膜科学-膜分离技术的应用57页PPT
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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
膜科学-膜分离技术的应用.
膜真空蒸馏等，当前常以膜接触器的研究出现，其他还有促进传递过程，膜反应器、传感器
、控制释放等膜技术发展很快，可携带能源燃料电池因膜技术的研究开发，使之可在工业上 应用，因而为膜科学研究者倍加关注，并已成为最新的一个热点。
中国的膜科学
我国的膜科学技术开始于1958年离子交换膜的研究，20世纪60年代 研究反渗透膜，曾组织全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科学 技术的发展；
高的分离体系，特别是近沸或恒沸体系的分离。
液体混合物的分离、纯化
基本原理
液相中的组分通过渗透汽化膜的过程可以用溶解
——扩散机理描述。在渗透汽化过程中，组分在
膜两侧蒸汽压差的推动下，首先选择性溶解在膜
料液侧面，再扩散透过膜，最后在膜的透过侧表 面汽化，解收。
单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医
药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理 、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会 效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
膜分离技术的特点
◆膜分离技术是利用天然或人工制备的具 有选择透过性的膜。以外界能量或化学单 位差为推 动力对溶液中的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯 和浓缩的方法
有机高分子膜
膜技术发展简况
19世纪Fick发现扩散定理可用于透过膜的扩散现象、气体分离、渗析和渗透压力研究。 20世纪以来，开始研究Donnan电渗析、微孔膜、初期的超滤、反渗透，研究膜电势是电渗析 和电极的基础，以及初期的人工肾研究。
50年代以来，合成膜的研究、电渗析微孔过程和血液渗析等分离技术开始进入工业化应用。
从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展， 随后在世界各地相继应用。其间微滤和 超滤技术也得到相应的发展
膜分离的基本原理
《膜分离技术》PPT课件
27
脂肪族聚酰胺
脂肪族聚酰胺是线形高分子材料，由亚甲 基链段和极性基团（酰胺基）有规律交替 链接而成。
O
CH2 C NH
p型脂肪族聚酰胺
p-1
n
O
O
NH CH2 NH C CH2 C mp型脂肪族聚酰胺。
m
p-2
2021/6/10
n
28
芳香族聚酰胺
分子骨架上含有芳环的聚酰胺称为芳 香族聚酰胺。目前工业化的有两大类：
HCH2OHO
H OH
HCH2OHO
H
O
OH OH
H H
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
O
OH
H H
H OH
H OH
OH H
H H
H OOH
CH2OH
n_2
2
2021/6/10
22
从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化 剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋 酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
聚酰胺（俗称尼龙）是指分子主链上含有酰胺基 团（-NHCO-）的高分子化合物。英文为polyamide， 缩写为PA。
早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙-4、 尼龙—66等制成的中空纤维膜。
以后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分离膜， pH适用范围为3～11。长期使用稳定性好。
2021/6/10
用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反 渗透现象
obain..etc
1930
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
《膜分离技术》课件
控制运行参数
根据实际运行情况，调整压力、流量等运行 参数，优化处理效果。
应急处理
针对突发故障或水质异常情况，采取相应的 应急处理措施，确保系统稳定运行。
04
膜分离技术的优势与局限 性
优势
高效分离
膜分离技术能够高效地分离混合物中 的不同组分，实现高纯度产品的制备 。
节能环保
膜分离过程通常在常温下进行，能耗 较低，且不产生有害物质，符合绿色 环保理念。
感谢您的观看
THANKS
膜分离技术需要使用特定的化学品进行清洗和维护，因此化学品成本 也是需要考虑的因素。
环境效益分析
减少污染排放
膜分离技术可以有效地减少工业 废水中的有害物质排放，减轻对 环境的污染。
节约资源
膜分离技术可以提高资源的利用 率，减少浪费，对环境保护具有 积极的影响。
提高生产效率
膜分离技术可以优化生产流程， 提高生产效率，降低能耗和资源 消耗，从而减少对环境的负面影 响。
特点
孔径分布均匀、过滤精度 高、阻力小。
03
膜分离技术的工艺流程
原水预处理
去除大颗粒杂质
通过过滤、沉淀等方法去除原水中较大的颗粒、悬浮物和杂质。
降低浊度
通过加入絮凝剂、沉淀等方法降低原水的浊度，提高水质清晰度。
调节pH值
根据不同膜材料的特性，通过加酸或加碱调节原水的pH值至适宜 范围。
膜组件的安装与调试
2
膜分离技术可以有效地去除医药产品中的杂质和 有害物，膜分离技术的应用前 景越来越广阔，为新药研发和生产提供了新的技 术支持。
