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膜分离工程 第十二章 膜器和膜过程设计PPT课件

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膜分离工程膜分离中和传递过程61页PPT

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膜分离工程膜分离中和传递 过程
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！Βιβλιοθήκη 21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚

十二膜分离PPT课件

十二膜分离PPT课件

12.4A 浓度极化及其消除
表面附近溶液浓度高于浓缩液主体的浓度，这种
现象称为浓度极化（concentration polarization）。浓
度极化因数M： M c1i c1
>1
浓度极化对反渗透操作会产生三种不利作用。 （1）使反向推动力增大，降低透水速率。
1i c1i M 1 c1 1i M1
12.5B 微孔过滤(Microfiltration,MF)
微孔过滤（MF）是介于普通过滤和超滤之间的一种 操作，一般认为MF的有效分离范围为直径0.1~10 μ m的 粒子，操作静压差为 10~200kPa
1．微孔滤膜及组件 2．微孔过滤的应用
12-6 超滤和反渗透在食品工业中的应用
1．蛋白质的分离 2．食品料液的净化
第二节 反渗透和超滤
12-3 反渗透的基本原理
12.3A 渗透和反渗透
w
w
RT
ln aw
因
w w ，发生渗透 。
(pw)T
Vm 0 dp
Vm
w
w
d
w
w
w
Vm RT ln aw
如果是稀溶液，渗透压（osmotic pressure）:
cRT
c—溶液浓度，mol/m3。
1i 2 M1 2
反渗透推动力的合力p p (M1 2 )
较非极化时下降。 （2）使有效膜面积减少，亦使透水率下降 （3）使溶质的渗漏增大。
浓度极化作用的主要影响因素：
（1）透水率 （2）溶液黏度 （3）溶质在溶液中的扩散系数 （4）膜表面上溶液的流动条件
12.4B 反渗透工艺
膜分离器是膜分离装置系统中最核心部分
，又称膜组件。将膜以某种形式组装在一个基本 单元设备内，这个基本单元设备就称为膜分离器 。

《膜分离技术》PPT课件

《膜分离技术》PPT课件

27
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
2021/6/10
n
28
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
2021/6/10
22
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。
2021/6/10
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

膜分离技术PPT

膜分离技术PPT
优化膜结构
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。

膜分离技术PPt

膜分离技术PPt

醋酸纤维素膜
醋酸纤维素膜的结构示意图
1% 表皮层 孔径 0.0008~0.001m
过渡层 孔径 0.02 m
99％
多孔层 孔径 0.1～0.4 m
显 微 镜 下 膜 的 照 片
2. 非纤维素酯类膜材料
常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚
砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合
物等。
聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定性，
原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料
均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化
膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要
求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜
的制备技术。
3
目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯
类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，
已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已
H O H H OH H
CH2OH
H OH OH H
O H
OH H O H O
H
CH2OH
H OH H
O H H
H O H
n_ 2 2
OH H H
OH H
CH2OH
OH
OH
O OH
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。
膜分离技术
内容
膜技术概述 膜分离装置
极化、污染现象和控制
典型的膜分离技术及应用领域
1.膜技术概述
1.1 基本概念
膜(Membrane)是什么？有何特性？
膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间

