膜分离过程主要包括哪些类型
第七章 膜分离过程 第八章 液膜分离
第一节 膜和膜分离过程 的分类与特性
一、膜的分类 (1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表 皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液； 多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。 (3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层) 表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选 择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。 (4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0．05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作 为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
(4)优先吸附——毛细管流动模型
溶解—扩散模型适合无机盐的反渗透过程，但对 有机物常不能适用。当压力升高对，某些有机物透过 液浓度反而升高。 膜的表面如对料液中某一组分（有机物）的吸附 能力较强，则该组分就在膜面上形成一层吸附层。在 压力下通过毛细管。 例如用醋酸纤维膜处理—氯酚溶液时，由于后 者的亲水性，使透过液中的浓度反而增大。
三、超滤
超滤：能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。 优点：相态不变．无需加热，所用设备简单，占地面积小，能量 消耗低。操作压力低，泵与管对材料要求不高等。 反渗透法必须施加较高的压力，而超滤的操作压力较小。 基本性能：水通量（cm3／cm2· h);截留率(％),合适的孔径尺寸,孔 径的均一性,孔隙率,及物理化学稳定性。 材料：主要有醋酸纤维、聚矾、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯。 高分子物质极易粘附和沉积，造成严重的浓差极化和堵塞。 原液最好进行前处理，提高原液的流量，采用湍流促进器。 过滤方式：间歇和连续操作。间歇操作分浓缩模式和透析过滤。 问题：与反渗透法相比，水通量大得多，其动力费用较大。和 其他浓缩方法相比，通常只能浓缩到一定程度。
水处理技术中的膜分离过程
水处理技术中的膜分离过程一、引言近年来，水的污染问题越来越引起人们的关注。
进行水处理是防止水污染的重要方法之一。
目前，为了去除水中的有害物质，膜分离技术已经被广泛应用。
本文将从介绍膜分离技术的基本原理及其类型，到讨论应用于水处理中的膜分离技术的发展与应用，最后总结水处理技术中膜分离过程的应用价值等方面进行探讨。
二、膜分离技术概述膜分离技术是指利用膜作为介质，通过物理，化学或生物作用进行分离，纯化或净化物质的技术。
该技术的最大优点是能够高效地去除水中的有害物质。
目前，膜分离技术可分为有机膜和无机膜两类。
有机膜可以分为微滤、超滤、逆渗透和气体传递膜等几种类型。
而无机膜包括陶瓷膜和金属膜两种类型。
三、水处理中的膜分离技术（一）微滤微滤是指通过孔径为0.1-10μm的多孔膜进行分离的技术。
该技术可以去除水中的悬浮颗粒、浑浊物、细菌等大颗粒物。
在饮用水制作过程中，使用微滤膜可以去除水中的浑浊物和细菌，生产出清澈无菌的饮用水。
（二）超滤超滤是指通过孔径为0.001-0.1μm的膜进行分离的技术。
该技术可以去除水中的大分子物质、胶体、细胞等。
在饮用水制作过程中，使用超滤膜可以去除水中的有机物质和微生物。
（三）逆渗透逆渗透是指通过孔径为10-100nm的半透膜进行分离的技术。
该技术可以去除水中的重金属、离子、有机物质等。
在饮用水制作过程中，使用逆渗透膜可以去除水中的大部分离子和有机物质，以达到降低水中总溶解固体量的目的。
（四）气体传递膜气体传递膜是指以气体为处理对象的膜分离技术。
该技术可以将气体通过膜分离出来，如从废气中去除二氧化碳等。
此外，气体传递膜还可应用于废气处理、气体分离等领域。
（五）陶瓷膜陶瓷膜是由氧化铝、氧化锆等陶瓷材料制成的膜。
该技术可以去除水中的溶解性盐类、大分子物质等，应用于纯水制造、污水处理、饮用水制作等领域。
（六）金属膜金属膜是指以不同的金属为材料制成的膜。
该技术可以在坚固的膜上形成纳米孔隙，从而实现对水中微量有害物质的去除。
以压力差为推动力的四种膜分离过程
以压力差为推动力的四种膜分离过程一、引言膜分离技术是一种利用特殊的膜作为过滤介质，将混合物分离成不同组分的方法。
其中，以压力差为推动力的四种膜分离过程是常见的膜分离技术之一。
本文将详细介绍这四种过程的原理、应用及优缺点。
