膜分离工程膜分离中和传递过程61页PPT

平均扩散距离：
leff＝l0＋（1- ）（lA＋l0）/2 这意味着有效厚度比实际皮
层厚度大得多。
Knudsen与粘性流的区 分主要取决于孔的大小。
对于大孔（r>10m）发 生粘性流，气体分子仅仅 是彼此互相碰撞，不同气 体组分间不能实现分离。 气体通量正比于r2。适用 Hagen-Poiseuille方程。
Ji=Pi/l(ci,1s-ici,2sexp(-Vi (p1p2)/R/T))
对反渗透而言：
J=Jw+Js 可得： Jw = Aw(p-)
Js=Ps c/l 渗析：
i＝1， (p1-p2)＝0 Ji=Pic/l 气体渗透
混合气体通过膜是彼此间基本独 立，液体混合物则受流动耦合及 热力学相互作用的影响，这种协 调效应会对最终分离产生很大影 响。
气体、液体、蒸汽等通 过无孔膜的传递基本上 均采用溶解－扩散机理 描述。即：
渗透系数P＝溶解度S×扩 散系数D
溶解度为热力学参数， 表示平衡条件下渗透物 被膜吸收的量；
.
通量为常数，通量（J）与
2、相互作用体系
推动力（X）之间的关系为
3、结晶度的影响 第四节、膜的传递统一化方法
线性，对单组分而言，符合 Fick维象定律，将质量通量 与浓度差关联。
.
1
§3.1、基本传质形式
组分从高化学位向低化学位的被动传递
.
2
§3.1、基本传质形式
在多组分体系中由于推动力和通量之间是互相耦合 的，不能用简单的唯象方程表示。各组分间渗透不 是互相独立的。
.
10
§3.2、多孔膜的传递
对努森流也可以用微孔 扩散模型加以描述：
Ji=(P1y1i-P2y2i)/(MiT)1/2 P1 、P2为膜两侧压力， y1i、y2i 为膜两侧组分的 分率，Mi 为 i组分的分 子量

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第三节 膜的应用
微孔过滤的应用 在实验室中，微孔滤膜是检验有形微细杂
质的重要工具，主要用于微生物检测、微粒子 检测。在工业上主要用于灭菌液体的生产，反 渗透和超滤的我＝前处理，电子工业中超纯水 制造和空气过滤。例如采用聚碳酸酯核孔滤膜 来过滤除去啤酒中的酵母核细菌，使处理后的 啤酒不需加热就可以在室温下长期保存。
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4
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
3 复合膜 选择性膜层沉积于具有微孔的支撑 层上。只是两层材料不同，而非对称膜则是 同一材料。其性能不仅取决于有选择性的表 面薄层，而且受微孔支撑结构、孔径、孔分 布和多孔率的影响。
4 荷电膜 即离子交换膜，是一种对称膜，含 有高浓度的溶胀胶载着固定的正电荷或负电 荷，带有正电荷的膜为阴离子交换膜，从周 围流体中吸引阴离子。带有负电荷的膜称为 阳离子交换膜。
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第三节 膜的应用
五 纳米过滤（NF）
3
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
一 膜的分类
根据各种物理结构和化学性质，可将膜分为 下列几种：
1 对称膜 结构与方向无关的膜，根据制造方法 不同，这些膜或者具有不规则的孔结构，或所 有的孔具有确定的直径。
2 非对称膜 非对称膜有一个很薄的，但比较致 密的分离层和多孔支撑层。分离层为活性膜， 孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，厚 度决定传递速度，该层必需朝向待浓缩的原溶 液。多孔支持层只起支撑作用。
然后将多层膜片浸泡在沉淀液（冰水）中，由于溶剂
和沉淀液发生交换而形成凝胶。凝胶形成后通常在热
水中退火，从而改善了分离能力，并且提高了机械强
度，但渗透能力却有所下降。

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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
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n
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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
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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。
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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

