气体膜分离原理、动态与展望①
林 刚1,陈晓惠1,金 石2,蔺恕昌2
(11光明化工研究设计院,辽宁大连 116031;21哈药集团制药总厂,黑龙江哈尔滨 150086)
摘要:从膜法气体分离的历史、原理、发展现状与展望等几个方面综述了气体分离的新兴技术。对于气体膜分离的机理、膜材料的选择及其特性,现今国内外气体膜分离的发展现状以及未来的发展趋势做了概述。并对我国的气体膜分离发展现状与战略加以讨论。
关键词:气体膜分离;历史;原理;现状;展望;膜材料
中图分类号:TQ02818 文献标识码:A 文章编号:100727804(2003)022*******
The Principle,Present Conditions And Development
Direction of G as Separation Membrane
L IN G ang1,CHEN Xiao2hui1,J IN Shi2,L IN Shu2chang2
(11Guangming Research&Design Institute of Chemical Indusry,Dalian116031,China;
21G eneral Pharmaceutical Factory,Harbin Pharmaceutical Group Corp.,Harbin150086,China)
Abstract:Overview the new technology for gas separation from the aspects of gas separation membranes including the his2 tory of membrane technology,separation principle,present conditions and development direction.To generalizing the prin2 ciple of gas separation membrane,the choice and characteristics of membrane materials,recent development in gas mem2 brane separation,and development direction in future at home and abroad.And having a discussion on the present condi2 tions and strategy of gas separation membrane in our country.
K ey w ords:gas separation membrane;histroy;principle;present conditions;development direction;membrane material
目前,实现工业化的气体分离技术可分为三大主流技术:深冷法(Cryogenic)、变压吸附法(PSA)、膜分离法(Separation Membrane)。由德国人卡尔?林德先生于1903年发明的世界上第一台10m3/h制氧机采用的是深冷法,自此低温精馏空气、制氧进入工业化。因该技术可在大型或特大型空分装置中进行且产品纯度很高,因而具有低成本、高纯度的优势。变压吸附法作为一种现代化的气体分离与纯化技术,是1958年由国外两个专利提出来的,于1962年实现工业规模制氢。它也以产品纯度高、产气量大而占据优势。气体膜分离技术的工业化始于20世纪40年代,而膜法气体分离技术真正实现大规模的工业化应用是以美国孟山都(Monsanto)公司1979年开发的Prism中空纤维氮/氢分离器为标志的。但膜分离法其产品纯度与产气量不如上述两种技术。由此可见。在三大气体分离技术中,气体膜分离技术是最晚实现工业化的。虽然如此,气体膜分离技术因其常温操作、装置简单、能耗低而分离效率高被认为是21世纪最有发展前途的高新技术之一。
1 气体分离膜发展简史[1]
世界上最早发表的有关气体膜分离的文献报道据悉是1831年英国人J V Mitchell关于气体透过橡胶膜研究的文章。后来,Graham提出了气体透过橡胶膜的机制(溶解-扩散-蒸发)。其后, Weller和Steiner对混合气体中的特定气体用膜进
第21卷第2期低温与特气Vol121,No12 2003年4月Low Temperature and S pecialty G ases Apr1,2003 ①收稿日期:2003201207
行浓缩的程度作了理论分析。1954年,美国人Brubaker和Kammermeyer采用聚乙烯、丁酸-纤维素、氯乙烯-乙酸乙烯共聚体和聚三氟氯乙烯等膜,对混合气体进行了分离浓缩的研究。1965年S A Stern等人为从天然气中分离出氦进行了含氟高分子膜试验,并进行了工业规模的设计。同年,美国杜邦(Du Pont)公司首创了中空纤维及其分离装置并申请了以聚丙烯腈膜、对苯二酸-乙二醇缩聚物膜分离氢、氦的专利,这一专利发明对于气体膜分离技术的发展是一次重大的推进。20世纪80年代,Henis等人发明了阻力复合膜,实现了气体膜分离技术的飞跃。自此,气体膜分离技术进入了工业化应用的新阶段。
2 气体膜分离原理
膜法气体分离的基本原理[1,2]是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同,从而达到分离目的。对不同结构的膜,气体通过膜的传递扩散方式不同,因而分离机理也各异。目前常见的气体通过膜的分离机理有两种:其一,气体通过多孔膜的微孔扩散机理;其二,气体通过非多孔膜的溶解-扩散机理。
211 微孔扩散机理
多孔介质中气体传递机理包括分子扩散、粘性流动、努森扩散及表面扩散等。由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同,从而表现出不同的传递特征。
混合气体通过多孔膜的传递过程应以分子流为主,其分离过程应尽可能满足下述条件:11多孔膜的微孔孔径必须小于混合气体中各组分的平均自由程,一般要求多孔膜的孔径在(50～300)×10210m;21混合气体的温度应足够高,压力尽可能低。高温、低压都可提高气体分子的平均自由程,同时还可避免表面流动和吸附现象发生。
212 溶解-扩散机理
气体通过非多孔膜的传递过程一般用溶解-扩散机理来解释,气体透过膜的过程可分为三步:11气体在膜的上游侧表面吸附溶解,是吸着过程;21吸附溶解在膜上游侧表面的气体在浓度差的推动下扩散透过膜,是扩散过程;31膜下游侧表面的气体解吸,是解吸过程。
一般来说,气体在膜表面的吸着和解吸过程都能较快地达到平衡,而气体在膜内的渗透扩散过程较慢,是气体透过膜的速率控制步骤。
由于膜分离过程中不发生相变,分离系数较大,操作温度可在常温,所以膜分离过程具有节能、高效等特点,是对传统化学分离方法的一次革命。膜法分离气体是分离科学中发展最快的分支之一,在气体分离领域中的前途未可限量。