二、微滤1. 原理微滤是一种以孔径大小为基础的膜分离技术。
利用孔径大小不同的膜，能够将混合物中较大颗粒或胶体颗粒截留在膜表面，而较小颗粒则通过膜孔进入膜内部。
因此，微滤可以实现对液体中悬浮物和胶体颗粒的去除。
2. 应用微滤广泛应用于水处理、食品加工、制药等行业中。
例如，在水处理中，微滤可以去除水中悬浮物和胶体颗粒，使得水质更纯净；在食品加工中，微滤可以去除牛奶、果汁等液体中的杂质和微生物；在制药行业中，微滤可用于制备生物制品等。
3. 优缺点微滤的优点是操作简单、效率高、成本低，并且不需要加入化学药品。
但微滤孔径较大，无法去除溶解性物质和细菌等微小颗粒。
三、超滤1. 原理超滤是一种以分子大小为基础的膜分离技术。
利用超细孔径的膜，能够将混合物中较大分子截留在膜表面，而较小分子则通过膜孔进入膜内部。
因此，超滤可以实现对液体中高分子物质和胶体颗粒的去除。
2. 应用超滤广泛应用于制药、食品加工、废水处理等行业中。
例如，在制药行业中，超滤可用于制备生物制品等；在食品加工中，超滤可以去除牛奶、果汁等液体中的高分子物质和胶体颗粒；在废水处理中，超滤可用于去除有机物和重金属离子等污染物。
3. 优缺点超滤的优点是能够去除高分子物质和胶体颗粒，并且操作简单、效率高。
但超滤孔径较小，容易被污染物堵塞，需要定期清洗和更换膜。
四、纳滤1. 原理纳滤是一种以分子大小为基础的膜分离技术。
利用超细孔径的膜，能够将混合物中较大分子和胶体颗粒截留在膜表面，而水分子和较小分子则通过膜孔进入膜内部。
因此，纳滤可以实现对液体中高分子物质、胶体颗粒和溶解性物质的去除。
2. 应用纳滤广泛应用于饮用水净化、制药、生化工程等行业中。
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。
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。
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膜分离简介
膜材料
特点
膜组件
一、平板式组件
二、圆管式
圆管式膜组件的机构主要将 膜和支撑体均制成管状。
三、螺旋式膜组件 螺旋卷式膜组件是将做好的平板膜密封成膜袋，在两膜 袋间衬以网状间隔材料并紧密地卷绕在多孔中心管上制成。
1-密封圈(原溶液)；2-渗透物收集管；3、4-浓缩物； 5、9-进料-分隔板；6、8-膜；7-渗透物-分隔板； 10-膜的粘合；11-外壳；12-渗透槽
纳滤膜孔径 0.0005～0.005m： 低聚糖、染料、多价离子 反渗透膜孔径0.0001～0.001m： 电解质、较大的有机溶质 水、较小的有机溶质
渗透
在半透膜两侧的两种溶液中，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，称为透析。
人工肾是透析过程最成功的 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，透析技术在血液 滤过、血液灌流和血浆分离
等多种治疗方法上得到应用。
反渗透
P>
盐 水
半透膜
纯 水
半透膜
盐 水
纯 水
半透膜
盐 水
纯 水
渗透
渗透平衡
反渗透
反渗透膜几乎无孔，可以截留大多数溶质（包括离子） 而使溶剂通过，操作压力一般为2～10MPa；
理想水溶液渗透压：＝cBRT
微滤
微滤膜孔径为0.05～10µ m，能截留胶体颗粒、微生物
溶剂、离子、 胶体及各类 小分子 大分子 水、溶剂 离子 悬浮物、溶 解物、胶体 非解离和大 分子颗粒 难渗透气体
气体的溶解-扩 易渗透气体 散
溶解—扩散
通过膜的扩散
易溶解或易 不易溶解或 挥发组分 难挥发组分 高蒸汽压的 挥发组分 非挥发的小 分子和溶剂
06-膜分离过程
6.1.2. 膜过程分类
生物分离中最常用-超滤、微滤和反渗透
膜过程分类
粒径
0. 1 1 nm 10
病毒
100
1μ m
10
100
１ mm
小分子
蛋白质
乳胶
细菌 细胞 微粒
超细胶体微粒 反渗透 微滤
超滤
一般过滤
膜分离法与物质大小（直径）的关系
6.1.3. 分离膜
（一）分离膜性能
• ★物化稳定性-膜强度、耐受压力、温度、pH、对 有机溶剂及各种化学药品的耐受性-膜寿命 ★分离透过性-选择性、渗透通量、通量衰减系数 • ①选择性-可用截留率R表示
第六章
膜分离过程
Membrane Separation
膜分离现象普遍存在，膜分离技术应用广泛
1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜 过程在工业上得到应用 30年代 微孔过滤——人造 40年代 渗析 50年代 电渗析 60年代 反渗透（1960年Loeb和Sourirajan） 70年代 超滤 80年代 气体分离 90年代 渗透汽化 现代 EDI技术——电渗析(ED)+离子交换（IE)
膜材料
