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第四章新型节能设备方法l热管换热器l热泵l膜分离l蓄热器l变压吸附

4.3膜分离

4.3.1膜分离概念膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离目的的技术总称。压力

概述膜分离过程(1)膜分离技术发展的历史膜分离技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途、甚至会导致一次工业革命的重大生产技术，所以可称为前沿技术，是世界各国研究的热点。如果将20世纪50年代初视为现代高分子膜分离技术研究的起点，截止现在，其发展致可分为三个阶段：①50年代为奠定基础阶段；②60年代和70年代为发展阶段，③80年代至今为发展深化阶段。目前，研制和开发出的分离膜及应用技术有很多种，如微虑、超虑、反渗透、渗透蒸发等

(2)膜分离技术在分离工程中的重要作用膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求低，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的合适方式。此外它操作方便、结构紧凑、维修费用低、易于自动化，因而是现代分离技术中一种效率较高的分离手段，在生化分离工程中具有重要作用。

（3）膜在分离过程中具有如下功能①物质的识别与透过；②界面；③反应场。?物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；?作为界面，膜将透过液和保留液(料液)分为互不混合的两相；?作为反应场，膜表面从孔内表面含有与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。?生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多，代表了膜分离技术的发展方向。

4.3.2膜的定义和分类1、膜（分离膜）的定义分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。2、膜的分类?按膜结构分：有对称膜和不对称膜?按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜等?无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等?按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜?按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜

膜结构1.孔道结构2.膜的孔道特性3.水通量

膜结构1.孔道结构膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。膜的孔道结构对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。早期的膜多为对称膜(symmetricmembrane)，即膜截面的膜厚方向上孔道结构均匀。对称膜的传质阻力大，透过通量低，并且容易污染，清洗困难。60年代开发的不对称膜解决了上述对称膜的弊端，从而开创了膜分离技术发展的新篇章。不对称膜(asymmetricmembrane)主要由起膜分离作用的表面活性层(0.2～0.5）和起支撑强化作用的惰性层(50～100μm)构成。惰性层孔径很大，对透过流体无阻力，由于不对称膜起膜分离作用的表面活性层很薄，孔径微细，因此透过通量大、膜孔不易堵塞、容易清洗。日前的超滤和反渗透膜多为不对称膜。高分子微滤膜以对称膜为主。新型无机陶瓷微滤膜多为不对称膜。

膜结构

膜结构2.膜的孔道特性膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显微镜直接观察测定。Millipore公司PTGC超滤膜的孔径分布

膜结构3.水通量水通量是在一定的条件下(一般压力为0.1MPa，温度为20度)通过测量透过一定量纯水所需的时间来测定。

4.3.3膜分离技术优点★处理效率高，设备易于放大；★可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离浓缩；★化学与机械强度最小，减少失活；★无相转变，省能；★有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；★选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率；★系统可密闭循环，防止外来污染；★不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。

存在的问题l在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要采用与工艺相适应的膜面清洗方法;l从目前获得的膜性能来看，其耐药性、耐热性、耐溶剂能力都是有限的，故使用范围受限;l单独采用膜分离技术效果有限，因此往往都将膜分离工艺与其他分离工艺组合起来使用。

4.3.4各种膜分离技术分离范围膜过程粒子过滤分离机理体积大小体积大小体积大小分离对象孔径（nm）1000050~100002~50固体粒子微超滤滤0.05~10μm的固体粒子1000~1000000道尔顿的大