3 气体分离膜材料[1～4]
气体膜分离技术的核心是膜,膜的性能主要取决于膜材料及成膜工艺。气体分离膜的构成材料可分为聚合物材料;无机材料;有机、无机集成材料。气体膜分离技术发展到今天,膜组件及装置的研究已日趋完善,但膜的发展仍具相当大的潜力。有关专家预言,若在膜上有所突破,气体膜分离技术将会有更大的发展。
311 膜材料
31111 聚合物膜材料
目前还在应用的传统的气体分离膜材料主要有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚砜(PSF)、醋酸纤维素(CA)、乙基纤维素(EA)、聚碳酸酯(PC)等。有关研究发现,大多数聚合物均存在渗透性和选择性相反的关系,即渗透性高的,选择性则低,反之,选择性高的,渗透性则不能令人满意。因此,对于聚合物材料来说,突破选择性和渗透性的上限关系,已成为研究的热点。此外,在克服聚合物材料不耐高温及化学腐蚀的弱点方面,近年也取得了较大进展。
11聚酰亚胺(PI)。具有透气选择性好、机械强度高,耐化学介质和可制成高通量的自支撑型不对称中空纤维膜等特点。其首创者是日本宇部(Ube)兴产公司,目前该公司的产品已用于天然气中CO2处理、H2回收、N H3、H2S、SO2、H2O 和有机蒸气等工艺中。
21有机硅膜材料。有机硅膜材料具有耐热、不易燃、耐电弧性、结构疏松,属半无机、半有机结构的高分子,在性能上具有其它合成高分子材料所不及的许多独特之处。目前,已开发出许多实用化或优秀的气体分离膜。这也是膜材料研发方面的一个热点。
31112 无机膜材料
无机膜材料研制始于20世纪40年代,于80年代中期取得突破。由于无机材料独特的物理及化
41 低温与特气 第21卷
学特性,使得它在聚合物不能很好地发挥作用的高温、腐蚀性分离场合中具有专长。无机膜包括陶瓷膜、微孔玻璃、金属膜和碳分子筛膜。无机膜的材料组成通常为Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。但是,目前无机膜用于气体分离过程尚处于实验室水平。无机膜材料的优缺点见表1。
表1 无机膜材料的优缺点
优 点缺 点11热稳定性好,<1000℃11制造成本高,为同面积高
分子膜的10倍
21化学稳定性好,不降解21质脆,需特殊的形状及支
撑系统
31机械稳定性好,高压下不
可压缩,不断裂
31难于制造大面积膜41不老化,寿命长41膜器安装、密封(尤其高
温下)较困难
51净化操作简单、快捷51表面活性较高
61易于控制孔径和孔径分布
31113 集成膜材料
应用于气体分离的聚合物膜具有选择性高,不耐高温、腐蚀的缺点;而无机陶瓷膜在高温、腐蚀性的分离过程中具有独特的物理、化学性能,但选择性差。若将二者结合,各取所长,则可能实现高温、腐蚀环境下的气体分离。这类聚合物/陶瓷复合膜的构造是,以耐高温聚合物材料为分离层,陶瓷膜为支撑层,将聚合物的良好分离性能与陶瓷膜良好的热、化学、机械稳定性优化集成在一起了。
综上所述,气体分离膜材料今后的发展方向是开发制备具有高渗透率、高选择性、耐高温及化学腐蚀的膜材料,并且,膜材料的选择和制备也从扩散选择性逐步向溶解选择性方向发展。
312 制膜工艺
由于气体的渗透量与膜厚度成反比,故超薄无缺陷膜的制备工艺成为研究的重点。制备用于空气分离的超薄无缺陷膜的重要方法是水上展开法。超细中空纤维膜的研制与生产也是热点之一。
4 气体膜分离工业发展概况
411 膜气体分离的工业应用领域[2]
41111 氢的分离回收
这是当前应用面最广、装置销售量最大的一个领域,已广泛应用于合成氨工业、炼油工业和石油化工领域中。
11合成氨驰放气中H2的分离回收。以1000 t/d的合成氨厂为例,每日可多产氨50多t。
21炼油工业尾气中H2的分离回收。有关公司分别采用膜法、深冷法和变压吸附法对炼厂气中的H2进行回收,经过经济性比较发现膜法投资费用仅是其它两种方法的50%～70%。
31石油化学工业中合成气的调节。石化和冶金中广泛使用的合成气是H2和CO的混合物,合成产物为甲醇、乙酸、乙二醇和乙醇等化工原料。应用膜法可以有效地调节合成塔中H2/CO之比,以获得所希望的化工原料。
41112 空气分离
膜分离技术在空气分离的三大技术(深冷法、变压吸附法、膜法)中,最具发展潜力。
11富氮。高浓氮气用途广泛,可用于油田三次采油、食品保鲜、医药工业、惰性气氛保护等。相同产能下,制备95%的富氮,膜法与PSA法费用大致相等,但前者设备投资费用比后者低25%。在制备超纯氮气方面,膜法不如其它分离技术(如PSA法)。
21富氧[3]。多用于高温燃烧节能和医疗保健目的,前者富氧浓度在26%～30%,后者富氧浓度可达40%。
与深冷法和变压吸附法相比具有设备简单、操作方便、安全、启动快等特点。当氧质量分数在30%左右,规模小于15000m3/h时,膜法的投资、维修及操作费用之和仅为深冷法和变压吸附法的2/3～3/4,能耗比它们低30%以上,并且规模越小,越经济。
膜法富氧装置用于原有制氧机改造,可提高制氧能力25%～50%,氧浓度提高,综合投资下降2%～3%[5]。
41113 酸性气体的分离回收
这里的酸性气体主要指天然气中含有的CO2、H2S等组分。这类组分不仅影响产品质量,而且可溶于天然气加工过程中所产生的凝结水中形成酸液,严重腐蚀设备、管路。比较好的办法是采用固体脱硫,膜法脱CO2、脱水集成工艺,充分发挥各技术的优势。
另一方面,膜技术在CO2的回收利用方面也扮演着重要角色。如油田高压注入CO2三次采油工艺,原油出井口后,伴生气中含有80%CO2,必须分离回收并浓缩至95%以上再重新注入油井中循环使用。再如烟道气CO2的富集等。
51
第2期 林 刚,等:气体膜分离原理、动态与展望
41114 气体脱湿
空气的脱湿。空气脱湿方面,日本的宇部(Ube)公司、美国的孟山都(Monsanto)公司都各自开发出了膜式空气干燥器。
工业气体脱湿。美国、日本、加拿大等国20世纪80年代开发该技术,现已实现工业应用。我国于90年代开始研发,在天然气膜法净化方面已取得成功。
41115 有机蒸气分离回收
石化行业生产中会产生大量有机蒸气,直接排放将会造成环境污染,危害人体健康,必须加以回收利用。传统的冷凝法和炭吸附法能耗大,易造成二次污染。而膜法具有操作简便、高效、节能的优点。
我国的浙江大学开发出的聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,用于处理空气中的CO2时可将其降低到体积分数为013%以下,在脱除废气中苯、甲苯、二甲苯等有机蒸气方面也取得了研究进展。德国的GKSS公司、美国的M TR公司和日本的日东电工都成功地实现了采用膜技术回收废气中挥发性有机物(VOCs)的工业化生产,其工业应用实例可见文献[8]。
41116 集成工艺