膜分离工程第十二章膜器和膜过程设计.pptx

膜分离工程第十二章膜器和膜过程设计.pptx

工程师需要知道的若干知识
•膜器(分离单元)------装置的核心部件 •一系列膜器以串联或并联方式连在一起构成级; •过程设计的任务-----将膜器适当组合，以最低制作成本体现 一种最优设计;
工程师需要知道的若干知识
•所有膜过程工艺的核心是膜本身、以及在膜上和膜中发生的 局部传递过程。
•对于膜组件来说，还必须考虑场量(例如浓度等参数)沿工艺 流程段的变化情 况，在膜装置中要对膜组件进行组合连接。
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
作业（平时成绩）： 归纳总结列出物料恒算、热量恒算基本 方程，基本知识要点
以精馏为例
• 设计任务
产量，进料液组成，馏出液 组成
• 设计内容
塔设备尺寸，塔板数，板间 距，管路，泵，冷凝器，再 沸器。。。。。。
• 有关计算
物料衡算，热量衡算，传质 方程。。。。。。
膜上的传递阻力
哪些传递阻力起主导作用，取决 于推动力是如何产生的：物态和 压力等级起着决定性作用。
为此，用针对推动力导出的关 系式来进行讨论是很适合的，这 些关系式指出了在具体的膜过程 中哪些传递阻力起着主导作用。 可以看出，体系的压力损失会明 显导致推动力降低，特别是在以 部分真空形式实现推动力的膜过 程中，即使是很小的压力损失也 会因其推动力的大幅度下降。
膜过程流程图
膜过程设计内容
整个流程-工艺设计 非工艺设计
膜组件-设备设计
• 膜过程设计相当于工艺流程的设计 • 膜器设计相当于化工设备设计 • 非工艺设计
膜过程设计层次
通常将膜过程开发分为四个层次： 膜单元 膜器（膜组件） 膜器组合 总的工艺过程
设计内容
• 设计任务
原料液的处理量、截留率等

