化工單元操作主講人劉絢艷模塊十一新型分離方法任務(wù)一膜分離技術(shù)技術(shù)成熟度工業(yè)應(yīng)用度精餾吸收結(jié)晶萃取/共沸精餾溶劑萃取吸附分離色譜分離親和分離液膜超臨界萃取膜分離離子交換各種分離技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

分離過程投資常占化工企業(yè)總投資的50~90%。各種新的分離技術(shù)不斷發(fā)展。分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀完成以下任務(wù)膜分離過程的操作

選擇適宜的流程

確定分離方法

選用適宜的膜分離方法選擇適宜的膜材料（膜分離）（微濾、反滲透）海水淡化的主要方法蒸餾法冷凍結(jié)晶法膜法普通蒸餾多效蒸發(fā)（MED)太陽能蒸餾多級(jí)閃蒸(MSF)

核能蒸餾地?zé)?、海洋、風(fēng)能、生物能等蒸餾反滲透法（RO)：又稱超過濾法電滲析法：離子交換液態(tài)淡水變成固態(tài)冰，同時(shí)鹽被分離

產(chǎn)品純，預(yù)處理要求不高，但能耗大，易結(jié)垢預(yù)處理要求不高，但能耗大，淡水不純能耗低，周期短，但膜易污染，原水預(yù)處理要求高分離方法反滲透低溫多效多級(jí)閃蒸能耗(kWh/m3)3.5>7>10幾種分離方法能耗比較國(guó)家或地區(qū)沙特中國(guó)長(zhǎng)海中國(guó)長(zhǎng)島中國(guó)滄化設(shè)備能力m3/d568001000100018000原水含鹽量mg/L43700350003400013000能耗kwh/m3754.52.75產(chǎn)水成本RMB/m34.886.695.131.83反滲透淡化廠的能耗及產(chǎn)水成本膜法海水淡化嵊泗1000噸/日反滲透海水淡化裝置膜法自來水廠巴黎瓦茲河梅里市14萬立方米/天的納濾廠，每天為巴黎附近50萬居民提供14萬噸飲用水一、膜分離過程基本原理

截流機(jī)理和篩孔效應(yīng)滲透和滲透壓機(jī)械截留（篩孔效應(yīng)）物理作用或吸附截留架橋作用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流

人類對(duì)于膜現(xiàn)象的研究源于1748年，然而認(rèn)識(shí)到膜的功能并用于為人類服務(wù)，卻經(jīng)歷了200多年的漫長(zhǎng)過程。大致歷程（20世紀(jì)）：

30年代：微孔過濾

40年代：透析

50年代：電滲析

60年代：反滲透

70年代：超濾和液膜

80年代：氣體分離

90年代：滲透汽化

二、膜技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史1958

離子交換膜研究；1965

反滲透膜探索；1966

離子交換膜投產(chǎn)；70年代

電滲析、反滲透、超濾和微濾膜及組件研究；80年代中期

氣體分離膜研究；90年代

無機(jī)陶瓷微濾膜科技攻關(guān)。國(guó)內(nèi)研究歷程三、膜分離過程分類根據(jù)推動(dòng)力的不同：

壓力差：微濾、超濾、反滲透、氣體分離、滲透蒸發(fā)

濃度差：滲析

電位差：電滲析、膜電解

溫度差：膜蒸餾典型膜分離過程原理1.超濾與微濾2.納濾典型膜分離過程原理4.電滲析3.反滲透滲透和反滲透+-極水

鹽水

淡水5.滲透蒸發(fā)原理示意圖

滲透蒸發(fā)膜混合液疏水膜抽真空典型膜分離過程原理

四、膜分離應(yīng)用特點(diǎn)?膜分離過程不發(fā)生相變，能耗較低，能量轉(zhuǎn)化效率高。?可在常溫下進(jìn)行，特別適于對(duì)熱敏感物質(zhì)的處理。?不需要投加其他物質(zhì)，可節(jié)省化學(xué)藥劑，并有利于不改變分離物質(zhì)原有的屬性。?在膜分離過程中，分離和濃縮同時(shí)進(jìn)行，能回收有價(jià)值的物質(zhì)。?膜分離裝置簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離，適應(yīng)性強(qiáng)，操作容易且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。五、膜分離的應(yīng)用膜海水淡化工業(yè)廢水處理城市廢水資源化天然氣生物質(zhì)利用能源水資源傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境除塵CO2

