膜分离原理技术与设备

（优选）膜分离原理技术与设备当前1页，总共38页。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。当前2页，总共38页。2、膜分离的推动力（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。当前3页，总共38页。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。当前4页，总共38页。（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。当前5页，总共38页。——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。4、常见膜的区别当前6页，总共38页。当前7页，总共38页。当前8页，总共38页。膜分离法传质推动力分离原理应用举例微滤（MF）压差0.05～0.5筛分除菌，回收菌，分离病毒超滤压差0.1～1.0筛分蛋白质、多肽和多糖的回收和浓缩反渗透压差1.0～10筛分盐、氨基酸、糖的浓缩、淡水制造渗析浓差筛分脱盐，除变性剂电渗析电位差电荷、筛分脱盐，氨基酸和有机酸分离渗透气化压差、温差溶质与膜的亲和作用有机溶剂与水的分离，共沸物的分离各种膜分离法的原理和应用范围当前9页，总共38页。5、常见膜的工作原理电渗析器工作原理阴极阳极失电子得电子当前10页，总共38页。反渗透工作原理当前11页，总共38页。当前12页，总共38页。二、膜材料及分类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当前13页，总共38页。2、膜的种类（1）对称膜：又称为均质膜，是一种均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同。包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种。（2）非对称膜：横断面具有不对称结构。包括一体化非对称膜和复合膜两类。当前14页，总共38页。非对称膜的结构示意图对称膜的结构示意图当前15页，总共38页。三、常用的膜器件（一）板框式膜器件1、基本部件平板膜、支撑盘、间隔盘。三种部件相互交替、重叠、压紧。当前16页，总共38页。2、特点①组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量；②操作比较方便。③板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度要求较高。3、应用超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）当前17页，总共38页。4、板框式反渗透膜组件季紧螺栓型-装配图当前18页，总共38页。进水透过水浓缩水耐压容器透水板半透膜5、工作过程当前19页，总共38页。板式超滤膜装置当前20页，总共38页。（二）圆管式膜器件1、基本部件管状膜、圆筒形支撑体、管束板、不锈钢外壳、端部密封2、特点①流动状态好，流速易控制；②结构简单，容易清洗，安装、操作方便；③装填密度较小，单位体积内有效膜面积小；④耐高压，无死角，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液，比其他形式应用更为广泛。当前21页，总共38页。3、类型与结构管式膜组件又分为内压型和外压型两种。内压型有单管式和管束式两种。当前22页，总共38页。当前23页，总共38页。当前24页，总共38页。（三）螺旋卷式膜器件1、基本部件膜、多孔支撑层、原料水隔网、多孔中心管构成：两层膜三边封口，构成信封状膜袋，膜袋内填充多孔支撑层，一层膜袋衬一层隔网，从膜袋开口端开始绕多孔中心管卷绕而形成螺旋卷式膜器件。当前25页，总共38页。当前26页，总共38页。密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料膜，上下两层当前27页，总共38页。当前28页，总共38页。2、特点①结构紧凑，装填密度高②制作简单，安装、操作方便③适合低流速、低压下操作④制作工艺复杂，膜清洗困难当前29页，总共38页。3、工作过程原料从端部进入组件后，在隔网中的流道沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收集管中再排出，浓液则从组件另一端排出。当前30页，总共38页。进水口耐压容器连接器膜组件密封圈端盖透过液浓缩液4、膜组件的结构与组装当前31页，总共38页。当前32页，总共38页。（四）中空纤维式膜器件1、基本构成（1）中空纤维膜将膜材料制成外径为80～400μm、内径为40～100μm的空心管，即为中空纤维膜。（2）中空纤维膜组件将大量的中空纤维一端封死，另一端用环氧树脂浇注成管板，装在圆筒形压力容器中，就构成了中空纤维膜组件。当前33页，总共38页。2、特点①结构紧凑，装填密度很高；②清洗困难；③中空纤维膜一旦损坏无法维修，只能更换膜组件；④液体在管内流动时阻力很大，易阻塞。当前34页，总共38页。3、工作过程（1）内压式料液从空心纤维管内流过，透过液经纤维管膜流出管外，这是常用的操作方式。（2）外压式料液从一端经分布管在纤维管外流动，透过液则从纤维膜管内流出。当前35页，总共38页。外压式（周进中出）内压式（中进周