①透过速度大 ②截留盐的能力强 ③易于制备、来源丰富 ④适合作反渗透膜 ⑤不耐温（30℃） ⑥pH 范围窄，清洗困难 ⑦与氯作用，寿命降低 ⑧微生物侵袭 （1）温度范围广 （2）pH 范围广 （3）耐氯能力强 （4）孔径范围宽 （5) 操作压力低 （6）适合作超滤膜
（三）膜结构
• 对称膜，即膜截面的膜厚 方向上孔道结构或传递特 性均匀，传质阻力大，透 过通量低，容易污染，清 洗困难，微滤膜大多为对 称膜
（二）膜材料
膜材料 应用 特点 截盐能力强，使用温度 反渗透膜 醋酸纤维 和 pH 范围有限 微滤膜和超滤膜 天然高分子 再生纤维 微滤膜和透析膜
第四章膜分离过程原理汇总
4.2 以压力差为推动力的膜分离过程
• 微滤是指大于0.1μm的颗粒或可溶物 被截流的压力驱动型膜过程(MF)
• 超滤是指小于0.1μm大于2nm的颗粒 或可溶物被截流的压力驱动型膜过 程(UF)
• 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透 压而选择性透过的膜过程(RO)
• 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被 截流的压力驱动型膜过程(nF)
• 根据原水水质，可经过预过滤以去除大颗 粒防止膜过快堵塞，亦可视情况投加混凝 剂或粉末活性炭，以生产有机物含量低的 水。但在生产高质量水时，通常作为超滤、 反渗透或纳滤的预处理设施。
• 而在生产高纯水时，微滤常作为纯水或超 滤水生产时的末端处理， 以去除剩余在水 中的痕量杂质。
• 目前，市场上的微滤膜多为平板膜折叠式滤芯， 膜材料为聚丙烯(PP)或聚砜(PS)、尼龙等。聚砜 膜的孔径经常为0．45mm、0．2mm或更小，其 孔径分布均匀，水通量大，不易堵塞。而聚丙烯 膜的过滤精度范围广，价格便宜，但精度差。
• 深层过滤：在微滤过程中，膜孔的孔径大于被 滤微粒的粒径，流体中的粒子能进入膜的深层 并被除去。
4.2.4渗透气化与蒸汽渗透
• 1.渗透汽化及蒸汽渗透原理
渗透汽化是指液体混合物在膜两侧压差得作用，利用膜对被分 离混合物中某组分有优先选择性透过膜得特点，使料液侧优 先渗透组分渗透通过膜，在膜得下游侧汽化去除，从而达到 混合物分离提纯得一种新型膜分离技术。
MF
UF
RO
4.2.1 反渗透
渗透是在膜两侧的压力相等的情况下,在浓差作用 下溶剂水分子从低浓度向高浓度透过.
反渗透是利用外压将渗透过程逆转,达到分离物质的
反渗透原理
反渗透（Reverse Osmosis）分离过程是使溶 液在一定压力（10-100 atm）下通过一个多孔 膜，在常压和环境温度下收集膜渗透液。溶液中 的一个或几个组分在原液中富集，高浓度溶液留 在膜的高压侧。
膜分离技术的研究进展及其应用展望
膜分离技术的研究进展及其应用展望膜分离技术是一种重要的分离技术，主要通过多孔膜的筛选作用实现物质分离。
该技术已经广泛应用于生物技术、食品工业、化学工业、环保工程、医药等领域。
本文将介绍膜分离技术的研究进展及其应用展望。
一、膜分离技术的研究进展（一）膜材料的研究膜材料是膜分离技术的基础，目前主要有有机膜、无机膜和复合膜三种类型。
有机膜主要包括聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚氨酯薄膜等。
这些膜材料具有重量轻、成本低的特点，但是它们的相对分子质量截止率较低，不能满足高精度的分离要求。
无机膜主要包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜等。
这些膜材料具有相对分子质量截止率高、高温抗腐蚀、使用寿命长的特点，但是成本昂贵，生产工艺复杂。
复合膜则是综合了有机膜和无机膜的优点，同时避免了它们的缺点，被广泛应用于分离领域。
（二）膜分离机理的研究膜分离机理主要包括纳滤、超滤、微滤和逆渗透等，其中逆渗透技术是目前应用最广泛的一种膜分离技术。
它主要利用高压将溶液逆向渗透过一种微孔膜，使得溶液中间的水分子进入膜孔，而其他大分子物质则难以通过膜孔的筛选。
逆渗透技术广泛应用于海水淡化、饮用水净化、污水处理、浓缩果汁等领域。
（三）膜分离过程的研究膜分离过程主要包括内部浓度极化层、外部浓度极化层、膜分离区等几个步骤。
其中，内外两层浓度极化层对分离效果有非常重要的影响，需要根据实际情况进行调整和优化。
此外，膜分离过程中存在一些不确定性因素，如温度、压力、污染物等，这些因素为分离过程带来了一定的不稳定性。
二、膜分离技术的应用展望（一）水处理领域随着全球水资源日益紧张，不断有新的水处理技术被推出。
膜分离技术通过其高效、节能、环保等特点，被认为是未来水处理领域的重要突破口。
目前，膜分离技术已经广泛应用于海水淡化、饮用水净化、污水处理、水中微量有害物质的去除等方面。
（二）食品工业膜分离技术已经广泛应用于食品的处理和包装。
例如，利用膜分离技术，可以从牛奶中分离出蛋白质、糖类、脂肪等成分，生产出优质乳制品；同时，膜分离技术也可以帮助包装行业实现食品保鲜、防腐、防污染等需求，满足人们对于健康、安全、方便的生活需求。
常用的膜分离过程.