集成膜工艺是近年来膜分离技术发展中出现的新技术,代表着未来气体膜分离技术的发展方向,采用膜分离技术与其它技术集成,各取所长可获得最优的分离效果、最佳的经济效益。
目前气体分离过程中已出现的集成工艺主要有:11膜与PSA相结合;21膜与低温系统相结合;31膜与催化单元相结合;41膜与吸收单元相结合。
412 国外概况
国际上气体分离膜及膜设备的生产经营厂家有30多家,气体分离膜和组件1998年的销售额达213亿美元,年增长率为15%,其中用于O2/N2分离的膜和组件的销售额达1亿美元,年增长率为8%[6]。
国外分离膜市场主要集中在美国、日本、欧洲三大区域。美国是世界气体分离膜的主流。2001年销售额约为1135亿美元。日本政府各有关部门十分重视分离膜及其应用技术的研究,先后组织了一系列国家攻关项目并给予经常性的经费支持。日本膜企业的特点是:产业领域宽;产品系列化、专用化;注重本公司以往技术的积累,发挥自身的技术优势。在欧洲,德国是最大的国家和地区膜市场,也是世界一流的膜生产机械设备制造大国。法国在无机膜的研究方面处于世界领先地位。意大利、比利时和荷兰等国的膜技术水平也很高。国外主要的气体分离膜生产公司见表2,国外主要的一些膜技术研究机构见表3[6,7]。
表2 国外气体分离膜主要生产公司
公司名称产品及工业应用领域
A/G Technology富O2/N2AVIR
Air Products富N2,500m3/h,99%
APCI2Permea Di2
vision
Prism 膜用于H2回收
Prism Alpha用于N2制备
Prism Cactus用于压缩空气脱湿
其它:N2分离膜、天然气脱湿膜
Compact Membrane
Systems(CMS)
采用Du Pont氟化膜技术的中空纤维和平板膜用于气体
分离和气液传质
Fluid System富O2,1000m3/h,30%
Gkss医用富O
2
器,35%～40%
L’Air Liquid富O2,富N2,≥99%(N2)
Membrane Technology
&Research(MTR)
Vapor Sep 膜基回收烃类化合物系统,用于石化、天然
气和冶炼工业
Messer富N2,≥99%
Monsanto合成氨弛放气回收H2,5000m3/h
乙烯气体分离,6000m3/h
裂解排放气
排放气H2回收,3000m3/h
Teijin医用富O2器,35%～40%
Ube H2、N2、CO2分离器,H2、N2、聚酰亚胺膜脱
水器,分离系数>40
表3 国外主要的膜技术研究机构机 构 名 称主要研究领域
美国北卡罗来纳州立大
学膜研究所
液体、气体等小分子通过聚合物的传质研
究;中空纤维膜组件仿真软件的开发美国德克萨斯大学
K oros研究小组
气体分离的聚合物、陶瓷膜和碳膜制备;
膜结构表征和性能测试;中空纤维气体分
离膜组件仿真软件的开发
美国科罗拉多膜应用科
学技术中心
化工促进分离,膜结构和性能,膜污染,
膜催化反应器
加拿大渥太华大学工业
膜研究学院
涉及整个膜领域,研究目的是推广合成膜
在化工和其它过程中的应用
荷兰Twente大学膜技术
小组
涉及整个膜技术领域
澳大利亚新南威尔士大
学膜科学技术中心
生物膜、合成膜的制备,传质机理研究,
膜结构表征,膜过程开发
日本东京大学NA KAO
实验室
无机膜,用等离子体填充法制备渗透汽化
膜,新型的分离材料和系统开发,通过分
子模拟研究扩散现象
61 低温与特气 第21卷
近年来,由荷兰TNO环境科学、能源研究与工艺革新研究所开发的HTV膜分离气体吸收系统由荷兰Cirmac国际公司实现商业化,在捷克化学集团Aliachem公司用于氨回收,可捕集9919%的氨[9]。2001年,Eenrfex公司开发出其第一套膜系统用于从天然气中脱除N2,经催化转化器产生氢气供磷酸燃料电池使用。气体中N2含量从815%减少到6%,可满足用户要求。其拟建的大规模系统将使粗天然气的N2含量减少到任意的管输规格[10]。美国无机膜技术实验室的研究人员正在开发从CO和CO2中分离出H2的多孔陶瓷膜,可应用于用煤生产合成气方面。此外,该实验室还在进行多孔金属支持膜上的碳素膜的研制,以用于从石油炼厂吹洗气中回收未使用完的H2[11]。美国膜技术和研究公司与澳大利亚Csiro公司和美国卡罗来纳州立大学开发的新聚合物膜,用于气体分离的选择性是目前市售聚合物膜的两倍[12]。另据报道[13],由美国北卡罗来纳州立大学、澳大利亚CSI KO学院、得克萨斯大学的科学家组成的联合小组在研制过程中配合使用通常用于制造膜过滤器的有机聚合物和无机物(SiO2纳米粒子)开发成功具有非凡的从气体中分离出有机大分子能力的膜,此分离膜让大分子透过的速率远大于小分子。研究人员希望将来将其用于天然气和石油加工等工业领域。
413 国内概况
我国的气体分离膜技术研究始于1982年,现已建成中空纤维N2/H2膜生产线和卷式富氧膜生产线。我国的气体分离膜技术起步时间与国外差距不大,具有里程碑意义的重要成果是中国科学院大连化学物理研究所于1985年在国内首次研制成功中空纤维N2/H2分离器,经与上海吴泾化工厂1983年在国内首次引进的Prims装置性能对比试验,结果表明我国研制的分离器已达到了80年代初Prism分离器的水平。该项成果填补了国内空白,并已在国内上百家合成氨厂推广使用,其氢回收率与纯度均在85%以上,经二级膜法处理,可使氢纯度提高到99%。2001年,中科院大连化学物理研究所膜技术工程研究中心正式成为国家级工程研究中心。最近,在炼油厂建成了尾气提氢示范工程,不同尾气的氢气回收率在65%～95%,回收氢气浓度在90%以上。
国内富氧膜技术已投入工业化应用,国产螺旋卷式富氧器富氧浓度可达28%～30%,生产能力
为120Nm3/h,已在20家玻璃窑炉上推广应用,节油率6%～8%;在有色金属冶炼、化铁炉和铸造炉方面也应用成功。医疗保健用富氧机,富氧浓度为28%～31%,也已投入使用。富氧制硫酸、催化裂化用富氧等也在进一步研发中。2001年,巴陵岳化橡胶厂采用聚丙烯膜回收技术回收丙烯200多t,创收80多万元,而该项技术投资仅为40多万元。丙烯回收率在90%以上,预计以后每年可为该厂增加利润近百万元。大连欧科膜技术有限公司的专利技术,有机蒸气膜回收技术应用于沧炼化工公司聚丙烯装置丙烯尾气回收也取得了显著的经济效益。此外,还有中德合资天津梅塞尔凯德气体系统有限公司,该公司研制成功的移动式膜分离制氮设备,先后应用于辽河油田、江汉油田高压注氮三次采油,均取得成功。
