第七章其它分別技術簡介教師：馬杰第七章其它分別技術簡介第一節(jié)膜分別技術第二節(jié)吸附分別第三節(jié)反響精餾

膜的作用：選擇浸透適用：1.熱敏性物質——可常溫操作2.特殊溶液——可用于大分子、無機鹽、蛋白質溶液等第一節(jié)膜分別技術第一節(jié)膜分別技術7.1.1分別用膜和膜分別設備7.1.2反浸透7.1.3超濾與微濾7.1.4電滲析7.1.5其它膜分別前往一、膜種類天然膜生物膜天然物質改性膜人工膜無機膜金屬膜非金屬膜有機膜均質膜微孔膜非對稱性膜復合膜離子交換膜二、設備：板框式卷式管式7.1.1分別用膜和膜分別設備膜性能：1.分別透過性a.透過通量單位時間經過單位膜面積的物理量。b.分別效率用截留率表示：〔R〕截留率；表示膜對溶質的截留才干，可用小數(shù)或百分數(shù)表示。

c.分別系數(shù)：〔〕ad.通量率減系數(shù)膜浸透通量隨時間減少2.物化穩(wěn)定性強度、耐溫、耐壓性等二、分別設備〔1〕板框式膜具↑↑〔2〕卷式膜具由四層組成膜鹽水中心管多孔支撐資料進料液隔網淡化水流〔3〕管式膜具纖維束管中心分布管透過液濃縮液料液前往7.1.2反浸透透過：溶劑截留：水中無機離子、膠體物質、大分子溶液運用：海水、苦咸水淡化；廢水處置；鍋爐用水軟化；乳品、果汁濃縮；消費產品、生物制劑的分別、濃縮。P1P2C.P2﹣P1>∏P1P2P1<P2且：P2﹣P1=∏一、根本原理鹽水溶液：膜純水P1溶液P2a.P1=P2討論：鹽水溶液為水的浸透壓。〕。；水到達動態(tài)平衡〔圖時開場升高，假設由于水的浸透，〔〔pmmpbPPPPTPT0),),12212.2==-溶液中水反浸透，使溶液增濃。對于實踐反浸透過程：溶劑浸透時，少量溶質也浸透，兩邊都有溶質，溶質與水之間各有浸透壓，對于正常操作：二、過程機理與傳質方程1.過程機理〔不成熟〕1〕能否篩分機理反浸透采用膜孔徑：2nm不經過離子：無機離子直徑：0.1—0.3nm水合離子直徑：0.3—0.6nm小于孔徑所以：不存在篩分機理ⅰ〕水優(yōu)先吸附膜外表，構成純水層厚度t=1nmⅱ〕無機離子受排斥，不能進入純水層，價數(shù)越高，斥力越強。?！钞斈た讖健?t時，透過的是純水，孔徑增大，溶質開場透過，越大，透過溶質越多?！嗫讖綖?t時稱臨界孔徑。2〕選擇吸附——毛細孔流動模型多孔膜多孔膜界面上的脫鹽水2.傳質方程經過膜的水浸透通量：這種景象為濃差極化xA1XMAiXAiXMA2XA2溶質在膜外表附近積累傳質方向濃差極化對過程的不利影響：1〕使2〕使截留率下降3〕XAi高于溶解度時，會出現(xiàn)沉淀，使膜阻力添加。減輕濃差極化的有效途徑：提高傳質系數(shù)方法：添加料液流速；添加湍流速度；提高溫度；清洗膜面。反浸透過程通量與以下因數(shù)有關：〔1〕操作壓差：△P△P↑,使JW=A〔△P—△)↑但有能耗大?！噙x擇適當?shù)摹鱌(2)操作溫度:TT↑,使純水的透過系數(shù)A↑,J↑但受膜耐溫所限。(3)料液流速流速大,傳質系數(shù)大。但溶質的浸透通量JA大。p〔4〕料液的濃縮程度濃縮程度高，水回收率高。但：①有效壓差??；②污染膜?！?〕膜資料與構造〔主要研討方向〕四、反浸透過程工藝流程與計算1.一級一段延續(xù)式產水原水膜組件儲槽2閉路循環(huán)產水原水膜組件儲槽料液不前往到原料槽，而是前往到膜組件特點：目的產物濃度的添加比開路循環(huán)快，透過通量小于開路循環(huán)。五、運用舉例1.反浸透〔RO〕技術在果蔬汁濃縮中運用超濾反浸透2.反浸透法濃縮茶液2.反浸透法濃縮茶液前往7.1.3超濾與微濾一、過程原理： 1.