二、超滤膜材料和制备
常用的超滤膜材料有醋酸纤维超滤膜、聚砜超滤膜、聚砜酰 胺超滤膜等。
非对称平板膜、管状膜采用溶液浇注法 中空纤维膜采用纺丝法
三、超滤膜设备
超滤膜装置一般由若干超滤组件构成。超滤过程的膜形式包 括管式、板框式、卷简式个字纤维式、薄层流道式以及平行叶片 式。各种膜组件的特征及优缺点见表。
七、微滤膜的应用现状及前景
超滤（UF）
超滤膜属于压力驱动型膜分离过程，它是利用孔径在1～100nm左右的膜， 通过筛分原理分离，选择性透过溶剂和某些小分子溶质的性质，对料液侧施加 压力(操作压差范围大约在0.9MPa～1.0MPa)，使大分子溶质或细微粒子从溶液 中分离出来的过程。超滤是一种机械分离方法，只有小于0.002μm粒子、水、 盐糖和芳香物等能够通过超滤膜，超滤膜空隙尺寸在15~1000埃，过滤粒子尺 寸范围0.002~0.2μm。采用的滤膜较反渗透膜粗，类似盐、糖的溶质能够通过滤 膜，蛋白质等大分子的溶质被隔在膜外，超滤的滤膜分子量吸收限制值在500 至几十万道尔顿，直径大于0.1μm的溶质，如蛋白质、果胶、脂肪及所有微生 物，尤其是酵母菌、霉菌，不能通过超滤膜。
在实际使用中，究竟采用哪种组件形式，要针对膜材料和被处理液的性 能而定。一般来说，当原水含有易产生凝胶的溶质或存在一定量悬浊物时， 采用管式和板式组件为宜。不过，不论采用哪种形式的组件，对待超滤的原 水最好都进行一定的前处理，特别是对一些水质较差、浊度较高的原水，均 需要采取严格的前处理措施。例如加入某些乳化剂以防止沉淀聚结；加入络 合剂把可能形成污染的物质络合起来，防止它们形成沉淀；调节溶液的pH值 使聚电解质处于比较稳定的状态等。
二、微滤分离原理
四、微滤膜制备方法
五、主要的微孔滤膜材料
常用的膜分离过程
常用的膜分离过程常用的膜分离过程 - 微滤微滤膜过滤技术，使过滤从一般比较粗糙的相对性质，过渡到精密的绝对性质。
它可以分为表面型和深层型两类。
我国的微滤膜技术的研制和生产起步较晚，70年代以前我国几乎没有专业的人员在从事这方面的研究。
在十几年的发展之后，我国在这方面取得了显著的成绩。
微滤膜、微滤组件单元及其相应的配套设备，在质量、品种、规格等方面可达到国际先进水平。
微滤的总销售额比所有其他膜过程之和还要大，年销售额目前已达到15亿美圆。
特别是通过国家“七五”和“八五”重大科技项目攻关后，使我国微滤膜及其配套部件又有了新的长足的发展。
◎微孔滤膜应用范围鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
常用的膜分离过程 - 超滤◎超滤膜发展概述超滤膜是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，它利用的是筛分原理分离，对有机物截留分子量从10000～100000 Dalton可选，适用于大分子物质与小分子物质分离、浓缩和纯化过程。
最早使用超滤膜的是天然动物脏器薄膜。
历史上1861，1867，1907，1960，1963，1965，都是超滤膜技术取得进展的年份。
我国在超滤技术上的应用，最先是研制出来管式超滤膜及组件。
根据资料显示，1990年世界膜市场中超滤及相关装置的年销售额已达3.54亿美圆。
随着膜工业的快速发展，膜工业中超滤这一分支，也必将显示出它的应用前景。
◎超滤的应用早期的工业超滤应用于废水和污水处理。
三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域常用的膜分离过程 - 纳滤◎纳滤的发展概述20世纪80年代末，随着新的制膜方法（如界面聚合法）的出现和制膜工艺的不断改进，一批新型复合膜（如疏松型反渗透膜和致密型超滤膜）得以问世，并受到极大的关注，现在人们习惯上将这类膜称为纳滤膜。
膜分离过程
浓缩
以截留物为目的产物的称为浓缩 以截留物为目的产物的称为浓缩
如微滤 微滤的用途： 微滤的用途：对发酵液中的微生物细胞可以回收和浓缩 利用还可以用不同孔径的微滤膜收集细菌、 利用还可以用不同孔径的微滤膜收集细菌、酶、蛋白 质、虫卵等以提供分析检测利用微滤膜进行微生物培 养时可根据需要在培养过程中更换培养基， 养时可根据需要在培养过程中更换培养基，以达到多 种不同的目的
膜分离过程
第二组：籍秀杰 李丽秀 纪姗 韩鸿均
膜分离过程分类
根据分离产物的不同，膜分离过程可划分为： 根据分离产物的不同，膜分离过程可划分为： 提纯 浓缩 分离
提纯
水处理等以透过物为目的产物的膜分 水处理等以透过物为目的产物的膜分 以透过物为目的产物 离过程为提纯 如膜萃取
膜萃取的用途： 膜萃取的用途：与生物分离过程有关的莫萃取应用 主要集中与膜发酵-膜萃取耦合过程 膜萃取耦合过程、 主要集中与膜发酵-膜萃取耦合过程、膜萃取生物降 解反应和酶膜反应器等