膜分离原理技术与设备PPT课件

膜分离原理技术与设备PPT课件

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。
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。
中④空制纤作维工组艺件复必杂须，在膜湿清态洗下困使难用与保存。
4、板 中框空式纤反维渗膜透设膜备组操件作
④ 制作工艺复杂，膜清洗困难 构（成2）：借两助层本膜身三的边化封学口位，差构，成物信质封发状生膜由袋高，位膜到袋低内位填的充流多动孔。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
集盐管、中 氨再基排酸出、，糖浓的液浓则缩从、组淡件水另制一造端排出。
无管机状分 膜离、膜圆：筒陶形瓷支膜撑、体玻、璃管膜束、板金、属不膜锈和钢分外子壳筛、炭端膜部等密封
管将状大膜 量、的圆中筒空形纤支维撑一体端、封管死束，板另、一不端锈用钢环外氧壳树、脂端浇部注密成封管板，装在圆筒形压力容器中，就构成了中空纤维膜组件。
4、膜组件的结构与组装
端 盖
密 膜连 封 组接
浓缩 液
圈 件器
进
耐压容器
水
口
透过 液
（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。
——纳滤膜孔径为2～5nm，能截留部分离子及有机
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MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
作业（平时成绩）：
归纳总结列出物料恒算、热量恒算基本
方程，基本知识要点
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以精馏为例
• 设计任务
产量，进料液组成，馏出液 组成
• 设计内容
塔设备尺寸，塔板数，板间距， 管路，泵，冷凝器，再沸 器。。。。。。
• 有关计算
物料衡算，热量衡算，传质方 程。。。。。。
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膜过程流程图
7
膜过程设计内容
整个流程-工艺设计
非工艺设计 膜组件-设备设计
• 膜过程设计相当于工艺流程的设计
• 膜器设计相当于化工设备设计
• 非工艺设计
8
膜过程设计层次
通常将膜过程开发分为四个层次： 膜单元 膜器（膜组件） 膜器组合 总的工艺过程
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设计内容
• 设计任务
原料液的处理量、截留率等
内，低的效率可以通过加大膜面积来平衡；但如果选择性较低的话，则会 导致需要多级的过程。—般情况下，这样处理与大多数现行的其他分离工 艺相比较是没有竞争能力的。
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工程师需要知道的若干知识
利用膜的选择性和分离任务的不同，希望得到的产 物既可以是滞留物的形式、也可以是渗透物的形式。 O2/N2
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工程师需要知道的若干知识
• 设计内容
1.膜种类 2.选择合适的膜器，膜器面积、类型，膜器排列方式，所需膜器 数，膜器排列，流体走向，膜器材质，管路，泵功率，工艺参 数，膜的清洗，以及成本核算等 。 3.前处理工艺，后处理过程的设计，要考虑 （1）通过膜的传递性质，而且要考虑浓差极化和压力损 失对组件操作的影响； （2）要考虑过程中温降（比如气体分离J-T[焦耳-汤姆逊] 效应过程） （3）膜组件的形式、排列、流体流向以及每种膜分离过 程所具有的特征
第三步：设备设计及选型
外 循 环 优 化
内 循 环 优 化
第四步：PFD图及PID图的设计与绘制 第五步：车间流程的平立面布置设计
第六步：主要材料表及概（预）算（工艺部分）
第七步：对流程的技术经济分析
第八步：编写工艺设计说明书
工艺设计不是一蹴而就的，要做许多回合的优化调整。
4
物料衡算与热量衡算
物料衡算（Material Balance），简称“MB” 热量衡算（Heat Balance），简称“HB” 能量衡算（Energy Balance），简称“EB” 物料衡算与能量衡算的联立计算（Combined Balance）， 简称“CB”
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膜上的传递阻力
如果只考虑膜本身的质量传递，在溶解-扩散-膜的情况下，就是只考虑活性层 中的质量传递，则膜过程的效率往往会被过高估计。 除了膜本身的传递阻力之外，还有下列因素在膜过程设计中具有重要意义： ① 进料边和渗透边的压力损失（推动力损失）； ② 浓差极化； ③ 多孔支撑层的传递阻力； ④ 对于渗透汽化过程还要考虑传热过程。
量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环 保(S.H.E)的因素，确定出一个综合的设计方案。
化工过程设计的内容：
其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工
艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深
入设计和完善。
3
化工工艺设计的内容与步骤 第一步：流程组织（过程合成）
第二步：物料衡算及热量衡算
膜的通量和选择性都是局部参数。一般情况下，这此参数在工程化装置(膜 组件)中沿膜会有明显的变化。例如：三端头组件的分离原理。
在这里，进料流体被分离成两股不同组成的物料：一股为滞留物，另一股为渗透物。 从图可以清楚地看出，进料中难渗透(被截留)组分的浓度沿组件随膜面积的增大而增大。 因此．就会引起这样的结果；即使膜的局部选择性是恒定的，难渗透组分在渗透边产 生的局部浓度也会有相应的上升，而在渗透口出处，渗透物的浓度为平均浓度。
•最后，在总工艺过程的情况下，就必须考虑膜装置与其它配 套分离设施之间的最佳耦合浓度(前处理后处理工艺) 。
14
工程师需要知道的若干知识
从经济的观点来看，以下两个特征对于所有的膜过程都是至关重要的： ① 膜的选择性，即将混合物中的组分分离开来的能力，例如，将醇和水
分离开来，或将盐离子和水分离开来； ② 膜的效率(生产能力)，即在一定的操作条件下可达到的渗透物通量。 上述两个特征参数中．相对而言，效率是第二位的。因为在一定的范围
11
设计基础是什么？
•通常根据膜过程和分离体系的特性选择合适形式的 膜组件； •然后根据膜内、膜表面的传质方程及浓度、流速、 压力、温度沿膜面分布的微分方程组求解膜分离性能 (如分离因子、渗透流率、回收率等)与膜组件几何尺 寸的关系，以对组件的几何结构进行优化； •膜同内时传求质得方完程成和一膜定表分面离传质任方务程所是需膜膜分面离积过和程级的联设计数基础!!
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工程师需要知道的若干知识
•膜器(分离单元)------装置的核心部件 •一系列膜器以串联或并联方式连在一起构成级; •过程设计的任务-----将膜器适当组合，以最低制作成本体现 一种最优设计;
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工程师需要知道的若干知识
•所有膜过程工艺的核心是膜本身、以及在膜上和膜中发生的 局部传递过程。
•对于膜组件来说，还必须考虑场量(例如浓度等参数)沿工艺 流程段的变化情 况，在膜装置中要对膜组件进行组合连接。
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膜上的传递阻力
哪些传递阻力起主导作用，取决
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工程师需要知道的若干知识
通量和选择性又是由膜中的质量传递过程决定的。 目前普遍认为，主要有两种不同的机理支配着膜中的质量传递和渗透过 程： ① 通过微孔的传递—在最简单的情况下是单纯的对流传递： ② 基于扩散的传递—要传递的组分首先必须被溶解在膜相中。 因此，理想化的处理，可以把膜看作为单纯的多孔膜或单纯的溶解—扩 散膜(致密膜)。 但是，这里必须强调指出，在实际的膜过程中，这两种基 本的传递机理完全可以同时出现。
膜过程设计
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
回顾
化工设计
• 化工过程设计的目标及内容 美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐
述了化工过程设计的主要目标： 确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定