第十一章耦合与集成技术（习题解答）
11-1 简述集成与耦合的区别。
答：本书中的耦合过程是指反应与分离两者相结合并具有相互影响的过程，典型的代表为各类膜式反应器，将催化剂固定在膜上，反应物生成的同时，及时移走抑制反应进行的部分生成物或副产物，使反应进一步进行；集成过程是指将两个不同的分离单元操作或反应与某一分离单元操作组合在一起的过程，在不同的分离单元中完成各自的功能，二者之间可以发生物料循环。
11-2 描述膜催化反应器的特点。
答：膜催化反应器是将反应和膜分离过程结合，它不仅具有分离的功能，而且能提高反应的选择性或产品的收率。通常是指耐高温的无机膜反应器，在石化领域中具有潜在的应用前景。
11-3 比较内置式和外置式渗透汽化膜反应的优缺点。
答：外置式的每单位反应器所需的膜面积小，操作中更换溶液，但外部循环会带来很多操作上的不便，需额外的循环设备等；内置式的操作简单，不需要额外循环，但系统不灵活，膜易污染，膜组件大小受到抑制等。
11-4 膜生物反应器有哪几类？有哪些用途？
答：根据膜生物反应器所用的生物催化剂可以将其分为：酶膜生物反应器、膜发酵器和膜动植物细胞培养三类。根据膜组件与反应器的结合形式可将其分为：分置式和一体式两类。另外，除了以上分类外，膜生物反应器还可按膜材料、膜孔径、膜组件以及推动力方式的不同进行分类。
膜生物反应器不仅可以用于废水的处理，还可以用于废气处理。
11-5 现有一组成为乙醇80℅、水20℅的混合体系，试设计一个高效的集成过程用于制备99.9℅的乙醇产品。
答：可以采用工业生产的乙醇脱水渗透汽化集成工艺，通过精馏塔后乙醇浓度达95℅-96℅，在通过由PVA 膜的三级渗透汽化单元后乙醇的浓度可增浓到99.9℅。整个过程可用Aspen Plus软件模拟。
化工分离过程试题库(复习重点) 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。 4、精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。 7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。 9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。 12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。 15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 16、分离剂可以是（能量）和（物质）。 17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系 ) 19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 20、温度越高对吸收越（不利） 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V = SL）。 23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（通过一定压力梯度的动量传递），（通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合）和（通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合）。 25、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论板数），为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。 27、常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。
生物大分子分离技术综述 摘要：生物大分子包括核酸DNA和RNA、多糖、酶、蛋白质以及多肽等。生物大分子分离技术是生物研究中的核心技术之一，当前医学，药学及生命科学学科之间的交叉渗透为大分子分离技术的发展提供了更多的契机。本文对以沉淀、透析、超滤和溶剂萃取为代表的传统分离技术, 以及色谱, 电泳等现代分离技术的发展概况、方法、特点及应用进行了综述。 关键字：分离技术生物大分子 1前言 生命科学的发展给生物大分子的分离技术提出了新的要求。各种生化、分子研究要求提取分离高纯度，结构完整和具有生物活性的活性的生物大分子样品，这就使得分离技术在各项研究中起着至关重要的作用。对生物大分子分离技术的研究也就随之产生。同时，随着各学科之间的交叉渗透，纳米材料、计算机自动化等技术的发展也为生物大分子技术的发展提供了更多的空间。 生物大分子的制备具有如下特点：生物样品的组成极其复杂，许多生物大分子在生物样品中的含量极微，分离纯化的步骤繁多，耗时长；许多生物大分子在分离过程中就非常容易失活，因此分离过程中如何保证生物大分子的活性，也是提取制备的困难之处；生物大分子的制备几乎都是在溶液中进行的,温度、PH值、离子强度等各种参数对溶液中各种组成的综合影响，很难准确估计和判断。这些都要求生物大分子的分离技术以此为依据，突破这些难点，优化分离程序以获得符合要求的生物大分子试剂。 2传统分离技术 被广泛应用传统的生物大分子分离方法有透析、溶剂萃取、沉淀和超滤等，它们都是一些较早就建立起来比较完善的的分离方法。 2.1透析法 1861年Thomas Graham发明透析方法,已成为生物化学实验中最简易常用的分离纯化技术之一。在生物大分子的分离过程中,除盐、少量有机溶剂、生物小分子杂质和浓缩样品等都需用到透析。现在，除半透膜的材料更加多样化，透析方式也更加多样。透析法主要是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，而大分子物质不能通过半透膜的性质，达到分离的方法。例如分离和纯化DNA、蛋白质、多肽、多糖等物质时，可用透析法以除去无机盐、单糖、双糖等杂质。反之也可将大分子的杂质留在半透膜内，而将小分子的物质通过半透膜进入膜外溶液中，而加以分离精制：透析是否成功与透析膜的规格关系极大。透析膜的膜孔有大有小，要根据欲分离成分的具体情况而选择。透析膜有动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜、蛋白质胶膜、玻璃纸膜等。分离时，加入欲透析的样品溶液，悬挂在纯化水容器中，经常更换水加大膜内外溶液浓度压，必要时适当加热，并加以搅拌，以利透析更快。最后，透析是否完全，须对透析膜内溶液进行检测。
