新型分离技术.doc

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1、什么是分离过程?分离剂是什么?分离过程是指根据混合物中不同组分间某些性质的差异,通过分离剂的作用将混合物分成两个或多个组成彼此不同的产物的过程。其中原料预处理及反应产物的分离提纯一般都属于分离过程。
分离剂可以是能量或物质或两者并用:(1)能量分离剂:热、电、磁、辐射、声波、重力、压力、离心力等(2)物质分离剂:过滤介质、吸收剂、吸附剂、离子交换树脂、膜等
第一章   固膜分离过程
一、概述膜分离:利用膜对不同组分的选择性渗透的原理来分离混合物的过程。
膜从相态上可分为固体膜和液体膜。固体膜又分为:平板膜、中空纤维膜、管式膜
固膜分离过程包括:微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、气体分离、渗透汽化、膜蒸馏、膜萃取、膜吸收等。
二、膜及膜组件膜的分类从材料来源上可分为:天然膜和合成膜(又分为:无机膜和有机高分子膜)根据膜的结构可分为:多
于处理量小或固含量低的时候。
(2)错流过滤料液以切线方向流过膜表面,料液流经膜表面产生的高剪切力可使沉积在膜表面的颗粒扩散返回主体流,从而被带出微滤组件。多用于处理量大或固含量高的情况。
12、微滤膜的类型对称型(通孔型、网络型)、非对称型
13、微滤膜的特性①孔径较为均一,过滤精度较高,平均孔径(标称孔径)是微滤膜的一项主要性能指标,也是选膜的依据之一。②孔隙率高③膜薄厚度一般90~150μm(无机微滤膜例外),这不仅有利于增大过滤速率,而且可减少因液体被膜吸附而造成的损失。
14、微滤分离机理(1)膜表面截留:①机械截留:截留比孔径大或相当的微粒(筛分作用)②吸附截留③架桥截留表面截留易清洗,但杂质捕捉量相对较少。(2)膜内部截留:内部截留,杂质捕捉量较多,但不易清洗。
四、超滤超滤是以压力差为推动力的膜分离过程。在压差作用下,料液中的溶剂及小的溶质从高压料液侧透过超滤膜,尺寸比膜孔径大的溶质被膜截留。
16、超滤膜:非对称膜过滤方式:错流过滤
截留机理:①在膜表面的机械截留;②在膜表面及微孔内吸附;③膜孔的堵塞。
17、超滤膜性能表征①纯水渗透速率(水通量)指单位时间单位膜面积上透过的纯水的体积,一般在20~1000(L/(m2﹒h)之间.②截留(切割)分子量一般定义为膜对标准物截留率为90%时所对应的标准物的分子量,又叫标称截留分子量。截留率:指被截留的溶质量占进料中溶质量的百分比。超滤膜孔径分布比较宽,实际截留能力与溶质分子大小、形状、操作条件、其它溶质的存在等多种因素有关,可能与标称截留分子量有很大差别。一般超滤膜用于两个组分之间的分级时要求两个组分分子量相差10倍以上。
19、超滤过程中,料液中溶质受到膜的截留而在膜面上积累,使得膜表面溶质浓度高于料液主体浓度,即所谓的浓差极化。
20、超滤过程浓差极化的影响浓差极化增加了过滤阻力,减少了渗透通量,使低相对分子质量溶质的截留
率升高,因而降低了选择性。浓差极化不可避免,但可以减轻,如提高料液流速或温度(降低粘度、提高扩散系数)、增加湍动程度。
21、渗透速率及其影响因素(1)料液浓度的影响料液浓度增加,粘度升高,浓差极化加重,渗透速率下降。(2)温度的影响温度升高,粘度下降,扩散系数增加,浓差极化减轻,渗透速率增加。(3),在较小的压差范围内,渗透速率与压差成正比(但比纯水的低)。,由于浓差极化、膜面污染、膜孔堵塞等原因,渗透速率随压差的增加变慢。,膜面浓度高到足以形成凝胶层,且凝胶层厚度随压差增加而增加,使渗透速率基本不变。