06
膜分离技术的经济效益分 析
投资成本分析
设备购置成本
膜分离技术的设备购置成本较高，包括膜组件、泵、管道等。
膜分离技术及应用(共63张PPT)
工业领域 金属工艺 纺织及制革工业 造纸工业 食品及生化工业 化学工业 医药及保健 水处理 国防工业
应用举例
金属回收；污染控制；富氧燃烧 余热回收；药剂回收；污染控制 代替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收 净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收 有机物除去或回收；污染控制；气体分离；药剂回收和再利用 人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化 海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化；废水处理 舰艇淡水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理；野战供水
过滤
分离
纯化 最终产品分离
典型分离过程
MF
离心
硅藻土过 滤
离子交 换吸附
溶剂萃 等电沉
取
淀
液液萃 分级 色谱分
取
沉淀 离
喷雾 冷冻
结晶
干燥 干燥
发酵产物的下游处理
典型膜应用过程－ 微滤
微滤小结
膜 厚度 孔尺寸 推动力 分离机理 膜材料
应用
不对称膜 10～ 150 微 米 5 0 ～ 1 0,00 0n m 压 差 (1~5bar) 筛分 聚合物（聚砜、聚丙烯腈） 陶瓷膜（氧化铝、氧化锆、碳） －消毒（食品、药剂） －分析 －半导体（超纯水） －生物技术（澄清、除菌、分级） －废水处理（冶金、纺织、食品等） －医药（血浆除菌、注射液除菌）
技术
优点
缺点
离心分离 能处理含量高的固体，已成熟的技 维修费用高，高速运动部件对粒径和
术，便宜，有许多生产厂家
粒子浓度敏感，分离不完全
硅藻土过滤 能处理高含量固体，对粒子浓度不 对环境敞开，是致肺癌物，对料液性
敏感，已成熟的技术，便宜，有许 能敏感，不能处理小粒子，物料性能
多生产厂家
膜分离技术及其应用ppt课件
/荷 兰 1 9 3 0 1 9 5 0 1 9 5 5 1 9 6 0 1 9 6 0 1 9 7 9 1 9 8
国家
德国 德国 荷兰 美国 美国 美国 美国 德国 德 国 /荷 兰
年代
1920 1930 1950 1955 1960 1960 1979 1981 1982
应用
实验室用（细菌过滤器） 实验室用 人工肾 脱盐 海水脱盐 大分子物质浓缩 氢回收 水溶液浓缩 有机溶液脱水
原理
RO membrane UF membrane
NF membrane MF membrane
原理 动漫
膜过程的一些术语
通量：在一定操作条件下，单位时间经过单位面积膜的体 积流量。单位L/m2.h
选择性：将混合物总的组分别分开来的才干。 1〕液体分别的选择性常用截留率表示： R＝1－Cp/Cf 2〕气体分别或有机溶剂混合物的分别常用分别因子表示
(PSA)
聚 聚砜(PS)、聚醚砜 (PES)微滤膜 具有良好的化学稳定性和热稳定性，
砜
耐辐射，机械强度较高。
含 聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟 氟 乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸 材 料
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。
Cf Cm Cp
浓差 膜层 浸透侧 极化层 极化层
膜过程的一些术语
传送阻力： 1〕膜阻Rm:与膜本身的构造有关，包含膜层到
支撑层的传送阻力； 2〕浓差极化阻力Rc：由于被截留组分在膜面
浓度的增大而引起的； 3〕推进力的损失：进料侧和浸透侧的压力损
失； 4〕膜污染阻力：由于物料中的成分对膜产生
化、膜萃取、膜蒸馏和膜反响等新膜过程的研讨，并
国家
德国 德国 荷兰 美国 美国 美国 美国 德国 德 国 /荷 兰
年代
1920 1930 1950 1955 1960 1960 1979 1981 1982
应用
实验室用（细菌过滤器） 实验室用 人工肾 脱盐 海水脱盐 大分子物质浓缩 氢回收 水溶液浓缩 有机溶液脱水
原理
RO membrane UF membrane
NF membrane MF membrane
原理 动漫
膜过程的一些术语
通量：在一定操作条件下，单位时间经过单位面积膜的体 积流量。单位L/m2.h
选择性：将混合物总的组分别分开来的才干。 1〕液体分别的选择性常用截留率表示： R＝1－Cp/Cf 2〕气体分别或有机溶剂混合物的分别常用分别因子表示
(PSA)
聚 聚砜(PS)、聚醚砜 (PES)微滤膜 具有良好的化学稳定性和热稳定性，
砜
耐辐射，机械强度较高。
含 聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟 氟 乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸 材 料
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。
Cf Cm Cp
浓差 膜层 浸透侧 极化层 极化层
膜过程的一些术语
传送阻力： 1〕膜阻Rm:与膜本身的构造有关，包含膜层到
支撑层的传送阻力； 2〕浓差极化阻力Rc：由于被截留组分在膜面
浓度的增大而引起的； 3〕推进力的损失：进料侧和浸透侧的压力损
失； 4〕膜污染阻力：由于物料中的成分对膜产生
化、膜萃取、膜蒸馏和膜反响等新膜过程的研讨，并
膜分离技术PPT
优化膜结构
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。