控制制藥食品化工與石化電子冶金燃料電池潔凈燃燒工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用舉例金屬工藝金屬回收；污染控制；富氧燃燒

紡織及制革工業(yè)余熱回收；藥劑回收；污染控制造紙工業(yè)代替蒸餾；污染控制；纖維及藥劑回收食品及生化工業(yè)凈化；濃縮；消毒；代替蒸餾；副產(chǎn)品回收化學(xué)工業(yè)有機(jī)物除去或回收；污染控制；氣體分離；藥劑回收和再利用醫(yī)藥及保健人造器官；控制釋放；血液分離；消毒；水凈化水處理海水、苦咸水淡化；超純水制備；電廠鍋爐用水凈化；廢水處理國(guó)防工業(yè)艦艇淡水供應(yīng)；戰(zhàn)地醫(yī)院污水凈化；低放射性水處理；野戰(zhàn)供水膜技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用上海寶鋼集團(tuán)公司冷軋線設(shè)備處理能力為：6萬m3/年，油截留率大于99.9％，水回用率大于90％，回收油120噸/年超濾除油（乳化液）膜技術(shù)用于中藥精制傳統(tǒng)中藥精致工藝(醇沉法)。工藝復(fù)雜，成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，水溶性有效成分損失大洗凈蒸發(fā)煎煮除雜醇沉乙醇回收蒸發(fā)濃縮膜過濾膜濃縮產(chǎn)品保留率(％)氧化苦參堿苦參總黃酮醇沉66.0254.77微濾79.7277.23注：中藥苦參水醇沉與微濾比較生化制藥（工藝比較）膜工藝活性炭吸附生物發(fā)酵液

酸化離子交換板框過濾濃縮結(jié)晶

離心

產(chǎn)品板框過濾濃縮結(jié)晶生物發(fā)酵液

酸化

離心

產(chǎn)品

膜過濾

離交吸附膜料液水小分子大分子滲透液一、膜的定義具有選擇性分離的功能薄膜材料?！?1世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色”“誰掌握了膜技術(shù)，誰就掌握了21世紀(jì)的未來”認(rèn)識(shí)分離膜對(duì)稱膜與非對(duì)稱膜膜元件1.滲透性（通量和滲透速率）

定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積膜的滲透物的通量。

表示方式：體積通量Nv，單位為m3/(m2.s)

質(zhì)量通量，單位為kg/(m2.s)

物質(zhì)的量通量，單位為kmol/(m2.s)三、膜的性能分離膜的性能通常用兩個(gè)參數(shù)來表征：滲透性能和分離能力性。2.分離性能

定義：膜將混合物中的組分選擇透過的能力，即分離能力。

表示方式：截留率（超濾、納濾）

截留分子量（截留率為60%時(shí)對(duì)應(yīng)的分子量）

影響因素：膜材料化學(xué)性質(zhì)、分離膜形態(tài)結(jié)構(gòu)、操作條件膜組件市場(chǎng)上常見的膜組件產(chǎn)品板框膜組件螺旋卷膜組件中空纖維膜組件管式膜組件管式膜組件特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、壓力損失小、透過量大，清洗、安裝方便、可耐高壓，適宜處理高粘度及稠厚液體。但比表面積小。適于微濾和超濾。管式陶瓷超濾膜組件中空纖維式膜組件裝填密度極大（10000～30000m2/m3），且不需外加支撐材料；但膜易堵塞，清洗不容易。型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)管式易清洗，無死角適于處理含固體較多的料液，單根管子可以調(diào)換保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓降大中空纖維式保留體積小，單位體積中所含過濾面積較大，可以逆洗，操作壓力較低，動(dòng)力消耗較低