聚砜类
聚酰(亚)胺类 非纤维素酯 类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类 其他
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷 等
壳聚糖，聚电解质等
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功能膜的分类
2. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不 同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反 渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、 渗透蒸发膜等。 3. 按膜断面的物理形态分类 可将其分为对称膜，不对称膜、复合 膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。
_ n 2 2
H O H H O HH H O H O H
C H O H 2
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膜材料特征
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。
C6H7O2 + (CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O
膜材料特征
（2）主要的非纤维素酯类膜材料
（i）聚砜类 O S 聚砜结构中的特征基团为 O 为了引入亲 水基团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用 氯磺酸进行磺化。 聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰 胺、二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲 基亚砜等。
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膜材料特征
聚砜类树脂具有良好的化学、 热学和水解稳定性，强度也很高， pH值适应范围为1～13，最高使用 温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都 十分优良。 这类树脂中，目前的代表品种有：
1. 分离膜制备工艺类型 膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样 的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能 差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性 能分离膜的重要保证。 目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的 是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。

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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。

概述
★膜分离的特点 ①操作在常温下进行； ②是物理过程，不需加入化学试剂； ③不发生相变化（因而能耗较低）； ④在很多情况下选择性较高； ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
膜分离过程 (membrane separation)
透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不 适于大规模生物分离过程、但在实验室中应用较多。
膜分离过程 (membrane separation)
膜分离过程的类型
透析法的应用
膜分离过程 (membrane separation)
膜的制造
2.2 膜的制造

要求： （1）透过速度 （2）选择性 （3） 机械强度 （4） 稳定性
膜分离过程的类型
有关微米的一组数据
1μ m= 10-3mm

人发直径 70-80 μ m 裸眼可见最小颗粒40 μ m 金属颗粒 50 μ m 酵母菌 3μ m 假单胞菌 0.3μ m 小RNA 病毒 0.03 μ m
膜分离过程 (membrane separation)
－
－ －
盐水
+ + + + + + + + + + + + + + + +
+
阳极
纯蛋白质溶液
膜分离过程 (membrane separation)
膜分离过程的类型
电渗淅器是利用离子交换膜的选择透过性进行工作，电渗淅器主要组成部 分是离子交换膜。分为阳膜，阴膜。阳膜只充许阳离子通过而阴离子被阻 挡；阴膜只充许阴离子通过而阳离子被阻挡。

• 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 • 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清
与浓缩
• 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩 • 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
精选ppt
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✓ 制药/生物工程
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的 澄清除菌过滤
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白 剔除
精选ppt
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2. 微孔均质膜
• 拉伸法
在接近聚合物熔点温度下，挤压聚合物膜，并配 合以很快的拉出速度，在迅速冷却下制成高度定向 的结晶膜，冷却后对膜进行第二次拉伸，使膜的结 晶结构破坏，并产生裂缝状的孔隙。
• 烧结法
将粉状的聚合物加热，控制温度及压力，使粉粒 间存在一定空隙，只使粉粒的表面熔融但不全熔， 相互粘结形成多孔的薄层或块状物，再加工成滤膜。
膜在分离过程中具有如下功能物质的识别不透过使混合物中各组分乊间实现分离的内在因素界面膜将透过液和保留液料液分为互丌混合的两反应场膜从表面到孔内表面含有不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推动力膜过程压力差反渗透超滤微滤纳滤气体分离电位差电渗析膜电解浓度差透析膜传感器温度差膜蒸馏化学反应化学反应膜10五膜分离的应用领域化学染料工业脱氧氧化酯化皂化磺化硝化脱氢反应中液体的分离纯化甘油己内酰胺苯染料活性剂等有机化工原料的回收苹果梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果梨凤梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的脱水浓缩豆蛋白乳清蛋白白蛋白单糖多糖溶液的澄清不浓缩抗生素维生素有机酸氨基酸酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素维生素有机酸氨基酸等发酵液的蛋白剔除抗生素氨基酸维生素有机酸酶多糖蛋白质的纯化不浓缩粉碎过程中磷酸盐氧化镁二氧化钛碳粉水泥碳酸钙的回收干燥过程中pvc二氧化硅活性碳肥料等的回收水处理?饮用纯水的制备?医药工业中注射用水洗瓶水及其他无菌水的制备?电子工业中超纯水的制备?火力发电厂锅炉补给水的制备?饮料不化妆品工业中产品配方用水的制备?饮用水纯化苦碱水脱盐海水淡化?废水循环不再生利用零排放?染料颜料油漆含油废水的处理?纸浆不造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收?金属食品皮革农药和除草剂废水的处理?纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用15六国内膜分离技术主要应用?海水淡化?污水再生?净化水16第二节分离膜的种类一高分子膜高分子膜的性能不高分子材料的特性密切相关高分子的结构特征由以下因素决定?相对分子量