Байду номын сангаас
分离
将透过物与截留物均作为目的产物的称为 透过物与截留物均作为目的产物的称为 分离 如电渗析
电渗析的用途：稀释液可用于生物、医药、 电渗析的用途：稀释液可用于生物、医药、食品领域的 水溶液脱盐和去离子；浓缩液主要用来生产盐。 水溶液脱盐和去离子；浓缩液主要用来生产盐。
膜分离过程
膜的定义——两相之间的不连续区间。
膜即“区间”不是通常的相界面，可为气相、液相和固相，可以均相或非均相、对称或非对称，荷电或中性。
膜的优点：过程一般较简单，费用低、效率较高、常温下操作。
第一节膜和膜分离过程的分类与特性一、膜的分类膜分离的实质——物质通过膜的传递速率不同而得到分离。
1、对称膜：膜的结构与方向无关，如具有不规则的孔结构，或者所有的孔具有确定的直径。
2、非对称膜：分离层（薄而致密）二多孔支撑层。
二层为同一种材料活性膜，孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度，该层必须朝向的原溶液。
优点：高传质速率（分层等）和良好的机械强度。
被脱除物附在表面，易于清除。
3、复合膜膜的性能：不仅决定于选择薄层，而且受微孔支撑活物、孔径、孔分布和多孔率的影响。
4、荷电膜：即离子交换膜，属于对称膜溶胀胶固定有正电荷可交换的为阴离子。
5、液膜，有关章节讨论。
6、微孔膜：孔径大小为0.05~20μm的膜7、动态膜：在多孔介质上（如陶瓷管）沉积一层颗粒物（如氯化铝）作为有选择作用的膜。
可在高温下应用，但膜很不稳定。
二、重要的膜分离过程（表9-1）1、渗透和透析（推动力—浓度差）渗透是由于浓度差→渗透压差→在膜的两旁引起溶剂向浓度高渗透压大的方向扩散。
工业上从纤维废液回收NaOH（人造毛或合成丝）。
透析是由于浓度差从溶液中分离出小分子物质的过程，如肾衰病人肾透析二者的共同点：浓度差不断降低，推动力也不断减小。
2、反渗透和超滤（推动力—压力差）反渗透：在渗透实验装置的膜两侧造成一个压力差，1-8Mpa，并使其大于渗透压，就会发生溶剂倒流，使浓度较高的溶液进一步浓缩，这一现象就叫反渗透。
超滤：膜只阻挡大分子，在压力差推动下，水和盐等小分子透过。
微过滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，在压力差推动下0.1Mpa使不溶物浓缩（水和溶解物通过）图9-2，膜的孔径范围，反渗透小（水过），超滤较小（按粒经选择分离微粒和大分子）微过滤较大（不溶物截留，水和溶解物均过）。
膜分离过程
膜分离过程 (membrane separation)
减缓措施
一是提高料液的流速，控制料液的流 动状态，使其处于紊流状态，让膜面处的 液体与主流更好地混合； 二是对膜面不断地进行清洗，消除已 形成的凝胶层。
16
zhangru2002@
膜分离过程 (membrane separation) 3 纳滤
2e separation)
30年代 年代 40年代 年代 50年代 年代 60年代 年代 微孔过滤 渗析 电渗析 反渗透
70年代 超滤 年代 80年代 气体分离 年代 90年代 渗透汽化 年代 EDI技术 电去离子 ) 技术(电去离子 现代 技术
浓度梯度
除去小分子有机物或无机离子，奶制品脱盐， 小分子有机物和无机离子的去 除去小分子有机物或无机离子，奶制品脱盐，蛋白 质溶液脱盐等 除 离子脱除、 离子脱除、氨基酸分离 小分子有机物与水的分离 10 苦咸水、海水淡化，纯水制备，锅炉给水， 苦咸水、海水淡化，纯水制备，锅炉给水，生产工 艺用水 醇与水分离，乙酸与水分离，有机溶剂脱水， 醇与水分离，乙酸与水分离，有机溶剂脱水，有机 液体混合物分离（ 液体混合物分离（如脂烃与芳烃的分离等
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zhangru2002@
膜分离过程 (membrane separation)
各种膜分离范围
膜过程
粒子过滤 微滤 超滤 纳滤 反渗透 渗透蒸发
分离机理 体积大小 体积大小 体积大小 溶解扩散 溶解扩散 溶解扩散
分离对象
孔径/nm
固体粒子
0.05~10μm的固体粒子
＞10000
50~10000
电渗析 离子交换膜 渗透蒸 致密膜或复合膜 发
电位差 浓度梯度
zhangru2002@
第四章膜分离过程原理(完整版)
4.2 以压力差为推动力的膜分离过程
• 微滤是指大于0.1μm的颗粒或可溶物 被截流的压力驱动型膜过程(MF)
• 超滤是指小于0.1μm大于2nm的颗粒 或可溶物被截流的压力驱动型膜过 程(UF)