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
膜分离试题及答案
1、什么是膜分离？膜材料为什么会有选择渗透性？ 答：膜分离（Membrane Separation）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。 膜材料具有选择透过性的原因：一是膜中分布有微细孔穴，不同的孔穴有选择渗透性；二是膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附排斥产生选择渗透性；三是被分离物在膜中的溶解扩散作用产生选择渗透性。 2、膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点？ 答：①管式：管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。内压式：膜涂在管内，料液由管内走；外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。
空纤维膜，0.25-2.5mm膜称毛细管膜。前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤。料液流向：采用内压式时为防止堵塞，需对料液预处理去固形微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。 优点:设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达16000～30000 ) 缺点:中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。 ③平板式：这类膜器件的结构与常用的板框
压滤机类似，由膜、支承板、隔板交替重叠组成。滤膜复合在刚性多孔支撑板上，料液从膜面流过时，透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。为减小浓差极化，滤板的表面为凸凹形，以形成湍动。浓缩液从另一孔道流出收集。 优点:组装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。 缺点:需密封的边界线长 ④卷式（螺旋式）：将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。 优点:目前卷式膜组件应用比较广泛、与
1引言 国内外对分离技术的发展十分重视，但由于应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，决定了分离技术的多样性。按机理划分，可大致分为五类：生成新相以进行分离(如蒸馏、结晶)；加入新相进行分离(如萃取、吸收)；用隔离物进行分离(如膜分离)；用固体试剂进行分离(如吸附、离子交换)和用外力场或梯度进行分离(如离心萃取分离、电泳)等。现在运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有超临界流体萃取技术、分子蒸馏技术和膜分离技术。 2超临界流体萃取技术及其应用 超临界流体萃取是_种以超临界流体代替常规有机溶剂对目标组分进行萃取和分离的新型技术。其原理是利用流体(溶剂)在临界点附近区域(超临界区)内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动来实现分离的。由于二氧化碳具有无毒、不易燃易爆、廉价、临界压力低、易于安全地从混合物中分离出来，所以是最常用的超临界流体。相对于传统提取分离方法(煎煮、醇沉、蒸发浓缩等)具 作者简介：周芙蓉，女，中北大学化工与环境学院研究生有以下优点：萃取效率高、传递速度快、选择性高、提取物较干净、省时、减少有机溶剂及环境污染、适合于挥发油等脂溶性成分的提取分离。 超临界流体萃取技术特点 ⑴由于在临界点附近，流体温度或压力的微小变化会引起溶解能力的极大变化，使萃取后溶剂与溶质容易分离。 ⑵由于超临界流体具有与液体接近的溶解能力，同时又保持了气体所具有的传递性，有利于高效分离的实现。 (3)利用超临界流体可在较低温度下溶解或选择性地提取出相应难挥发的物质，更好地保护热敏性物质。 (4)萃取效率高，萃取时间短。可以省却清除溶剂的程序，彻底解决了工艺繁杂、纯度不够且易残留有害物质等问题。 (5)萃取剂只需再经压缩便可循环使用，可大大降低成本。 (6)超临界流体萃取能耗低，集萃取、蒸馏、分离于_体，工艺简单，操作方便。 (7)超临界流体萃取能与多种分析技术，包括气相色谱、高效液相色谱、质谱等联用，省去了传统方法中蒸馏、浓缩溶剂的步骤。避免样品的损失、降解或污染，因而可以实现自动化。