中国科技大学、中国科学院大连化学物理研究所和南京化工大学共同承担的国家自然科学基金工程与材料科学重点项目———无机分离催化膜材料,在经过3年努力后,也于2001年通过国家自然科学基金委组织的验收。该项目为我国建立天然气制合成气新工艺在膜材料和膜反应器方面提供了重要的技术和学术积累,达到国际先进水平,为我国在无机催化膜材料的国际竞争中起到重要支撑作用。与此相应,在2002年6月份于大连召开的“第七届国际无机膜会议”(ICIM27)和“第五届国际膜催化会议”(ICCMR25)上,由ICIM设立的“Student Award”一等奖授予了中科院大连化物所(会议东道主)2001年毕业的潘秀莲博士,其论文题名为“中空纤维金属透氢膜的研究”,这是我国第一次获得ICIM的“Student Award”论文金奖。二会的成功召开,将对我国无机膜、膜催化领域的研究与开发应用和促进国际间的交流与合作起到极为重要的作用。
5 气体膜分离技术的发展趋势及我国的对策
气体膜分离是一项高效节能环保的新兴技术,今后在开发新的制膜方法、新的制膜材料方面是研究的热点,如开发简单方便且普遍适用的制备无缺陷超薄膜(<5×1028m)的方法;开发具有高性能同时又易形成无缺陷超薄皮层的O2/N2分离膜材料;耐高温的有机和无机膜的开发等等。
71
第2期 林 刚,等:气体膜分离原理、动态与展望
我国于1995年,由原化学工业部、中国科学院和国家海洋局三部委共同发起成立了中国膜工业协会,这标志着我国的膜技术产业已基本形成。据中国膜工业协会统计,我国中空纤维N2/H2膜分离器21世纪初的产值可达5000万元人民币。按每年10%～15%的增长速度,至2010年,气体分离膜市场可达15亿～24亿人民币。
我国的气体膜分离研究始于20世纪80年代初,与国外差距相对不大,某些方面还具有国际先进水平。但也应看到,我国气体分离膜产品单一,产业规模小,应用还没有全面展开。今后,在膜法提氢、膜法富氧、膜法富氮等技术已成功实施工业化应用的基础上,向天然气净化、水蒸汽净化和有机蒸气分离方面发展,并将应用领域从目前的废旧资源回收利用方面扩展到环保、工业制气及净化等领域;将气体膜分离技术从已有的处理高压、高浓度、简单组分的气源向低压、微量、高温、复杂组分的方向发展。尽快建立无机膜示范工程及技术中心,对国际上新兴的研究课题,如膜催化、膜反应器等新膜过程,以及集成过程、杂化膜过程要加大开发力度。争取产生自主创新技术,跻身国际先进水平[14]。
参考文献:
[1]王学松1膜分离技术及其应用[M]1北京:科学出版
社,19941
[2]刘茉娥,等1膜分离技术[M]1北京:化学工业出版
社,20001
[3]刘 丽,邓麦村,袁 权1气体分离膜研究和应用新
进展[J]1现代化工,2000,20(1):172211
[4]黄美荣,李新贵,董志清1大规模膜法空气分离技术
应用进展[J]1现代化工,2002,22(9):102151
[5]沈光林1中国专利:9710506718
[6]王从厚,吴 鸣1国外膜工业发展概况[J]1膜科学
与技术12002122(1):652721
[7]Electronic Membrane Information Library.http://
https://www.doczj.com/doc/9613839402.html,wr.ac.za/emily
[8]张 林,陈欢林,柴 江1挥发性有机物废气的膜法
处理工艺研究进展[J]1化工环保,2002,22(2):
752801
[9]Chemical Engineering Progress,2000,96(5):12.
[10]Chemical Engineering,2001,108(1):21.
[11]Chemical Engineering,2001,108(11):27.
[12]Chemical Engineering,2002,109(6):23.
[13]Material World,2002,10(6):17.
[14]郭有智1中国膜工业发展战略研究[J]1化工新型材
料,2002,30(6):4281
作者简介:
林 刚(19692),男,1993年毕业于沈阳工业学院。现工作于光明化工研究设计院,工程师。《低温与特气》编辑部编辑。
CO2回收新技术
近日,由南化集团研究院研制开发的具有自主知识产权的低分压CO2回收新技术通过了由中石化科技开发部主持的科技成果鉴定。鉴定意见认为该新技术达到了国际同类技术的先进水平,建议进一步推广应用。
在化工生产中,脱除回收石油气、烟道气以及碳化尾气等原料气、排放尾气中的低分压CO2气体,是实现生产工艺控制、挖潜增产增效和环境保护等的重要手段。而目前传统的M EA(单乙醇胺)法回收CO2存在诸多弊端,如胺解损耗大、设备腐蚀严重、能耗较高等。南化集团研究院自行研制开发的低分压CO2回收新技术以M EA水溶液为主体,优选添加了活性胺、抗氧剂和防腐剂,组成了适于回收低分压CO2的优良复合吸收剂,具有吸收速度快,吸收能力大,再生能耗低,胺氧化降解损耗小,对设备无腐蚀,复合吸收剂无毒,生产和使用过程无污染等优点。通过模试及工业化应用,形成了具有自主知识产权的复合吸收剂,并申请了两项发明专利。
该新技术在四川维尼纶厂、赤天化集团等企业试用,结果表明:该技术与传统M EA法相比,蒸汽消耗下降12%以上,胺耗下降30%以上,CO2增产明显。环保效益、经济效益十分明显,具有应用推广价值。
林 刚
81 低温与特气 第21卷
1、膜面积对分离过程的影响 膜面积越大，渗透气浓度越小，渗透气流量越大，即回收率越大。2、分离系数对分离过程的影响 在产气量一定时，膜组件的分离系数越大，渗透气浓度越高，所需膜组件的膜面积也越大。当分离系数达到一定值后，分离系数对渗透气浓度影响不大。当分离系数较大时，分离过程主要是在分离器前半段完成的。因此，在分离器中，前半段完成了提浓过程，而后半段主要是为了增加回收率。当原料气流量、原料气浓度、原料侧压力、渗透侧压力、渗透气浓度一定时，随着分离系数的增加，系统所能达到的回收率增加，所需的膜面积增大。从工程的济性角度考虑，膜分离过程有它自身的最佳工作条件，当产品气浓度一定，即使膜组件的分离性能得到了很大的提高，回收率的增加，也会导致系统造价直线上升。 3、温度对分离过程的影响 温度的提高会极大的促进渗透过程的进行。因为随着温度的提高，分子的运动速度增快，膜中高分子链段的震动频率加快、震动幅度加大，因此分子将更快、更容易地通过膜，但是，由于高分子链段震动幅度的加大，使膜对各种气体分子选择性通过的能力减弱，即分离系数降低。一般来说，温度提高后，最终的结果将导致回收率显著地提高，渗透气浓度降低。 4、压差对分离过程的影响 由于渗透过程的推动力是气体分子在膜两端的分压差，因此压差的增