超濾過程膜:非對稱性膜,外表活性層孔徑10-200?微孔,能截留分子量500以上大分子或膠體微粒.壓差:0.1-0.5MPa原理:原料液在壓差作用下,小分子物質與小分子量物質透過膜上微孔,流到低壓側.機理:篩分機理.超濾：進料溶劑、水膠體大分子運用：1.純水制造電子工業(yè)：超純水；醫(yī)藥工業(yè)：注射劑、眼藥水。2.廢水處置回收有用的物質3.產品加工各種大分子物質分別，濃縮。2.微濾過程(微孔過濾)膜:微孔,均質的多孔膜,孔徑0.02-10μ微孔,能截留直徑為0.05-10μ的微?；蚍肿恿看笥诘母叻肿訅翰?0.01-0.2MPa原理:原料液在壓差作用下,小分子物質與小分子量物質透過膜上微孔,流到低壓側.機理:篩分機理.610二、過程與操作1.透過通量溶劑:溶質:2.影響因數(shù)(1)操作壓差(推進力)壓差大,通量大,能耗大;普通取一較好值(接近于凝界浸透通量時壓差)(2)料液流速采用錯流安裝,使料液與膜面平行流動.流速高,傳質系數(shù)大,有利于提高浸透通量;但:膜面壓降大,能耗大.因此:可采用湍流促進器,脈沖流動等提高流速.(3)溫度溫度高,料液粘度小,分散系數(shù)大,有利于提高浸透通量.(4)截留液濃度濃度添加,濃度邊境層增厚,易構成凝膠層,使浸透通量減小.三、工藝流程和運用1.超、微濾流程透過液原料膜組件儲槽2.超濾運用(1)食品、飲料工業(yè)超濾反浸透(2)失?！?〕配制葡萄酒中酒的廓清〔4〕在藥物制劑中的運用另外：a.對生物活性物質：酶、病毒、核酸、特殊蛋白等的分別提純；b.從植物或動物中提取藥物：如生物堿、荷爾蒙等；c.血液過濾除去有害成分或進展血清分別?！?〕工業(yè)廢水處置造紙工業(yè)廢水：回收有用成分、水重新運用；食品工業(yè)廢水：回收有用的高分子物質；紡織工業(yè)廢水：含聚乙烯醇水處置、回收。3.微濾運用同于超濾，例：。前往電滲析：在直流電場的作用下，利用離子交換膜的選擇浸透性，產生陰陽離子的定向遷移。7.1.4電滲析一、電滲析的根本原理1.采用的膜由高分子資料制成，具有粒子交換基團的薄膜。分：陽離子交換膜——陽膜陰離子交換膜——陰膜陽膜：例：磺酸型，R-SO3H——-SO3H為活性基因在水中離解，產生，進入水溶液。陰膜：例：季胺型，為活性基團，在水中離解，產生，進入水中。操作中：陽膜中帶負電荷的基團“〞吸引溶液中帶正電荷的離子，排斥帶負電荷的離子；陰膜中帶正電荷的基因“〞吸引帶負電荷的離子，排斥帶正電荷的離子這種景象稱：反粒子遷移即：與膜所帶電荷相反的離子穿過膜的景象稱反粒子遷移。2.電滲析過程陽膜陰膜陰膜陽膜+++++++++++----------陽級陰級+—12345濃縮室濃縮室淡化室N+aN+aN+aN+a-Cl-Cl-Cl-Cl-ClN+aN+a-Cl過程：1.兩電極間交替放置陰陽離子膜；2.在二膜構成的隔室中充入含離子水溶液；3.接上電源后，溶液中帶正點荷離子在電場作用下，向陰極方向運動，易穿過陽膜，被陰膜擋住，帶負電荷離子反之。4.結果2、4隔室中離子濃度添加，3室離子濃度下降。電滲析的條件：1.直流電場使溶液中的陽、陰離子作定向運動2.離子交換膜的選擇透過使溶液中離子作反離子遷移二、電滲析中傳送過程〔1〕反粒子遷移；〔2〕同名離子遷移；〔3〕電解質離子遷移；〔4〕水的浸透；〔5〕滲漏；〔6〕水的電滲析。三、電極反響和電極電位濃、淡隔室及膜中導電：離子型電極上導電：電子型例：食鹽水溶液四種離子：電極反響：在陽極：〔氧化反響〕特點：腐蝕設備。；另外，產生減少，極水呈酸性；HClClOOH22.2.1-在陰極：〔復原反響〕普通操作中；要按一定時間互換電極；并排除或參與水。