膜分离原理技术与设备

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1、第9章膜分离设备第1节膜分离概述一、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。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。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

2、，其截留程度取决于膜结构。——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。（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

3、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。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

4、膜分离法的原理和应用范围二、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。——传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以提高透过速率。（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。——分离效能主要或完全由很薄的皮层决定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高得多。醋酸纤维素

5、膜的结构示意图三、膜分离的特点（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度的分离；（2）大多数膜分离过程不发生相变化，因此能耗较低；（3）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏性物料；（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作、维护都十分方便；（5）处理能力和规模选择性强；（6）体积小，占地少。第2节膜分离装置一、膜分离系统组成1、膜分离系统的构成膜器件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等2、常用膜器件的类型板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式二、常用的膜器件（一）板框式膜器件1、基本部件平板膜

6、、支撑盘、间隔盘。三种部件相互交替、重叠、压紧。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）4、板框式反渗透膜组件季紧螺栓型-装配图（1）结构单元承压板、多孔支撑板、滤膜组成滤板（2）结构形式多层滤板堆叠，经密封后，由季紧螺栓固定。进水透过水浓缩水耐压容器透水板半透膜（3）工作过程板式超滤膜装置（二）圆管式膜器件1、基本部件管状膜、圆筒形支撑体、管束板、

7、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。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。（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。密封密封密封螺旋卷式膜

8、组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料膜，上下两层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。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