• 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透 压而选择性透过的膜过程(RO)
• 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被 截流的压力驱动型膜过程(nF)
• 超滤的操作模式基本上是死端过滤和错流过滤 两种。产物既可以是渗透液，也可以是截留液 或者二者都有。
微孔过滤
用于从气相或液相物质中截留分离微粒、 细菌、污染物等。 1 微过滤膜:孔径0.025 ~ 3m，特种纤维 素酯、高分子聚合物制成。
三醋酸酯纤维素 聚四氟乙烯 尼龙－66
亲水型
憎水型 通用型
式中，ci—溶质物质的量浓度，kmol/m3; n—溶液中的组分数。
对电解质水溶液，常引入渗透压系数来校 正偏离程度，对水溶液中溶质i组分， 其渗透压可用下式计算
在实际应用中，常用以下简化方程计算
• 4.2.1.2反渗透操作特性参数计算
基于Sourirajan的优先吸附—毛细孔流动机理，溶剂和溶 质通量可用Kimura-Sourirajan模型求算 溶剂通量
盐，氨基酸，糖 的浓缩，淡水 制造
脱盐，除变性剂
脱盐，氨基酸和 有机酸的分离
有机溶剂与水的 分离，共沸物 的分离（如乙 醇浓缩）
4.2.1.1渗透和渗透压 盐溶液 纯水
1885 年 , Van’t Hoff 渗透压定律：
·R·T·Ci 渗透是在膜两边渗透压 差—— 的作用下的溶 剂流动；而反渗透、超 滤是在一外加压力差 P > 的作用下, 溶剂逆 向流动。
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1..膜分离过程主要包括哪些类型？有超滤、反渗透、渗析和点渗析。
A2. 2.传质分离方法选择的原则？考虑被分离物系的相态；考虑被分离物系的特性；考虑产品质量的要求；考虑经济程度。
3. 3.对流传质有哪些类型？强制对流传质（又包括强制层流传质和强制湍流传质）和自然对流传质。
B4. 4.停留膜模型的要点？（1）（1）当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停留膜——气膜和液膜，溶质A通过两膜层的传质方式为分子扩散；（2）（2）在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无传质阻力；（3）（3）在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。
5. 5.传质设备按所处理物系相态分类？ B（1）（1）气液传质设备；（2）（2）液液传质设备；（3）（3）气固传质设备；（4）（4）液固传质设备。
6. 6.对传质设备的基本要求？（1）（1）单位体积中，两相的接触面积尽可能大；（2）（2）两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路行或返混等现象发生；（3）（3）流体的通量大，单位设备体积的处理量大；（4）（4）流动阻力小，运转时动力消耗低；（5）（5）操作弹性大，对物料的适应性强；（6）（6）结构简单，造价低廉，操作协调方便，运行安全可靠。
7.7.板式塔主要构件及气、液两相连续性？ A板式塔为逐级接触式的气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管和受液盘等部件组成。
板式塔内液相为连续相；汽相为分散相。
8.8.填料塔主要构件及气、液两相连续性？ B填料塔为连续接触式的气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、液体分布器、填料支承板、塔填料、填料压板和液体再分布装置等部件组成。
填料塔内液相为分散相；气相为连续相。
9.9.填料塔与板式塔相比，填料塔具有如下特点 A（1）（1）生产能力大；（2）（2）分离效率高；（3）（3）压力降小，持液量小；（4）（4）操作弹性大；（5）（5）造价较高；（6）（6）易堵塞；（7）（7）侧线出料和进料较难。
10.10.气体吸收过程的分类方法？气体吸收过程按被吸收组分数目分为单组分吸收和多组分吸收；按吸收过程有无化学反应分为化学吸收和物理吸收；按溶质组成的高低分为低组成吸收和高组成吸收。
11.11.气体吸收的应用场所有哪些？（1）（1）净化或精制气体。
如合成氨工艺中合成气中的净化脱碳；（2）（2）制取某种气体的液态产品。
如用水吸收氯化氢气体制取盐酸；（3）（3）回收混合气体中所需的组分。
如用洗油处理焦炉气以回收芳烃；（4）（4）工业废气的治理。
如废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。
