膜分离设备ppt课件

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膜在分离过程中具有如下功能：
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物质的识别与透过。是使混合物中各组分之间实 现分离的内在因素； 相界面。膜将透过液和保留液（料液）分为互不 混合的两相； 反应场。膜表面及孔内表面含有与特定溶质具有 相互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反 应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。
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2、膜分离的推动力以截留大多数溶质（包括 离子）而使溶剂通过，操作压力较高，一般为2～ 10MPa； ——纳滤膜孔径为2～5nm，能截留部分离子及有机 物，操作压力为0.7～3MPa； ——超滤膜孔径为2～20nm，能截留小胶体粒子、大 分子物质，操作压力为0.1～1MPa； ——微滤膜孔径为0.05～10μm，能截留胶体颗粒、 微生物及悬浮粒子，操作压力为0.05～0.5MPa。
σ——水的表面张力； рb——泡点压力。
4 pb
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一般膜的孔径都有较大的分布范围。
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4.2.3水通量 水通量：纯水的透过通量。
在一定条件下（一般压力为0.1Mpa，温度 为20℃）通过测量透过一定纯水所需的时 间来测定。
影响因素：随截留分子量或膜孔径增大而增大。
膜材料种类也对水通量有显著影响。 不同厂商的不同制造工艺也有很大影响。
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三、膜分离的特点
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基于空气压力克服表面张力将水从膜毛细管中 推出的动量平衡，可得到计算最大孔径的公式。
4 cos dm ax p b
dmax——最大孔径； σ——水的表面张力； θ——水与膜面的接触角度； рb——泡点压力。
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因为亲水膜可被水完全润湿，故亲水膜的 θ≈0， cosθ≈1，所以
d max
不对称膜的截面结构示意图
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不对称膜的截面结构示意图
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膜的孔道特性 膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。 可由电子显微镜直接观察测定。也可通过泡点法 (bubble point method)测量：在膜表面覆盖一层水， 用水湿润膜孔，从下面通入空气，当压力升高到 有稳定气泡冒出时称为泡点，此时的压力称为泡 点压力。
浓差
电位差 压差、温 差
筛分
电荷、筛分
脱盐，除变性剂
脱盐，氨基酸和有机 酸分离 溶质与膜的 有机溶剂与水的分离， 亲和作用 共沸物的分离
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二、膜材料及分类
对膜材料要求:
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起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤膜的开孔率 高，过滤阻力小； 膜材料惰性，不吸附溶质，从而使膜不易污染，膜孔 不易堵塞； 适用的pH和温度范围广，耐高温灭菌，耐酸碱清洗剂， 稳定性高，使用寿命长； 容易通过清洗恢复透过性能； 满足实现分离目的的各种要求，如对菌体细胞的截留， 对大分子的通透性或截留作用。
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1、常用膜材料


有机高聚物膜：纤维素类、聚砜类、聚酰 胺类、聚酯类、含氟高聚物、聚烯烃等 无机分离膜：陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和 分子筛炭膜等
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1）天然高分子
主要是纤维素的衍生物。如醋酸纤维素、硝酸纤维素 和再生纤维素等。 其中醋酸纤维素截盐能力强，常用做反渗透膜，也可 用作微滤膜和超滤膜。适用温度和pH有限。
对称膜的弯曲孔道结构示意图
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60年代，开发了不对称膜。解决了上述弊端，开 创了膜分离技术发展的新篇章。 不对称膜主要由起膜分离作用的表面活性层 （ 0.2~0.5μm ） 和 起 支 撑 强 化 作 用 的 惰 性 层 （50~100μm）构成。惰性层孔径很大，对透过流体 无阻力。活性分离层很薄，孔径微细，因此透过通量 大，膜孔不易堵塞、容易清洗。目前超滤和反渗透膜 多为不对称膜。
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（2）其他推动力

——电渗析采用带电的离子交换膜，在电 场作用下膜能允许阴、阳离子通过，可用 于溶液去除离子。 ——气体分离是依据混合气体中各组分在 膜中渗透性的差异而实现的膜分离过程。


——渗透汽化是在膜两侧浓度差的作用下， 原料液中的易渗透组分通过膜并汽化，从 而使原液体混合物得以分离的膜过程。
膜分离设备
一、膜分离的基本原理
1、什么是膜分离

膜分离（MembraneSeparation）是以选 择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推 动力的作用下，使原料中的某组分选择性 地透过膜，从而使混合物得以分离，以达 到提纯、浓缩等目的的分离过程。

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膜还没有一个完整精确的定义，一种通用的广义上 的定义是膜是两相之间的不连续区间。


（1）借助外界能量，物质发生由低位到 高位的流动； （2）借助本身的化学位差，物质发生由 高位到低位的流动。
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3、膜分离方法
（1）压力推动

反渗透、纳滤、超滤、微滤均为压力推动 的膜过程，即在压力的作用下，溶剂及小 分子通过膜，而盐、大分子、微粒等被截 留，其截留程度取决于膜结构。
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2）合成高分子
大部分为合成高分子膜，种类多。主要有聚砜、聚丙 烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。其中 聚砜是最常用之一，主要用于制造超滤膜。可耐高温 （70～80℃），适用pH范围广（pH1～13），耐氯能力 强， 可调节孔径范围宽（1～20nm）。但耐压能力较低。 聚酰胺膜耐压能力较高，对温度和pH都有很好的稳定性， 使用寿命长，常用于反渗透。
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各种膜分离法的原理和应用范围
传质推动 膜分离法 力 压差 微滤（MF ） 0.05～0.5 压差 超滤 0.1～1.0 压差 反渗透 1.0～10 渗析
电渗析 渗透气化 分离原理 筛分 筛分 筛分 应用举例 除菌，回收菌，分离 病毒 蛋白质、多肽和多糖 的回收和浓缩 盐、氨基酸、糖的浓 缩、淡水制造
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3）无机材料
主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。 陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利 用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而 成。陶瓷材料的特点是机械强度高，耐高温、耐 化学试剂和耐有机溶剂。缺点是不易加工，造价 较高。
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4.2.2 膜的结构特性
孔道结构
膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。对膜的透过 通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。 早期多为对称膜，即截留面的膜厚方向上孔道结构均 匀。传质阻力大，透过通量低，容易污染，清洗困难。