四、離子交換膜的選擇透過適用膜應具備：1.選擇透過性良好；2.膜阻??；3.較好的化學穩(wěn)定性；4.較高的化學強度，良好的尺寸穩(wěn)定性，較低的分散性能；5.廉價。評價膜好壞的方法：1.反粒子遷移數(shù)；2.膜的經過性。五、工藝流程1.循環(huán)操作流程原水儲槽DD間歇式+-ACAC濃鹽水A：陰膜C：陽膜2.三級延續(xù)操作DDDCCDDDCCDDDCC脫鹽水原水六、運用1.水的純化海水、苦咸水、普通自然水純化消費：飲用水，初級水〔鍋爐或醫(yī)用〕或純水。方法特點：〔1〕與其他方法比較費用元/立方米電滲析多效蒸發(fā)反浸透料液濃度電滲析不適用于含鹽高的海水淡化；適用與含鹽低的苦咸水。優(yōu)點：操作方便，設備簡單。普通，海島、魚船上仍有適用價值。(2)當原水鹽濃度過低時，溶液電阻大，耗電大，不經濟。假設要制純水，可與離子交換法結合運用。原水機械過濾精細過濾電滲析陽離子交換拄陰離子交換拄紫外燈滅菌陰陽離子混合床微孔過濾器高純水2.海水、鹽泉鹵水濃縮制鹽傳統(tǒng)法：鹽田法電滲析：占地小，投資省，勞動力省，不受地理條件的限制。例：我國西南地域鹽鹵泉，冬濃、夏淡。采用電滲析制鹽，使鹽濃度提高到120g/l。2.醫(yī)藥、食品工業(yè)中運用幾種類型：〔1〕脫出有機物有機物：在電場中不為離子，不能經過膜。(2)有機物中酸的脫出和中和：在陰極生成H2排除；酸根：滲析出去后排除。例：除去果汁中過量的檸檬酸將原料通入兩側都為陰膜的脫酸室+H+H酸根-HO-++H4.廢水處置含有酸、堿、鹽廢水處置〔1〕從金屬酸洗液中回收酸與金屬；〔2〕電鍍廢水中回收銅、鎳、鉻等金屬；〔3〕從合成纖維廢水中回收ZnSO4，Na2SO4；〔4〕造紙廢水中回收堿等；〔5〕放射性廢水處置。5.離子膜電解電解食鹽制造NaOH6.A：陰膜C：陽膜AX+BYAY+BX前往7.1.5其它膜分別

1.氣膜分別利用氣體混合物中各組分在致密膜中浸透速率的不同使各組分分別的過程。根本原理：溶解——分散模型1.在膜高壓側，氣體混合物中的浸透組分溶解在膜的外表上；2.從膜的高壓側經過分子分散傳送到膜低壓側；3.在低壓側解吸到氣相。2.液膜分別將第三種液體展成膜狀分隔兩個液相，由三液相所構成的兩個相界面上的傳質分別過程。傳質機理：二步萃取過程：從原料液到膜液；再從膜液到接受液。前往一、問題的引出精餾過程為多次部分氣化、部分冷凝過程，塔頂有冷凝器，塔釜有再沸器，大量的能量損失于塔頂冷凝器中。如何尋覓節(jié)能方法？開發(fā)出：1.吸著分別過程〔吸附、離子交換、色譜分別〕；2.超臨界萃??；3.膜分別。第二節(jié)吸附分別二、吸附操作：利用某些固體能從流體中有選擇地凝聚一定組分在其外表上的才干，來實現(xiàn)流體混合物的分別。固體：吸附劑流體：被分別物，氣體或液體中的分子、原子或離子。解吸：吸附的逆過程第二節(jié)吸附分別7.2.1吸附原理和吸附劑7.2.2吸附平衡7.2.3吸附速率7.2.4吸附分別工藝引見前往7.2.1吸附原理和吸附劑一、吸附原理由吸附質單個原子、離子和分子與固體外表之間存在有相互作用力，氣體和液體有著吸著于固體的趨勢，通常構成單分子層，有時也構成多分子層?！骄跋筮x擇性吸附繼而再生是分別氣體或液體混合物的根底。大多數(shù)情況下，吸附劑對吸附質的親和力比原子之間的共價鍵要弱，所以吸附是可逆的。隨溫度的升高或被吸附質分壓的降低，吸附質被解吸。由吸附質與吸附劑分子間化學鍵的作用所引起的吸附稱化學吸附。吸附的鍵能吸附劑/吸附質之間的親和力可用于選擇性分別〔如右圖〕，吸附過程需求一個適宜的鍵能范圍。