12.12.吸收剂选择的原则？（1）（1）溶解度。
吸收剂对溶质组分的溶解度要大；（2）（2）选择性。
吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微；（3）（3）挥发度。
吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小；（4）（4）粘度。
吸收剂在操作温度下的黏度要低；（5）（5）其它。
无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。
13.13.温度和压力对溶解度的影响？温度的影响：对同一种溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而降低；压力的影响：对同一种溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大；加压和降温有利于吸收操作；减压和升温有利于解吸操作。
14.14.在计算吸收塔塔径时应注意什么？工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算：吸收塔塔径的计算公式为应注意：1）1）计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据；2）2）计算塔径时，q v,v采用操作状态下的数据；3）3）计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u。
15.15.获取吸收系数的途径？实验测定；经验公式计算；准数关联式计算。
A16.16.散装填料主要包括哪些？1）1）环形填料：拉西环→按增加填料比表面积分为勒辛环、十字隔板环、螺旋环；→按改变通量，改善气液流动状态分为鲍尔环、阶梯环、扁环。
2）2）鞍形填料和环鞍形填料：弧鞍填料、矩鞍填料、改进矩鞍填料和环矩鞍填料。
3）3）球形填料和花环填料：球形填料分为多面球填料和TRI球形填料；花环填料分为花环填料、共轭环填料、海尔环填料和纳特环填料。
17.17.规整填料主要包括哪些？ B1）1）格栅填料：2）2）波纹填料：18.18.填料的性能评价指标有哪些？ A1）1）生产能力大；2）2）传质效率高；3）3）填料层压降低；4）4）操作弹性大；5）5）造价低。
19.19.填料类型的选择应考虑哪些因素？ B1）1）填料的传质效率要高；2）2）填料的通量要大；3）3）填料的压降要低；4）4）填料抗污堵性能强；5）5）填料便于拆装、检修。
20.20.填料规格选择原则D/d≥8 （其中D—塔径，d—填料公称直径） B21.21.什么是填料塔的液泛？在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相由连续相变为分散相，此时，气体呈气泡形式通过液层，气体出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被破坏，此种情况称为液泛。
22.22.蒸馏过程的原理？ A液体混合物→通过多次部分汽化和多次部分冷凝→液相+气相→根据各组分挥发度不同→易挥发组分由液相到气相，难挥发组分由气相到液相→根据相际间质量传递→最终气相（易挥发组分）+最终液相（难挥发组分）。
23.23.蒸馏过程的应用领域？1）1）液体混合物的分离：如混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；2）2）气体混合物的分离（加压液化）：如空气液化蒸馏可得到纯态液氧和液氮等；3）3）固体混合物分离（加热熔化）：固体脂肪酸加热熔化后用蒸馏方法分离。
24.24.蒸馏分离的特点？1）1）通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品；2）2）适用范围广，可分离固态、液态、气态混合物；3）3）蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离；4）4）蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题。
25.25.蒸馏过程的分类？1）1）按蒸馏操作方式：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏；2）2）按物系中组分数目：两组分蒸馏和多组分蒸馏；3）3）按蒸馏操作流程：间歇蒸馏和连续蒸馏；4）4）按操作压力：常压蒸馏、加压蒸馏和减压蒸馏。
26.26.平衡蒸馏的原理是什么？ B将混合液在压力P1下加热，然后通过减压阀使压力降低至P2后进入分离器。