大会使渗透过程的推动力变大，从而导致产品气量增大，同时产品气浓度也会略微提高。 以上所说的是正向压差，由于在膜设计时，为了降低气体分子在膜内的透过阻力，因此膜被做得很薄，同时为了满足工程中对其耐压性能的要求，在膜的下面增加了结构较为疏松的支撑层，当膜受到正向压力时，膜会受到支撑层的支撑作用，不被压坏，但是，当受到反向压力时，膜就很容易损坏了。 5、压比对分离过程的影响 压比的提高，将直接导致产品气浓度的提高。在膜分离过程中，压比是非常重要的，提供更高压比的操作条件，将会获得更好的分离效果，但是当压比超过6以后，其意义就不大了。 作为一种定性的理解，提高压比与增加膜的分离系数类似，提高压差与增加膜的渗透系数系数类似。 6、原料气流量对分离过程的影响 原料气流量越大，渗透气浓度越高，回收的氢气总量越多，但是，回收率降低，这时，如果渗透气浓度大于产品气所要求的浓度，可以考虑增加膜组件的数量，来提高回收率，也可以提高操作温度，增大压差等办法，但如果但如果渗透气浓度不大于产品气所要求的浓度，这时提高回收率只能用增大压差或压比的办法。当原料气流量减少时，为了保证渗透气浓度和充分发挥膜组件的性能，减少膜组件的数量是一个比较好的方法。 7、操作条件对尾气冷凝的影响
膜分离的原理是什么? 何为纳滤膜？ 答：纳滤膜的透过物大小在1－10nm，科学家们推测纳滤膜表面分离层可能拥有纳米级（10nm以下）的孔结构，故习惯上称之为"纳滤膜"又叫"纳米膜"、"纳米管"。 纳滤膜净化原理？ 答：（1）溶解--扩散原理：渗透物溶解在膜中，并沿着它的推动力梯度扩散传递，在膜的表面形成物相之间的化学平衡，传递的形式是：能量=浓度o淌度o推动力，使得一种物质通过膜的时候必须克服渗透压力。 （2）电效应：纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南（DONNAN）效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。 道南平衡：当把荷电膜置于盐溶液中会发生动力学平衡。膜相中的反离子浓度比主体溶液中的离子浓度高而同性离子的浓度低，从而在主体溶液中产生道南能位势，该能位势阻止了反离子从膜相向主体溶液的扩散和同性离子从主体溶液向膜的扩散。当压力梯度驱动水通过膜进同样会产生一个能位势，道南能位势排斥同性离子进入膜，同时保持电中性，反离子也被排斥。 三达纳滤膜具有哪些特点？ 答：①超低压力下工作（0.15Mpa的压力下就可以稳定工作）。 ②大通量供水。在普通的市政水压下就可以使用，水通量可达15m2／小时。 ③选择性离子脱除。在去除细菌、病毒、过量金属离子、低分子有机物、氟、砷等有害物质的同时，保留一定量钾、钠、钙、铁等对人体有益矿物质。 ④使用领域广。在淡水处理、工业废水处理、医药和食品领域都有广泛的应用。 如何保存纳滤膜？ 答：纳滤膜的保存目标是防止微生物在膜表布的繁殖及破坏，防止膜的水解，冻结及膜的收缩变形。前人就有微生物对膜性能的影响进行过多种试验，结果表明：不同的微生物对膜的性能产生不同的影响。防止膜的水解，对任何膜都很重要。温度和PH值是醋酸纤维素膜水解的两个主要因素。对芳香聚酰胺膜，PH值及水中游离氯的含量则是其水解的主要因素。纳滤膜的冻结在冬季运输过程中常常发生。经验表明膜的冻结使膜中的水分形成冰晶而使膜结构膨胀，造成膜的性能大幅度下降或破坏。膜的收缩变形，发生在湿态膜保存时的失水、及膜在与高深度溶液接触时膜中的水急剧向溶液中扩散。不同种类的纳滤膜，其保存方法不同。醋酸纤维素纳滤膜在干态时应避免阳光直接照射，要保存在荫凉、干燥的地方。保存温度以8～35℃。 三达纳滤膜用在水处理时与反渗透膜有什么区别？ 答：纳滤膜是荷电膜，能进行电性吸附，它具有敏锐的分子截留区，对不同物质能有目的地提纯或去除的优越分离效果。反渗透膜的滤分子量在100以下，只能过滤掉水中的水分子和气体。在相同的水质及环境下制水，纳滤膜所需的压力小于反渗透膜所需的压力。 三达纳滤膜与反渗透制水水质有何不同？ 答：经纳滤膜过滤后的自来水能脱除细菌、病毒、低分子有机物、重金属等物质，保留部分
水的深度处理工艺综述 人类对膜的认识是从自然界中存在的膜开始的，到现在，各种人工合成膜已成为了我们生活中不可或缺的一部分。其种类繁多，作用也千差万别，但他们具有一个共同的特点-选择透过性。 水的膜技术的应用开始于20世纪60年代，最早使用反渗透膜进行海水淡化。其后膜技术得到了迅速发展，并被众多领域应用。自用于反渗透脱盐后，又开发出纳滤、超滤和微滤技术，这些不同的膜都有其独特的性能，可满足不同的处理要求。 1定义 膜从广义上可以定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。 膜分离是指在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性能，达到分类混合物（如溶液）中离子、分子以及某些微粒的过程。与传统过滤器的最大不同是，膜可以在离子或分子范围内进行分离，并且该过程是一种物理过程，不需发生相变化和添加助剂。在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法，称为膜分离。 膜分离是用天然或人工合成膜，以外界能量或化学位差作推动力，对双组份或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离可以用于液相和气相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。 分离溶质时一般叫渗析，分离溶剂时一般叫渗透。 2分类与特点 膜可以是固态的，也可以是液体甚至是气态的。膜可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，可以是带电的或中性的，而带电膜又可以是带正电或带负电的，或二者兼而有之。膜可以是具有渗透性的，也可以是具有半渗透性的，但不能是完全不透过性的。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。由于膜材料的种类非常丰富，制备条件也多种多样，一般来说膜的分类有以下几种： （1）按分离机理：反应膜、离子交换膜、渗透膜等； （2）按膜的形态：均质膜和非对称膜；
膜分离技术及其原理的介绍
人们对膜进行科学研究是近几十年来的事。反渗透膜是膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤;40年代透析;50年代电渗析;60年代反渗透;70年代超滤和液膜;80年代气体分离;90年代渗透汽化。此外，以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程也日益得到重视和发展。 一、膜分离原理 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。 二、膜分离技术 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表介绍一下。 反渗透膜(RO)