摘要 膜分离技术是指在某种驱动力的作用下利用膜对混合物中各组分的选择透过性的差异实现物质分离的技术。膜分离技术的驱动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。膜分离现象中的物质迁移现象是一种不可逆的传质过程。膜分离现象早在250多年以前就被发现但是膜分离技术的工业应用是在20世纪60 年代以后。 中国的膜分离技术的发展是从1958年对离子交换膜的研究开始的数十年来取得了长足的进步。目前中国研究所涉及的领域遍及膜科学与技术从材料的应用到产品的开发等方面。经过20年的努力中国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有实用价值接近或达到国际先进水平的成果。但从总体上讲中国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距还有待于进一步研究开发。
1 膜分离技术概述 1.1 膜分离技术 目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离、膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。表 1 列出了工业应用膜过程的分类及其基本特性。 微滤是最早使用的膜分离技术是在压力差作用下进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程主要用于滤除0.05~10um的悬浊物质颗粒。主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌。 超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程。 纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的过程( 分子量为300~500）其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介在浓缩有机溶质的同时也可脱盐。 反渗透是以压力差为推动力的膜分离过程渗透与反渗透都是通过半透膜来完成。 电渗析是在直流电作用下以电位差为推动力实现溶液的精制、纯化或淡化。 液膜是依据溶解、扩散等原理通过液相薄膜将两个组成不同而又互溶的溶液
第一章绪论1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？ 答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。 （2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。 （3）场流分类法 2.分离富集的目的？ 答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。 3.什么是直接分离和间接分离？ 答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。 4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？ 答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度 提高的过程。纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。 根据目标组分在原始溶液中的相对含量（摩尔分数）的不同进行区分：
（方法 被分离组分的摩尔分数）富集 <0.1；浓缩 0.1－0.9；纯化 >0.9。 5.回收因子、分离因子和富集倍数有什么区别和联系？ 答：（1）被分离物质在分离过程中损失量的多少，某组分的回收程度，用回收率来表示。 待测组分A 的回收率，用RA 表示，QA °---为富集前待测物的量；QA---富集后待测物的量。%100?=οA A A Q Q R （2）分离因子：两组分的分离程度。用SA ， B 表示。B A B A B A B ,//R R Q Q Q Q S A =??= A —待测组分； B —干扰组分。如果待测组分A 符合定量要求，即可认为QA ≈ Q oA ，SA,B ≈ Q oB/QB = 1/RB ，常量组分测定：SA,B ≈103；分离因子越大，分离效果越好。 （3）富集倍数：目标组分和基体组分的回收率之比，用F 表示，οο M M T T M T Q Q Q Q R R F //== RT 为组分的回收率；RM 为基体的回收率； QT °为富集前待测物的量； QT 为富集后待测物的量；QM °为富集前基体的量；QM 为富集后基体的量。 第二章 分离过程中的热力学 2.气体分子吸附在固体吸附剂表面时，某吸附等温线可以由朗格缪尔吸附方程得到。试分析吸附物质的吸附平衡常数K 与该气体物质在气相的分压p 需满足什么条件才能使朗格缪尔吸附等温线近似为直线。 答：溶质吸附量q 与溶质气体分压p 的关系可以用朗格缪尔吸附方程表示：p K p K q q A A +=1max ，式中qmax 为溶质在固相表面以单分子层覆盖的最大容量；KA 为溶质的吸附平衡常数。在低压时，p K q q p K A A max 1=，《。