22、膜的污染与劣化(1)膜的污染指物料中的微粒或分子,由于与膜的物理,化学或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜渗透速率下降的现象。膜污染后一般可通过清洗使其性能得到(部分)恢复。
(2)膜的劣化指膜自身发生不可逆转的变化引起膜性能变化的现象。导致膜劣化的原因有化学、物理、生物三个方面。化学劣化:膜材质的水解或氧化反应等造成。物理劣化:膜的压密(在高压下)或干燥等造成。生物劣化:微生物对膜的生物降解等造成。
。b料液预处理:絮凝、离心、过滤、微滤等进行预处理。c操作条件的控制。
膜的清洗a水力学清洗:用水或透过液冲洗。b机械清洗:如管式膜用海绵球等擦洗。c化学清洗:用酸液、碱液、氧化剂、洗涤剂、螯合剂、杀菌剂、酶等清洗。d以上方法结合。
24、胶束强化超滤传统的超滤膜不能除去分子质量300以下的有机物及金属离子,而胶束强化超滤可以分离废水中的有机物与重金属离子。
五、渗透:用一张只透过水而不透过盐的理想半透膜把水与盐水隔开,水分子在浓度差的推动下从纯水侧通过半透膜向盐水侧扩散,此即渗透现象。随着渗透的进行,盐水侧液面升高,纯水侧液面下降,经过一定时间之后,两侧液面差不再变化,系统中纯水的扩散达到动态平衡,即渗透平衡。
反渗透:对处于渗透平衡状态的体系,如果在盐水侧加一超过渗透压的压强,使盐水中水的化学位增大,破坏已形成的渗透平衡,则出现净的水分子从盐水侧通过半透膜向纯水侧扩散渗透,即所谓反渗透。以压力差为推动力的膜分离过程,它能将溶剂(通常是水)与小分子溶质分开,~1nm,最早用于海水、苦咸水脱盐淡化。
27、渗透压:渗透压是溶液浓度和温度的函数渗透压与摩尔浓度或摩尔分率成正比,所以对同样质量浓度的溶液,高分子溶液的渗透压比盐溶液的渗透压低(很多),因此超滤中渗透压的影响一般较小、常忽略。
(1)溶液的渗透压不是溶液渗透能力的反映,而是溶液被纯溶剂渗透的能(潜)力的反映,也是实现反渗透需要克服的阻力。(2)溶液渗透压越大,实现反渗透需要的外压越大。(3)浓度越高,渗透压越大,所以反渗透浓缩的程度有限。
28、反渗透分离机理(1)优先吸附-毛细孔流理论①水优先吸附,在膜表面形成极薄的纯水层;
②膜表面存在毛细小孔,水从中流到膜另一侧。(2)溶解-扩散理论膜表面无孔,水通过膜分为两步:①先溶解于膜表面;②再扩散通过膜,且扩散是控制步骤。反渗透膜一般为非对称膜,其表面活性层是无孔的,因而溶解-扩散理论更现实。
29、反渗透过程的浓差极化的影响:(1)提高了渗透压,降低了水通量;(2)增加了透盐率,降低了脱盐率;(3)导致膜上沉淀污染、甚至出现结晶,增加了膜上阻力、进一步降低了水通量。减轻浓差极化:提高流速、强化湍流、提高温度(降低粘度、提高扩散系数)。
30、反渗透膜的性能①透过性能②分离性能实际应用中常用脱盐率或截留率表示分离性能③通量衰减系数(压密系数)m有机高分子膜长期处于高压下会被压密,造成透水率随时间不断下降。m越小越好,一般要求m<(m=,一年后透水率为原来的75%左右).
31、反渗透膜的污染与清洗(1)膜的污染进料中存在的各种污染物在膜表面和内部沉积,造成系统性能(脱除率和产水量)下降。料液预处理、膜的定期清洗和消毒是减少、防治膜污染的主要措施。