反渗透膜使用的材料，最初是醋酸纤维素(CA)，1966年开发出聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA膜耐氯性强，但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能，但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，高温度大约是60℃左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。 超滤膜(UF) 超滤膜也是使用CA做材料，后来各种合成高分子材料得以广泛应用。其材料多种多样，共同特点是具有耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀等优点。 以上就是为大家介绍的全部内容，希望对大家有帮助。
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
扬州工业职业技术学院 2013 —2014 学年 第一学期 文献检索论文 课题名称：膜分离技术在废水处理中的应用及其发展方向设计时间： 2013.10.10～2013.12.15 系部：化学工程学院 班级： 1301应用化工 姓名：郑鹏 指导教师：王富花 学号： 1301110137
目录 摘要 (1) Abstract (1) 第一章前言 (3) 1.1膜技术在水处理中应用的基本原理 (3) 1.1.1根据混合物物理性质的不同 (3) 1.1.2根据混合物的不同化学性质 (3) 1.2 膜分离技术的特 点 (4) 2.1 分离性 (4) 2.1.1 分离膜必须对被分离的混合物具有选择透过(即具有分离)的能力 (4) 2.1.2 分离能力要适度 (4) 2.2 透过性 (4) 2.3 物理、化学稳定性 (4) 2.4 经济性 (5) 3在工业废水处理中的具体应用 (5) 3.1 淀粉污水处理 (5) 3.2 含酚废水处理 (5) 3.3 含氰废水处理 (5) 3.4 重金属离子的处理 (6) 3.5 炼油废水处理 (6) 展望 (6) 参考文献 (8)
膜分离技术在废水处理中的应用及其发展方向 摘要：本文阐述了膜分离技术基本原理及其特点、分离膜需要具备的条件，介绍了膜分离技术在工业废水处理中的应用情况，提出了膜分离技术发展趋势。 关键词：膜分离技术；废水处理；发展趋势 膜分离技术是在20世纪初出现、20世纪60年代迅速崛起的一门分离新技术，膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、吸附、萃取、深冷分离等)相比较，过程不发生相变，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单等特点，受到世界各技术先进国家的高度重视，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，广泛应用于工业废水等处理过程，给人类带来了巨大的环境效应。膜分离技术应用到工业废水的处理中，不仅使渗透液达到排放标准或循环生产，而且能回收有价资源。 1. 膜分离技术的基本原理和特点 1.1 膜技术在水处理中应用的基本原理是：利用水溶液（原水）中的水分子具有透过分离膜的能力，而溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外力作用下对水溶液（原水）进行分离，获得纯净的水，从而达到提高水质的目的。总的说来，分离膜之所以能使混在一起的物质分开，不外乎两种手段。 1.1.1 根据混合物物理性质的不同——主要是质量、体积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过程就是根据这一原理将水溶液中孔径大于50 nm的固体杂质去掉的。 1.1.2 根据混合物的不同化学性质。物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度，首先是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度(称溶解速度)，其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间愈短；总速度愈小，透过时间愈久。 1.2 膜分离技术的特点 膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型流体分离单元操作技术。在膜分离出现前，已有很多分离技术在生产中得到广泛应用。例如：蒸馏、吸附、吸收、苹取、深冷分离等。与这些传统的分离技术相比，膜分离具有以下特点： (1) 膜分离通常是一个高效的分离过程。例如：在按物质颗粒大小分离的领域，以重力为基础的分离技术最小极限是微米，而膜分离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米)。 (2) 膜分离过程的能耗(功耗)通常比较低。大多数膜分离过程都不发生“相”
气体分离膜质量安全与检 测参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
气体分离膜质量安全与检测参考文本使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 正文： 气体膜分离技术是一种新型高效的分离技术，同传统 的分离技术相比，具有投资少、设备简单、能耗低、使用 方便、易于操作、安全无污染等特点，因而近年来在食 品、医药卫生、石油化工、生物技术、环境工程等行业应 用越来越广泛，受到了各方面的高度重视。气体分离膜材 料是发展膜分离技术的关键问题之一，理想的气体分离膜 材料应该具有高的透气性和良好的透气选择性，高的机械 强度，优良的热和化学稳定性以及优良的成膜加工性能。 上述要求中，气体分离膜分离气体各组分的气体透过率是 各生产厂家技术开发和研究重点关注的指标。本文结合 G2/110膜分离测试分析仪对气体分离膜分离气体各组分的
气体透过率测试进行简单的介绍。 一、气体分离膜的分离原理 气体膜分离技术是利用原料混合气体中不同气体对于气体分离膜材料本身具有不同的渗透率，以气体分离膜两侧气体的压力差为推动力，在渗透侧得到渗透率大的气体富集的物料，在为渗透侧得到不易渗透气体富集的分离气，从而达到气体分离的目的。 二、G2/110膜分离测试分析仪测试原理 G2/110采用压差法与色谱分析技术相结合的测试原理，将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间、夹紧，对低压腔以及整个系统进行真空处理；当达到规定的真空度后，向高压腔充入试验气体，并保证在试样两侧形成一恒定的压差；气体在压差梯度的作用下，由高压侧向低压侧渗透；渗透到低压腔的试验气体，由载气携带至色谱分析仪，通过色谱技术处理，从而得到分离膜对试验气体各
