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第十章 膜分离 本章学习目的与要求 了解膜分离的基本原理、各种膜分离的机理和各种分离膜的构造与特性 了解膜组件的构成、膜分离装置及典型流程。 了解各种因素对膜分离的影响。 掌握膜分离过程中浓差极化与膜污染的产生原因与消除方法。 重点掌握膜分离装置的选用。 10-1 概述 按膜的孔径、传质动力和传递机理 按动力本质分 膜的分类 常见膜 常见膜 膜性能 10-2 反渗透 反渗透的基本原理 反渗透的传质机理 10-2 反渗透 反渗透的浓差极化现象 反渗透的渗透通量 反渗透的流程和装置 一级一段循环式 一级多段连续式 一级多段循环式 多级多段配置 10-3 超滤 超滤原理 超滤过程的传质模型 超滤的浓差极化现象 减轻差极化的方法 超滤的浓差极化现象 回收率的控制 （单个组件15%,整机50％） 流动型态和流程的控制 （压降控制在3.92－4.9MPa） 填料法 搅拌法 扩大扩散系数法 设置湍流促进器 脉冲法 影响超滤渗透通量的因素及控制方法 影响因素： 操作压差 料液浓度 料液流速 温度 截留液浓度 操作时间 控制方法 选择合适的膜材料 料液的预处理 膜的清洗 超滤的流程和装置 间歇错流 连续错流 超滤和反渗透的主要设备 平板式膜组件 管式膜组件 螺卷式膜组件 中空纤维膜组件 10-4 电渗析 基本原理 10-4 电渗析 电渗析中的传递过程与伴随过程 10-4 电渗析 离子交换膜的选择透过性 0-4 电渗析 电渗析中的电化学过程 10-4 电渗析 浓差极化 10-4 电渗析 电渗析装置 电渗析的主要部件 电渗析的操作流程 膜分离技术在食品工业中的应用 10-5 液膜分离技术析 液膜的分类与组成 液膜分离机理 液膜分离操作过程 请进入第十一章内容 本章总结 本章作业 空隙作用 磺酸型阳膜的空隙结构作用 静电作用和扩散作用 离子交换膜的选择透过性 电渗析的推动力－电位差 电极反应 膜电位 电阻 电流 阳极 阴极 浓差极化和极限电流密度 防治极化的方法 极限电流密度的计算 极化时的浓度分布和离子迁移 电流极限密度： Z 和DA分别是阳离子A的价数和扩散系，F法拉第常数 基本结构 膜堆 极区 其他部件 浓、淡水隔板 （a）有回路 （b）无回路 1，6—料液流道；2，5—进水孔；3，8—出水孔；4，7—隔网 多级连续电渗析操作 间歇电渗析操作 单级连续电渗析操作 乳状液膜 支撑液膜 乳状液膜示意图 支撑液膜示意图 液膜的组成 包括膜溶剂、表面活性剂和活性载体等。 * * 膜分离过程 过程 孔径 推动力 传递机制 微滤 0.02~10μm 压力差约为105Pa 筛分 超滤 0.001~0.02μm 相对分子质量103~106 压力差105~106Pa 筛分 纳滤 1nm 相对分子量200~1000 压力差5×105~1.5×106Pa 溶解扩散 Donnan效应 反渗透 0.1~1nm 压力差106~107Pa 优先吸附、毛细管流动、溶解-扩散 气体分离 无孔 压力差106~107Pa 溶解-扩散 渗析 1~3nm 浓度差 筛分加上扩散度差 电渗析 相对分子质量200 电位差 反离子迁移 渗透蒸发 无孔 分压差、浓度差 溶解-扩散 以静压力差为推动力的过程 微滤（microfiltration, MF) 超滤（ultrafiltration, UF） 反渗透（reverse osmosis, RO) 纳滤（nanofiltration, NF) 以蒸汽分压为推动力的过程 膜蒸馏（membrane distillation, MD) 渗透蒸发（pervaporation, PV） 以浓度差为推动力的过程 渗析（dialysis, D) 以电位差为推动力的过程 电渗析（electrodialysis, ED) 均质膜 非对称性膜 微孔对称性膜 铝膜 纳米管膜 聚酰胺转相膜 分离透过性 分离效率 渗透通量 通量衰减系数 物化稳定性 膜强度 压力 温度 pH 耐受性 渗透与反渗透 轻键模型 水分子逐渐从膜面进入膜内，最后透过膜；溶 质通过高分子链间空穴，以空穴型扩散透过膜。 优先吸附－毛细孔流动模型 溶解扩散模型 溶质先溶解（或吸附）在原料一侧膜表面，然后以扩散的方式通过膜，在膜另一侧表面解吸。可用于通过致密均质膜的传质过程，不要求致密是有孔的。 浓差极化现象 浓差极化对反渗透的影响 因素渗透通量的因素： 操作压差 操作温度 料液速度 料液的浓缩程度 膜材料与结构 反渗透的工艺流程 透过液的回收率不高，在工业中很少采用