膜分离原理技术与设备.ppt

膜分离设备 主讲人：李菲菲 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，其截留程度取决于膜结构。 （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。 ——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。 4、常见膜的区别 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 各种膜分离法的原理和应用范围 5、常见膜的工作原理 电渗析器工作原理 阴极 阳极 失电子 得电子 反渗透工作原理 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。 （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。 非对称膜的结构示意图 对称膜的结构示意图 三、常用的膜器件 （一）板框式膜器件 1、基本部件 平板膜、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 进水 透过水 浓缩水 耐压容器 透水板 半透膜 5、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、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