假設鍵強度太弱，那么幾乎沒有物質被吸附，假設鍵能太強，那么解吸困難。化學吸附：由吸附劑與吸附質分子間化學鍵的作用所引起的吸附稱為化學吸附，該過程的特點是吸附過程放出的熱量與化學反響熱相當；過程往往不可逆。化學吸附多涉及一些外表催化反響〔加氫催化劑中鎳催化劑對氫的吸附〕。二、吸附劑活性碳沸石分子篩吸附劑硅膠活性氧化鋁吸附劑的主要特征：1.多孔構造；2.較大的比外表積選擇性吸附是吸附劑的關鍵性質。根據(jù)吸附劑外表的選擇性，吸附劑又分為：1.疏水吸附劑；2.親水吸附劑影響吸附劑性能的主要要素：1.化學組成；2.制造方法1.硅膠－極性吸附劑硅膠的化學通式為：SiO2·nH2O。用硅酸鈉與無機酸反響生成硅酸，其聚合物在適宜的條件下聚合、縮合而成為硅氧四面體的多聚物，經聚集、洗鹽、脫水而成為硅膠。在制造過程中經過控制膠團的尺寸和堆積的配位數(shù)，可以控制硅膠的孔容、孔徑和比外表積。硅膠處于高親水和高疏水的中間形狀，常用于各種氣體脫水，也用于烴類分別。4.活性氧化鋁——極性吸附劑活性氧化率的化學通式為：Al2O3·nH2O用無機酸的鋁鹽與堿反響生成氫氧化鋁的溶膠，然后轉變?yōu)槟z，經過灼燒脫水而得?；钚匝趸X的外表活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強，對水具有很高的親和作用，廣泛用于脫除氣體中的水分。3.活性碳——非極性吸附劑活性碳是碳質吸附劑的總稱。各種含碳有機物均可以制造活性碳，活性碳的制造主要有兩步：1碳化；2活化?；钚蕴烤哂蟹菢O性外表。為疏水親有機物的吸附劑；它具有性能穩(wěn)定、抗腐蝕、吸附容量大、解吸容易及再生性能好的優(yōu)點。廣泛用于：脫除水中有機物；水溶液中的色素等。4.分子篩：分子篩有天然和合成分子篩。每一種沸石分子篩都具有特定的均一孔徑，它因原料的配比、組成和制造方法不同而不同，經過改動這些要素可以制造出各種孔徑和外形的沸石分子篩。不同吸附劑的脫水性能普通：脫氣體中微量水份——分子篩脫氣體中大量水份——硅膠、活性氧化鋁前往7.2.2吸附平衡吸附平衡：在一定條件下，當流體〔氣體或液體〕與固體吸附劑接觸時，流體中的吸附質將被吸附，經過足夠長的時間，吸附質在兩相中的濃度不再變化，到達吸附平衡。吸附平衡關系決議了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的根本根據(jù)。吸附平衡關系通常用等溫下吸附劑中吸附質的含量與流體相中吸附質的濃度或分壓間的關系表示〔等溫曲線〕。一、氣體吸附平衡一、單組分氣體吸附平衡吸附等溫線：吸附平衡時的吸附容量q：q=f〔T，P〕假設T不變，q=f〔P〕——吸附等溫線五類實驗吸附等溫線:相對壓力P/P0相對壓力P/P0相對壓力P/P0相對壓力P/P0相對壓力P/P0吸附量吸附量吸附量吸附量吸附量IⅡⅣⅢⅤ?類：簡單，順應單分子層吸附，常用于處于臨界溫度以上的氣體；Ⅱ類：復雜，與多分子層吸附有關，氣體溫度低于臨界溫度，壓力較低，但接近飽和蒸汽壓。第一吸附層的吸附熱大于后繼吸附層的吸附熱，后者等于冷凝?！@示出強吸附才干，是人們希望的。Ⅲ類：只需在高壓下才變的易吸附，相應于多層吸附，少見。Brunauer提出：微孔尺寸可限制吸附層數(shù)由于發(fā)生毛細管冷凝景象，在到達飽和蒸汽壓之前，顯示出很大吸附程度。ⅣⅤ類：是ⅡⅢ類因毛細管冷凝景象而演化。在多分子吸附區(qū)域出現(xiàn)滯后景象。ⅣⅤ類：滯后圈的上行吸附的分支表示多層吸附和毛細管冷凝同時發(fā)生，而在曲線的下行解析分支，那么僅有毛細管冷凝景象。