 平均自由程。
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（2）非多孔型膜（Nonporous Membranes） 也称致密膜，孔径率小于10％，孔径5～
第六章 新型分离技术
第一节 概述
分离技术在其他科学技术的带动以及社 会发展的需求刺激下，近年来获得了很大的 进步，新的技术不断涌现，并不断发展和完 善。
本章主要介绍膜分离和超临界流体萃取 等新型分离技术。
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第二节 膜分离
膜（Membrane）分离是一种新兴的多种学 科交叉的高效分离技术。与传统的分离技术相比， 具有分离效率高、能耗低（无相变），可实现连 续分离，易与其他技术相结合，易于放大，膜性 能可调节，无污染等优点。
A
溶质 x1 x2
原液
水或溶剂 水
B
渗出液
溶
剂
+
扩
散
分
子
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（2）反渗透
渗透现象：即纯溶剂通过半透膜由纯溶剂一侧向溶液一侧 的自发流动过程。 渗透压：渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差 。 反渗透：在浓溶液一侧加压，使膜两侧的压差大于溶液的 渗透压(p>)，溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧液流动。
半透膜