新型分离技术 化学专业学生：汤婷(11130225) 指导教师：彭钢 摘要：目前运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有超临界流萃取技术、分子蒸馏技术和膜分离技术，在中药制药、农产品加工和工程中都得到了广泛应用。 关键词：C5 馏分分离技术超临界流体萃取分子蒸馏膜分离技术分离技术 引言 国内外对分离技术的发展十分重视，但由于应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，决定了分离技术的多样性。按机理划分，可大致分为五类：生成新相以进行分离(如蒸馏、结晶)；加入新相进行分离(如萃取、吸收)；用隔离物进行分离(如膜分离)；用固体试剂进行分离(如吸附、离子交换)和用外力场或梯度进行分离(如离心萃取分离、电泳)等。现在运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有分子蒸馏技术、超临界流体萃取技术和膜分离技术。[1] C5馏分分离技术 传统技术虽经历了时间的考验，但也存在一些问题，像流程、能耗、二烯烃的损失、吸收剂的合理配置等方面，都需要研究者或使用者进行近一步合理的改善，以满足企业发展及工艺先进化的需要。下面的几种新技术都在研究中尚未进入工业化，也是 C5馏分分离技术未来的发展趋势。 1.1 催化加氢除炔技术 该技术是为了克服第二吸收单元的能耗高、溶剂损失多的缺点而设计的，这也就是现在常说的一段吸收工艺。来自第一吸收单元的化学级异戊二烯进入选择性加氢反应器中，在多金属催化剂的作用下，将占总量的0.1% ～2%异戊烯炔和2 -丁炔等炔烃加氢除去，在经过脱轻塔、脱重塔的处理，最终在塔顶得到聚合级异戊二烯。北京化工研究院［2］经过模拟加氢前后的流程，得出结论: 加氢后的异戊二烯的收率和质量都要高于加氢前的，而且能耗和生产成本都大幅降低，提高了整个分离过程的经济效益。美国专利显示［3］，催化加氢反应器中的适合温度为 20～ 80 ℃，压力为 0.3 ～ 4.0 MPa，其中的一种催化剂的配方为:3% 铜+ 0.03% 银 + 0.03% 钯 + 0.3% 钾。 1. 2 反应精馏技术 该技术的核心就是集原有的二聚反应器和其配套的蒸馏塔为一体的反应精馏塔。在该塔中，既可以选择性的发生环戊二烯的二聚反应，又能分出粗环戊二烯。北京化工总院［4］采用此技术做相关实验，与现有技术比较，发现环戊二烯的转化率相应的提高了，而且双环戊二烯的纯度也要高于现有技术下的。该技术的的独特之处在于简化了流程及操作，从而降低
新型膜分离技术研究进展 摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。 关键词：膜分离；原理；应用；进展 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。 1膜分离技术的分离原理和特点 1.1纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200-1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。余跃等[1]废水进行了去除COD和脱色的研究。结果表明，纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD。 1.2超滤 超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。徐超等[2]在中试中采用浸没式超滤膜代替传统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果，设备费用降低了。 1.3微滤 微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05-10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即:比膜孔大的颗粒的机械截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。 1.4反渗透 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下理论:溶解一扩散模型、优先吸附一毛细孔流理论、氢键理论。 自从上个世纪90年代邓宇发明了非加压吸附渗透海水淡化法以来，反渗透用于海水淡化的研究得到了极大发展[3]。在重金属废水处理领域，美国芝加哥API工艺公司采用B一9芳香族聚酞胺中空纤维膜组件处理镀镍漂洗水，废水中Niz+的分离率为92%[4]。 1.5电驱动膜
一．什么是膜分离，膜材料为什么具有选择透过性？ 膜分离：借助膜的选择渗透作用，对混合物中的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯和富集的方法。 膜材料具有选择透过性的原因： 1.膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性。 2.膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附，排斥产生选择渗透性。 3.被分离物在膜中的溶解，扩散作用产生选择渗透性。 二．膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点。 膜分离设备类型主要结构优缺点 板框式由导流板、膜和多孔支撑板 交替重叠组成。优点：膜的组装方便、清洗更换容易，不易堵塞。 缺点：对密封要求高、结构不紧凑。 卷式膜器将膜，支撑材料，膜间隔材 料依次叠好，围绕一中心管 卷紧即成一个膜组优点：结构紧凑、单位体积膜面积很大、透水量大、设备，费用低； 缺点：浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难。 管式膜器由管式膜组装而成，膜器与 列管式换热器结构类似。 根据膜的位置分为内压式和 外压式，外压式需耐高压的 外壳，应用较少。优点：能有效地控制浓差极化，流动状态好，能大范围的调节料液的流速。膜生成污垢后容易清洗，对料液预处理的要求不高并可处理含悬浮固体的料液。 缺点：投资与运营费用较高，单位体积内膜的面积较低。 中空纤维膜器由数百上万根中空纤维膜固 定在圆形容器内形成优点：设备紧凑、单位体积的膜表面积大，不需要支撑材料 缺点：中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，对料液的预处理要求高。