不同類型的吸附等溫線反映了吸附劑吸附過程的不同機理，因此提出了多種吸附實際和表達吸附平衡關系的吸附等溫關系式。然而對于實踐固體吸附劑，由于復雜的外表和孔構造，很難符合實際的吸附平衡關系，因此提出了很多閱歷的、運用的吸附等溫關系式。二、液相吸附平衡液相吸附的機理比氣相復雜，除了溫度和溶質濃度外，吸附劑對溶劑和溶質的吸附、溶質的溶解度和離子化、各種溶質之間的相互作用以及共吸附景象都會對吸附產生不同程度的影響。前往7.2.3吸附速率當含有吸附質的流體與吸附劑接觸時，將進展吸附過程。吸附速率：單位時間內被吸附的吸附質的量.——是吸附過程設計和操作的重要參數(shù)。一、吸附機理吸附質在吸附劑的多孔外表上的吸附過程分四步：1.吸附質由流體主體經過分子分散與對流分散穿過薄膜或邊境層傳送到吸附劑外外表，稱為外分散過程。2.吸附質經過孔分散從吸附劑的外外表傳送到微孔構造的內外表，稱微內分散過程。3.吸附質沿孔外表的外表分散。4.吸附質被吸附在孔外表上。

對于化學吸附：吸附質與吸附劑之間有健的構成，第四步能夠較慢，甚至是控制步驟。對于物理吸附：由于吸附速率僅取決于吸附質分子與孔外表的碰撞頻率和定向作用，幾乎是瞬間完成的，吸附速率由前三步控制。統(tǒng)稱為分散控制。氣〔液〕相主體液膜●被吸附分子吸附劑吸附機理前往7.2.4吸附分別工藝引見ti—吸附質首先出如今床層出口端時間；tb—對應餾出物最大允許濃度時間，稱破點時間；te—床層飽和時間?！瞭e-ti〕——對應床層吸附區(qū)或傳質區(qū)長度一、固定床吸附二、雙器流程AB

A：吸附；B：再生到達破點時：B：吸附；A：再生〔2〕串級流程二塔串級吸附；一塔再生?！?〕并級流程二塔并級吸附；一塔再生。2.模擬挪動床固定床操作缺陷：效率低；吸附劑、脫附劑用量大?！贿m用于大規(guī)模消費、廣泛性運用。假設改用挪動床：固體吸附劑挪動困難。處理方法：采用模擬挪動床。模擬挪動床吸附原理：例：A+B混合液，用固體吸附劑和脫附劑C分別。方法：吸附劑不動，不斷改動流體進出口位置，到達流體與吸附劑相對運動的目的。前往目的：1.提高分別效率而將反響與分別結合的一種分別操作。2.提高反響收率而借助于精餾分別手段的一種反響過程。第三節(jié)反響精餾第三節(jié)反響精餾7.3.1反響精餾的運用7.3.2反響精餾過程前往7.3.1反響精餾的運用兩種類型：一種——利用精餾促進反響二種——經過反響促進精餾分別一、利用精餾促進反響的反響精餾例：酯化酸醋與乙醇生成酸醋乙酯酯交換醋醋丁酯與乙醇反響皂化氯丙醇皂化生成環(huán)氧丙烷適用于：①可逆反響反響產物相對揮發(fā)度大于或小于反響物時，由于精餾緣由，產物終身成立刻分開反響區(qū)。②連串反響：A→R→S兩種類型：1.S為目的產物將生成R和生成S二個反響器合并在一同，利用精餾提供不同的條件，縮短反響時間，提高收率和產品純度。2.R為目的產物利用精餾把產物R盡快移出反響區(qū)，防止副反響進展。二、利用反響促進精餾的反響精餾例：分別近沸點的混合物1+2組分產物1產物2反響添加劑33與2反響生成難揮發(fā)產物添加劑3實現(xiàn)該反響精餾過程的根本條件：1.反響是快速可逆的，反響產物僅僅存在于塔內；2.添加劑必需選擇性地與異構體之一反響；3.添加劑、異構體和反響產物沸點之間的關系符合精餾要求。三、催化精餾非均相催化精餾優(yōu)點1：既起加速反響的催化作用，又作為填料起分別作用。適用于：可逆反響、連串反響例：甲醇與C4反響生成甲基叔丁基醚〔MTBE〕——美國CR﹠L公司開發(fā)催化劑：強酸性陽離子交換樹脂反響特點：MTBE和甲醇、異丁烯和甲醇均構成最底共沸物。循環(huán)甲醇MTB產品>95%甲醇原料