过热液体混合物在分离器中部分汽化，将平衡的气、液两相分别从分离器的顶部、底部引出，即实现了混合液的初步分离。
27.27.简单蒸馏的特点是什么？ A1）1）间歇操作过程；2）2）非稳态过程；3）3）单级过程，无塔段。
28.28.简单蒸馏的应用场所？ B1）1）液体混合物的初步分离；2）2）测油品的沸程——恩式蒸馏；3）3）某些料液的脱色。
29.29.比较平衡蒸馏、简单蒸馏和精馏的特点？1）1）平衡蒸馏、简单蒸馏为单级过程，进行一次部分汽化（液体混合物的初步分离）；2）2）精馏为多级过程，进行多次部分汽化和部分冷凝（实现液体混合物的完全分离）。
30.30.简述连续精馏操作流程？ A化工生产以连续精馏为主。
操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。
塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借助重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为流出液）采出。
31.31.简述间歇精馏操作流程？ B与连续精馏不同之处是，原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有径流段，而无提馏段。
在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的组成液逐渐降低。
当釜液达到规定组成后，精馏操作即被停止。
32.32.简述理论板提出的意义？用作衡量实际板分离效率的依据和标准。
通常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数。
33.33.简述精馏塔五种进料热状况？ B1）1）冷液进料；2）2）饱和液体进料（泡点进料）；3）3）气液混合物进料；4）4）饱和蒸气进料（露点进料）；5）5）过热蒸气进料。
34.34.什么是全回流和最少理论板数？1）1）全回流是指上升至塔顶的蒸气经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔内，该回流方式为全回流；2）2）最少理论板数是指当回流比为无限大，两操作线与对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，气液两相间传质推动力最大，所需理论板层数最少。
35.35.直接蒸汽加热的应用背景和意义1）直接蒸汽加热的应用背景：待分离的物系为水溶液；水为难挥发组分。
2）直接蒸汽加热的应用意义：省掉再沸器，减少设备费；提高加热蒸汽利用率，节约能耗，减少操作费。
36. 提镏塔的特点？1）塔顶进料，塔顶馏出物全部采出，无回流； A2）只有提馏段，而没有精馏段。
37. 提镏塔的应用背景1）物系在低浓度下的相对挥发度较大，无精馏段也可以达到希望的馏出液组成；2）回收稀溶液轻组分。
38. 精馏过程的节能途径？1）减少操作回流比。
如采用高性能新型塔板代替原有塔板，提高效率；采用高效塔填料代替原有塔板，提高效率。
2）降低塔釜操作温度。
如采用高效塔填料代替原有塔板，降低塔压降。
3）热泵精馏；4）多效精馏；5）原料预热。
如用塔顶蒸汽预热原料；用塔釜采出液预热原料。
39. 间歇精馏的特点？1）非稳态操作过程； B2）只有精馏段；3）操作灵活，适用性强。
40. 间歇精馏的适应场所？1）所分离的原料是分批获得的；2）分离的原料多变。
原料种类多变、原料组成多变； A3）多组分混合物的分离。
41. 在精馏过程中，塔板分哪两类？各适应什么场所？有降液管式塔板——错流式情况；无降液管式塔板——逆流式情况。
42. 塔板的主要形式？A1）泡罩塔板；2）筛孔塔板；3）浮阀塔板；4）喷射型塔板。
43. 塔板的性能评价指标有哪些？1）生产能力大；2）塔板效率高； B3）塔板压降低；4）操作弹性大；5）结构简单，制造维修方便，造价低。
44. 各种降液管的适应环境？1）圆形降液管：适用于小直径塔；2）弓形降液管：适用于中等直径塔； A3）矩形降液管：适用于中大直径塔，采用中间溢流。
45. 塔板上气液两相接触状态？1）鼓泡接触状态；2）蜂窝接触状态； B3）泡沫接触状态；4）喷射接触状态。
46. 塔板上出现的异常操作现象？1）漏液现象；2）雾沫夹带现象； B3）液泛现象；47. 何为塔板的负荷性能图？对于一定分离物系，当设计选定塔板类型后，其操作状况分离效果只与气液负荷有关。
要维持塔板正常操作和塔板效率的基本稳定，必须将塔内的气液负荷限制在一定范围内，该范围即为塔板的负荷性能。
48. 板式塔的操作分析包括哪些内容？1）适宜操作区；2）操作点；3）操作线； A4）操作控制；5）操作弹性；6）操作线的调节。