三．电渗析工作原理。 在直流电场作用下，溶液中的离子选择性地通过离子交换膜的过程。利用直流电场的作用使溶液中阴阳离子定向迁移以及阴阳离子交换膜对溶液中离子的选择透过性（即阳膜具有选择透过阴离子而阻挡阳离子），使原水在通过电渗析器时，一部分水被淡化，另一部分则被浓缩，从而达到分离溶质、溶剂的目的。 四．膜污染产生的原因，减小膜污染控制方法以及膜的清洗。 膜污染产生的原因： 1.膜表面的沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。 2.膜表面和膜孔内的吸附，这与膜表面的电荷性、亲水性、吸附活性点及溶质的荷电性、亲水性、溶解度等有关。 3.微生物在膜运行过程或停运中的繁殖和积累造成 控制方法： 1.进料液的预处理：预过滤，PH，溶液中盐浓度，溶液浓度，离子强度的处理。 2.选择合适的膜材料（膜孔径或截留分子量的选择，膜结构的选择）以减轻膜的吸附。 3.改善操作条件：加大流速，温度，压力与料液流速，溶液与膜接触时间的改善。 清洗方法： 1.物理清洗：等压清洗、反洗、气水双洗、海棉球擦洗。 2.化学清洗：碱、酸、酶、络合剂、表面活性剂。 3.电清洗。 4.其它方法-电场过滤、脉冲电解清洗、电渗透清洗等。 五．制备无机膜常用方法。 固态离子烧结法、溶胶—凝胶法﹑薄膜沉淀法﹑阳极氧化法﹑水热法﹑分相法﹑热分解法﹑CVD法﹑悬浮粒子法﹑浸浆法。 六．膜集成技术对海水淡化的示意图，每一操作单元所引起的作用。 海水→预处理→微滤超滤→反渗透膜→杀菌消毒→淡水 预处理过滤，软化，杀菌，防氧化 微滤超滤去除有机物，降低浊度 反渗透去离子
膜分离技术应用综述 摘要：膜分离工程技术是一项新兴的高效分离技术，已广泛应用于化工、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药等工业，被认为是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。由于膜分离的优势，越来越多的中药研究者正致力于开发膜技术在中药工业中的应用。膜分离技术 (微滤、超滤、纳滤、反渗透膜技术)在中药领域中发挥着非常重要的作用，可应用于中药提取液的纯化、浸膏制剂的制备、口服液的生产、注射剂的制备以及热原的去除等。膜分离技术将在中药现代化进程中发挥重大作用，并对中药的规范化和标准化生产起到一定的促进作用。由于历史的原因，生物技术发展初期，绝大多数的投资是在上游过程的开发，而下游处理过程的研究投入要比上游过程少得多，因而使得下游处理过程的研究明显落后，已成为生物技术整体优化的瓶颈，严重地制约了生物技术工业的发展，因此，当务之急是要充实和强化下游处理过程的研究，以期有更多的积累和突破，使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。 关键词：生物分离下游工程膜分离 正文： 1、常用的膜分离过程 1.1微滤 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。 1.2超滤 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。1.3纳滤 纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保净水和污水处理及其资源化工业。1.4反渗透 由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。 1.5其他常用膜分离过程 除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。
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。
膜分离过程期末试题（开卷）（2006 11 29） 一、论述题或计算题（每题10分） 1 咸水淡化的方法有哪些？选择使用这些方法的依据是什么？如果是海水淡化，请你将这些方法由优至劣顺序排列，并说明原因。在反渗透进行还是淡化的流程中，为了提高海水的回收率，以采用多级还是多段流程？画出流程示意图。 2 相转化法制备分离膜的原理是什么？试用相图说明。相转化法可能制得哪些结构的膜？与其他膜制备方法相比，相转化法的特点是什么？ 3 由发酵法制备燃料酒精，有哪些方法可以用于乙醇和水的分离？各有什么优缺点？试设计蒸汽渗透与普通蒸馏耦合制备燃料酒精的流程图，画出示意图，要有主要操作参数。 4 如果从压力8bar（g）的空气中制取95%的富氮空气，如果要求氮气的回收率在80%以上，请问氧气/氮气分离系数是多少？ 二、简答题（每题5分） 1 用溶解扩散模型解释为什么高分子膜的氢气和二氧化碳通量都比氧气通量大。 2 为什么反渗透操作中静压差要远大于渗透压差？ 3 难挥发组分是否可以优先透过渗透蒸发膜？请简述渗透蒸发过程的主要应用。 4 请画出电渗析过程中的淡室、浓室、阴膜和离子迁移的方向。 5 设计从合成氨尾气中回收氢气的流程，画出示意图，进行简要说明。 6 膜科学技术与节能和环境保护的关系是什么？请详细举2例说明，从中提出1-2个需要解决的科学问题。 7 比较支撑液膜和乳化液膜的优缺点。 8 用于燃料电池的质子交换膜与其他常见的膜有什么异同 9 论述各种膜分离器的特点。选择膜分离器的主要因素有哪些？ 10 膜接触器中膜的特点是什么？膜精馏的基本流程有哪些种？ 11 为什么会出现膜污染和浓度极化？是否可以完全避免？是否可以控制？ 12 你学习这门课的收获、体会和建议.