膜法制氧的技术原理 概念 气体膜分离技术是利用渗透的原理，即分子通过膜向化学式降低的方向运动，首先运动至膜的外表面层上，并溶解于膜中，然后在膜的内部扩散至膜的内表面层解吸，其推动力为膜两侧的该气体分压差，由于混合气体中不同组分的气体通过膜时的速度不同，从而达到气体分离及回收提纯气体的目的。 应用领域 目前，国内已成功地将膜法富氧助燃节能技术应用于有色金属冶炼、玻璃池炉节能、化铁炉和铸造炉节能等方面，并取得了提高产品质量，节约能源，改善环境的效果，进一步提高了社会效率。其节能率一般在10%-15%。 由赣州川汇气体设备制造有限公司提供的膜法制氧系统不仅适用于富氧助燃领域，它可广泛应用于富氧呼吸（如家庭氧吧、富氧空调、富氧养殖、登山运动保障、富氧运动、美容）、燃料电池、车辆增氧、发动机增效等等领域。 技术含量 赣州川汇气体设备制造有限公司是膜法富氧的先行者。生产制造方面，2003年引进了国内首条板式膜组件生产线，是国内唯一的板式膜制造厂商；工业应用方面，为国内最大的富氧项目提供过板式膜组件，参与了国内三星、小鸭空调富氧的前期开发；对柴油机、汽油机等发动机增效的节能、冷启动、降低氮氧化物排量方面进行深入的研究，该公司在研究将目前先进的ITM 离子传输膜无机透氧膜商品化，该分离膜可直接自空气中获得100%的纯氧。 竞争优势 该公司板式膜制氧系统是目前世界上技术先进的膜法富氧系统，它是标准的工业模块化组成装置，接上电源，即可产生氧气。具有竞争的领导地位: 1)富氧提取专利工艺流程技术 2)板式膜组件专利技术 3) 低压气体填料干燥技术 4)膜与膜分离设计软件 5)三维设计 6)人性化设计 7)以保证设备可靠性\稳定性出发的优秀元器件的选择
1．膜制备技术：相转化法 2．原理：所谓相转化法,就是将均相的高分子溶液由外力变成两相系统,一相为高分子浓度较高形成膜结构的固相,一相是高分子浓度较稀薄形成孔洞的液相。因此相分离程序是相转换法的核心,而操作相分离的参数主要是由热力学和动力学控制。热力学是由平衡状态下的相图来预测相分离产生,而动力学可以推论成膜的速率。 利用铸膜液与周围环境进行溶剂、非溶剂传质交换，原来稳态溶液变成非稳态而产生液液相转变，最后固化成膜。一般来说，环境因素对相转化法成膜影响较大，所以采用此法必须严格控制好环境条件。 3．实例： 一．致密皮层非对称气体分离膜的制备【1】 以湿相转化法制备出分离性能优良的致密皮层非对称气体分离膜；建立了醋酸纤维素-丙酮-甲醇三组分制膜体系,所制得的致密皮层醋酸纤维素非对称气体分离膜，在室温、0.5MPa 进气压力下,该膜对CO2/CH4的分离系数30,CO2透气速率可达1.8×10?8cm3(STP)/c m2·s·Pa;扫描电镜图显示该膜表层致密、超薄(约200nm)、支持层疏松,为理想结构的非对称气体分离膜。实验部分: ①材料和试剂： 醋酸纤维素CA:Eastman 398-3,使用前80度下烘干24h ,
干燥器中冷却,备用；丙酮、甲醇:分析纯,南开大学分校特种试剂实验厂；正已烷:分析纯,天津市化学试剂二厂；二氧化碳:天津酒精厂；甲烷:北京分析仪器厂, 纯度99.99 %。 ②膜的制备： 丙酮或与甲醇混合溶剂中加入CA，室温下混合,待全部溶解后, 经压滤、脱泡, 静置备用。将制膜液在玻璃上刮成膜,控制厚度约100μm ,在环境温度约25 ℃,相对湿度55 %的条件下,经过一定时间的自然蒸发,浸入甲醇中凝固,之后用正已烷交换膜中的甲醇,最后在空气中自然挥发制成干膜。 二.相转化法制备PVDF 超滤膜【2】 相转化法制膜工艺简单，操作方便，膜结构容易控制，大多数聚偏氟乙烯( PVDF) 超滤膜采用该方法制备。由于具有较强的抗氧化性、良好的热稳定性、耐辐射性、优异的机械性能及易成膜等优点，PVDF 成为超滤膜制备中应用最广泛的材料之一。PVDF 的表面能极高，因此疏水性较强，这使其成为气体吸附、脱附及膜蒸馏等非水体系分离过程的理想用膜。然而膜材料本身的疏水性经常导致膜污染及通量下降成为膜技术在水处理领域应用的最大障碍。为此，人们对膜亲水化改性进行了大量研究。 相转化法是制备PVDF 超滤膜使用最多的方法。相转化法是一种以某种控制方式使聚合物从液态转变为固态的过程，这种固化过程通常是由一个均相液态转变为两个液态( 液液分层) 而引发的。在分层达到一定程度时，其中一个液相( 聚合物用量高
宁波大学硕士研究生2016/2017学年第1学期期末答题纸 考试科目：生化分离技术课程编号：考卷类型：（A/B） 姓名：学号：阅卷老师：成绩： 液膜分离的原理及应用 摘要：液膜模拟生物膜的结构，通常由膜溶剂、表面活性剂和流动载体组成。它利用选择透过性原理，以膜两侧的溶质化学浓度差为传质动力，使料液中待分离溶质在膜内相富集浓缩，分离待分离物质。 关键字：液膜分离技术，乳化液膜，支撑液膜。 Principle and application of liquid membrane separation Abstract：Liquid membrane simulates the structure of a biofilm, usually consisting of a membrane solvent, a surfactant, and a mobile carrier. It uses the principle of selective permeability to the membrane on both sides of the solute chemical concentration difference for the mass transfer power,so that the liquid to be separated in the membrane solute enrichment enrichment, separation of the material to be separated. key words：liquid membrane separation technology, emulsion liquid membrane ,supported liquid membrane ,waste water treatment。 液膜分离是 60 年代中期诞生的一种新型的膜分离技术。它具有膜分离的一般特点, 主要是依据膜对不同物质具有选择性渗透的性质来进行组分的分离。自20世纪 60 年代美国林登埃克森研究与工程公司黎念之博士( N.N.Li)发明后[1]。液膜通常由膜溶剂、表面活性剂、流动载体和膜增强添加剂组成[2]。各国学者相继开展了大量的研究。该技术在湿法冶金、金属离子回收、废水处理、生物制品分离与生物医药分离、化工分离等方面已显示出广泛的应用前景。目前液膜技术处理农药厂废水已实现工业化, 在含锌废水处理中已进行了工业试验, 液膜技术分离宇宙飞船中 CO2 也已成功得到应用, 液膜分离技术正在得到迅速的发展。 生物学家们在液膜促进传递方面取得的成就引起了化学工程师们的注意. 60 年代中期 , Bloch 等[3]采用支撑液膜( supported liquid membrane) 研究了金属提取过程, Ward 与 Robb[4]研究了 CO2 与 O2 的液膜分离, 他们将支撑体液膜称为固定化液膜( immobilized liquid membrane). 黎念之( N .N . Li) 在用du Nuoy 环法测定含表面活性剂水溶液与油溶液之间的界面张力时 ,观察到了相当稳定的界面膜 ,由此开创了研究液体表面活性剂膜( liquid surfactant membrane) 或乳化液膜( emulsion liquid membrane)的历史[5] 1液膜分离原理 1.1液膜及其分类 液膜是分隔两个液相的第三液相,它与被分隔液体的互溶度极小。膜相液通常由膜溶剂、载体、表面活性剂、稳定剂所组成。 膜溶剂是膜相液的基体,占膜总量的90%以上,选择膜溶剂主要考虑膜的稳定性和对溶质的溶解性。当原料液为水溶液时,用有机溶剂作液膜,当原料液为有机溶剂时,用水作液膜。 载体是运载溶质穿过液膜的物质,它能与被分离的溶质发生化学反应,它分为离子型和非离子型。离子型载体通过离子交换方式与溶质离子结合,在膜中迁移;非离子
1:技术说明 膜分离的基本原理就是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。推动力（膜两侧相应组分的分压差）、膜面积及膜的分离选择性，构成了膜分离的三要素。依照气体渗透通过膜的速率快慢，可把气体分成“快气”和“慢气”。常见气体中，H2O、H2、He、H2S、CO2等称为“快气”；而称为“慢气”的则有的CH4及其它烃类、N2、CO、Ar等。 分离器的外壳类似一管壳式换热器，内装数万根细小的中空纤维丝。中空纤维的优点就是能够在最小的体积中提供最大的分离面积，使得分离系统紧凑高效，同时可以在很薄的纤维壁支撑下，承受较大的压力差。混合气体进入膜分离器壳程后，沿纤维外侧流动，维持纤维内外两侧一适当的压力差，则气体在分压差的驱动下，“快气”（氢气）选择性地优先透过纤维膜壁在管内低压侧富集而作为渗透气（产品气）导出膜分离系统，渗透速率较慢的气体（烃类）则被滞留在非渗透气侧，压力几乎跟原料气的相同，经减压冷却后送出界区。?普里森2:工艺流程描述 膜分离的工艺流程非常简单，可分为预处理（水洗和加热）和膜分离两部分。使原料气远离露点，不至因可冷凝物富集液化形成液膜而影响分离性能，用一蒸汽调节阀与温度变送器联合实现原料气温度的调节、指示、报警及联锁；而此处流量变送器的作用是对原料气的流量实现指示及报警；加热过的气体经一管道过滤器进入膜分离器组进行分离，在低压侧得到富氢的渗透气，作为产品气返回压缩机入口；而非渗透气经减压后并入燃料气管网。稳定流量的甲醇尾气在3.65-4.4MPa(A)时进入膜分离界区，此气体首先进水洗塔以洗去气体中甲醇，水洗塔设立高低液位报警、洗涤水量过低及联锁。洗去甲醇气体进入气液分离器，以除去气体中夹带的液体。从气液分离器出来的气体进入一套管式换热器将原料气加热至50 ?C，该系统设计有一个联锁导流阀DV-2201对膜分离器进行保护。 整个膜分离系统基本上无运动部件，控制回路及监控点少，开、停车方便快捷，甚少维修，开工率极高。 3：膜分离器技术指标 芯件中空纤维?美国产普里森 壳体材质20# 设计压力，MpaG 6.0 C ??设计温度，100 C、压力MPaG 50，4.5 ?操作温度 4:膜分离装置得到具有以下性质产品渗透气： 产品气压力：≥ 2.1 MPa（A） 气体组成：（V %）：H2 +CO+CO2: ≥95% 装置氢气收率≥85% 装置操作弹性范围60-120% 膜回收生产的尾气减压到0.3Mpa（G）送往锅炉燃烧,回收热量. 装置的可靠性及使用寿命 装置使用寿命大于15年。 膜的使用寿命不小于10年，静止设备的使用寿命不小于15年。 装置安全稳定运行时间不小于2年。
膜分离 中文名称：膜分离 Subject: membrane separation 专业：化学工程与工艺 Specialty: Chemical Engineering &Technology 本科生（Name）：*** 指导老师（Instructor)：*** 摘要（ABSTRACT)：膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、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。 关键词（Key Word)：膜分离膜分离技术原理 应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；生物膜（二级学科） 定义：根据生物膜对物质选择性通透的原理所设计的一种对包含不同组分的混合样品进行分离的方法。分离中使用的膜是根据需要设计合成的高分子聚合物，分离的混合样品可以是液体或气体。 膜分离的基本原理和方法 一、膜分离概念 用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离法。 在一个容器中，如果用膜把它隔成两部分，膜的一侧是水溶液，另一侧是纯水，或者膜的两侧是浓度不同的溶液，则通常把小分子溶质透过膜向纯水侧或稀溶液侧移动、水分透过膜向溶液侧或浓溶液侧移动的分离称为渗析(或透析)。如果仅溶液中的水分(溶剂)透过膜向纯水侧或浓溶液侧移动，溶质不透过膜移动，这种分离称为渗透。 二、膜性能 通常，膜性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。 膜的物化稳定性主要是指膜的耐压性、耐热性、适用的pH范围、化学惰性、机械强度。膜的物化稳定性主要取决于构成膜的高分子材料。由于膜的多孔结构和水溶胀性使膜的物化稳定性低于纯高分子材料的物化稳定性，这主要是指膜的抗氧化性、抗水解性、耐热性和机械强度等。 (一) 膜的抗氧化和抗水解性能 膜的抗氧化和抗水解性能，既取决于膜材料的化学结构，又取决于被分离溶液的性质。氧化、水解的最终结果，使膜的色泽变深、发硬变脆，其化学结构与外观形态也受到破坏。假如膜在水溶液中的氧化机理与膜材料在空气中的氧化相似，那么此溶液中由氧化物质产生的初级自由基(X·)便能与高分子材料(R—H键)进行如下反应： R—H+X·→R·+H—X 然后高分子材料的自由基R·与O2作用进行链转移：反应产物ROOH不稳定，经过一系列反应由醇变成醛，由醛再转化为酸、CO2和水等。 由于高分子材料因氧化而产生的主链断裂，首先发生在键能低的键上，因此，为了阻止反应式的进行，希望高分子材料中各个共价键有足够的强度，即希望有高的键能。膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。 膜分离与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理