收稿日期：2011－04－18 作者简介：陈默（1986—），硕士研究生，从事含能化合物的合成研究；王建龙，教授，博士生导师，通讯联系人，主要从事含能化合物合成及炸药中间体的制备、 应用及开发。新型膜分离技术的研究进展 陈 默，曹端林，李永祥，王建龙 （中北大学化工与环境学院，山西太原030051） 摘要：膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、 电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。关键词：膜分离；原理；应用；进展中图分类号：TQ028．8 文献标识码：A 文章编号：1008－021X （2011）05－0031－03 Research Progress of Membrane Technology CHEN Mo ，CAO Duan －lin ，LI Yong －xiang ，WANG Jian －long （College of Chemical Engineering and Environment ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）Abstract ：The membrane extraction technique is a new type extraction technique with high efficiency ，high speed and saving energy．Membrane separation technology is applied widely as a new kind of separation technology．The separation mechanism and characteristics of different kinds of membrane technologies were introduced ，including electrodialysis ，reverse osmosis ，nanofiltration ，ultrafiltration ，microfiltration ，gas separation ，pervaporation ，membrane reactor．Further more ，the application and current problems of different membrane technologies were extensively summarized．Finally ，application prospect of membrane separation technology was presented．Key words ：membrane separation ；principle ；application ；progress 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子 薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。1膜分离技术的分离原理和特点1．1 纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200 1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻－孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量；与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技 术， 是国内外研究的热点。余跃等［1］ 对纳滤技术处理印染废水进行了去除COD 和脱色的研究。结果 表明， 纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD 。Salzgitter Flachstahl 电镀厂采用膜技术处理 镀锌废水， 回收其中的Zn 2+ 和H 2SO 4，其结果达到了设计要求［2］。常江等［3］ 在完成用新型纳滤膜处 理模拟含Ni 2+ 废水实验室研究的基础上，进行了电 镀镍漂洗废水的纳滤膜处理及镍和水回收利用的工业试验，为大规模工业应用提供了参考数据。杨青等［4］ 研究报道将DK 型与NF90型纳滤膜组合可适用于治理高浓度、高盐分的吡啉农药废水污染。1．2 超滤 超滤的截留相对分子质量在1000 100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。 徐超等 ［5］ 在中试中采用浸没式超滤膜代替传 统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果， 设备费用降低了。罗涛等［6］ 采用混凝沉淀－超滤工艺对微污染原水进行试验，结果表明，组合
膜分离技术的研究与发展 化学专业学生：刘洋 摘要：从现代化工和新技术发展的需求出发 ,论述了化工分离技术的重要性, 各新型分离技术的原理应用及发展现状, 并对当代化工新型分离技术的发展特点进行了探讨。 关键词: 新型分离技术 ; 膜分离 ; 集成过程; 应用 化工分离工程是高等学校化学工程及工艺专业的专业基础课和必修课，主要研究各种分离过程的原理与分离物系质量、热量、动量传递过程即设备内同时进行的物理变化和化学变化的基本规律，该门课程的开设不仅要求学生具备化工原理、物理化学、化工热力学等学科基础知识，同时，还要求学生掌握一定的数值计算方法，具有一定计算机能力[1-3]。文章就近年来在化工分离工程课程教学实践，结合对化工分离工程课程的相关认识，探索了课程教学改革。 世界万物都是由有序自发地走向无序，所有的纯物质都逐渐变成混合物。分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提纯或纯化的一门新型学科，正是这种需求，推动了人们对新型分离技术不懈的探索。新型分离技术目前受到材料开发、生产成本及其他学科发展的限制，工业化应用程度还不高，但它们已经在某些高新领域显示出良好的分离性能和强劲的发展势头。 1 膜分离技术的概念与原理 借助于具有分离性能的膜而实现分离的过程称为膜分离过程。由于膜分离过程一般没有相变，既节约能耗，又适用于热敏性物料的处理，因而在生物、食品、医药、化工、水处理过程中备受欢迎。膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对液相或者气相混合物内的不同成分进行分离、提纯、浓缩的先进加工技术。根据膜分离过程的不同特征可分为微滤( MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、渗透蒸发(PV)、渗析(D)、电渗析(ED)、电去离子技术(EDI)和气体分离(Gs)等过程。 膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法，在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术，其中在食品、药学工业中常用的有微滤、超滤和反渗透3种。膜分离技术以其节能效果显著、设备简单、操作方便、容易控制而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、静电除尘、袋式过滤、吸附/再生、絮凝/共聚、倾析/沉淀、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。 2 国外分离技术的发展及研究进展[4］ 早在上世纪 30 年代，硝酸纤维素微滤膜已商品化，近年来开发出聚四氟乙烯为材料的微滤膜新品种，它使用范围非常广，销售额居于各类膜的首位. 从上世纪 70 年代，超滤应用于工业领域，现在应用领域非常广泛.上世纪 80 年代，新型含氟离子膜在氯碱工业应用成功.第三代低压反渗透复合膜，性能大幅提高，已在药液浓缩、化工废液、超纯水制造等领域得到广泛应用.1979 年 Monsanto 公司成功研制出
1、什么是膜分离？膜材料为什么会有选择透过性？ 答：膜分离（Membrane Separation ）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。 2、膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点？ 答：①管式：管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。内压式：膜涂在管内，料液由管内走；外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。 优点：结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。 缺点: 管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为33～330 ，保留体积大，压力降大，除特殊场合外，一般不被使用。 ②中空纤维式：有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，内径为40-80um 膜称中空纤维膜，0.25-2.5mm 膜称毛细管膜。前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤。料液流向：采用内压式时为防止堵塞，需对料液预处理去固形微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。 多通道组件 垫圈 内压管式： 料液外压管式： 料液
优点:设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达16000～30000 ) 缺点:中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。 ③平板式：这类膜器件的结构与常用的板框压滤机类似，由膜、支承板、隔板交替重叠组成。滤膜复合在刚性多孔支撑板上，料液从膜面流过时，透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。为减小浓差极化，滤板的表面为凸凹形，以形成湍动。浓缩液从另一孔道流出收集。 优点:组装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。 缺点:需密封的边界线长 ④卷式（螺旋式）：将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。 优点:目前卷式膜组件应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，湍流状况好，适用于反渗透； 缺点:清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其发展。
膜分离技术应用综述 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
《食品科学概论》课程论文 论文题目：膜分离技术应用综述 学 院 ：生物工程学院 专 业 ：食品科学与工程 年级班别 ：09级一班 学 号 ：10122 学生姓名 ：齐莹 学生 指导教师 ：陈清禅 2011年 5 月 24 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
膜分离技术应用综述 齐莹 10122 摘要综述膜分离技术的特点、种类及分离机理，介绍国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状，同时指出该技术存在的问题，提出选用更佳的膜材料以及多种膜分离技术联用是其今后的发展方向。 关键词膜分离技术微滤超滤食品工业 膜分离是在20世纪初出现，上世纪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。据统计，膜销售每年以14%~30%的速度增长，而最大的市场为生物医药市场[1] 。 1膜分离的简介 1. 1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1. 2 膜的种类 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001～0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ～0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ～0. 1μm) 微滤膜(0. 1～1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、