化工原理(第四版)譚天恩 第十四章 其他傳質(zhì)分離過程

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1、 化 工 原 理 電 子 教 案 /目 錄 1 目 錄第 十 四 章 其 他 傳 質(zhì) 分 離 過 程 第 一 節(jié) 概 述 第 二 節(jié) 超 臨 界 流 體 萃 取一 、 什 么 是 超 臨 界 萃 取 ？二 、 超 臨 界 萃 取 流 程三 、 應 用 第 三 節(jié) 吸 附一 、 什 么 是 吸 附 ？二 、 常 用 的 吸 附 劑三 、 吸 附 分 類四 、 吸 附 應 用 五 、 吸 附 過 程 化 工 原 理 電 子 教 案 /目 錄 2 目 錄 第 四 節(jié) 膜 分 離一 、 概 述二 、 微 濾 、 超 濾 、 納 濾 、 反 滲 透 及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象三 、 電 滲 析 及 濃

2、差 極 化 現(xiàn) 象四 、 氣 體 （ 膜 ） 分 離五 、 滲 透 汽 化六 、 膜 污 染 及 防 治 第 十 四 章 小 結(jié) 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 3/49 第 十 四 章 其 他 傳 質(zhì) 分 離 過 程常 規(guī) 分 離 技 術(shù) ： 機 械 分 離 、 蒸 發(fā) 、 吸 收 、 精 餾 、 萃 取 、 干 燥 、 吸 附 、 結(jié) 晶 等第 一 節(jié) 概 述新 型 分 離 技 術(shù) ： 超 臨 界 萃 取 、 液 膜 萃 取 、 雙 水 相 萃 取 、 色 譜 分 離 技 術(shù) ， 反 滲 透 、 超 過 濾 、 氣 體 分 離 ， 膜 分 離 、 膜 蒸 餾 、 泡 沫

3、分 離 等 。 適 用 于 如 原 子 能 、 空 間 技 術(shù) 、 電 子 工業(yè) 等 部 門 需 要 純 度 較 高 的 原 料 的 制 取 ， 如 稀 溶 液 中 將 有 價 值 的 微 量 組 分 提 取出 來 （ 欲 分 離 出 去 和 提 取 出 來 的 組 分的 含 量 均 為 10-6級 ）適 于 溶 液 中 組 分 含量 較 高 物 系 的 分 離 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 4/49 第 一 節(jié) 概 述 無 論 是 常 規(guī) 分 離 ， 還 是 新 型 分 離 過 程 都 是 在 分 離 裝 置中 ， 對 原 料 施 加 能 量 或 分 離 劑 （ 在 利

4、用 化 學 能 時 使 用 ） ，對 混 合 物 各 組 分 所 持 有 的 性 質(zhì) 差 產(chǎn) 生 作 用 ， 使 分 離 得 以 進行 ， 產(chǎn) 生 兩 個 以 上 的 產(chǎn) 品 。分 離 裝 置原 料 物 流（ 一 個 或 數(shù) 個 ） 能 量 或 分 離 劑 兩 個 以 上 的 產(chǎn) 品 物 流（ 濃 度 不 同 ） 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 5/49 第 一 節(jié) 概 述可 被利 用于 分離 的性 質(zhì) 物 理化 學生 物 學 力 學 性 質(zhì) 密 度 、 摩 擦 力 、 表 面 張 力 、 尺 寸 、 質(zhì) 量等 。 如 重 力 沉 降 、 過 濾 。熱 力 學 性 質(zhì) 熔 點

5、 、 沸 點 、 臨 界 點 、 轉(zhuǎn) 變 點 、 蒸 汽 壓 、溶 解 度 、 分 配 系 數(shù) 、 吸 附 等 。 如 蒸 發(fā) 、 蒸 餾 、 吸 收 、 萃 取 、 吸 附 等 。電 、 磁 性 質(zhì) 電 導 率 、 介 電 常 數(shù) 、 遷 移 率 、 電 荷 、 淌度 、 磁 化 率 等 。 如 電 除 塵 、 電 解 、 電 滲 析 。輸 送 性 質(zhì) 擴 散 系 數(shù) 、 分 子 飛 行 速 度如 滲 析 。反 應 速 度 性 質(zhì) 反 應 速 度 常 數(shù)熱 力 學 性 質(zhì) 反 應 平 衡 常 數(shù) 、 化 學 吸 附 平 衡 常 數(shù) 、離 解 常 數(shù) 、 電 離 電 位生 物 學 親 和 力

6、、 生 物 學 吸 附 平 衡 、 生 物 學 反 應 速 度 常 數(shù) 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 6/49 第 一 節(jié) 概 述分 離 方 法 的 選 擇 由 混 合 物 組 分 間 的 性 質(zhì) 差 、 產(chǎn) 品 規(guī) 模 、 產(chǎn) 品 純 度 和回 收 率 、 環(huán) 保 、 經(jīng) 濟 性 等 條 件 決 定 。 例 如 對 空 氣 的 分 離 ， 大 規(guī) 模 生 產(chǎn) 用 深 冷 蒸 餾 法中 等 規(guī) 模 可 用 膜 分 離 法小 規(guī) 模 可 用 吸 附 法 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 7/49 第 二 節(jié) 超 臨 界 流 體 萃 取一 、 什 么 是 超

7、 臨 界 萃 取 ？超 臨 界 流 體 ： 當 氣 體 處 于 臨 界 溫 度 之 上 ， 無 論 壓 力 多 高 也 不能 液 化 ， 仍 為 氣 體 ， 稱 此 時 的 氣 體 為 。SFE或 SCFE 超 臨 界 流 體 性 質(zhì) 介 于 氣 體 和 液 體 之 間 。 既 有 氣 體黏 度 小 、 擴 散 系 數(shù) 大 （ 見 下 表 ） 的 特 點 ， 又 有 液 體密 度 大 、 溶 解 能 力 大 的 特 點 。流 體 密 度 ， kg/m 3 黏 度 ， mPas 擴 散 系 數(shù) ， cm2s-1常 壓 氣 體 15 30超 臨 界 流 體常 壓 液 體 15 30 0.26400

8、9006001600 (13) 10-2(39) 10-20.23 0.10.40.2 10-3(0.22 ) 10-5 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 8/49 一 、 什 么 是 超 臨 界 萃 取 ？超 臨 界 萃 取 ： 利 用 超 臨 界 流 體 的 特 異 溶 解 力 ， 高 壓 下 選 擇 性 地 溶 解溶 質(zhì) ， 然 后 升 溫 、 降 壓 將 萃 取 劑 與 溶 質(zhì) 分 離 的 方 法 稱 為 。常 用 的 超 臨 界 流 體 ： CO2-臨 界 溫 度 31.06 ， 臨 界 壓 力 7.39MPa臨 界 溫 度 不 高 ；無 毒 ；價 廉 ；化 學 惰

9、性 。小 常 識 ：早 在 1879年 J.B.Hannay就 發(fā) 現(xiàn) 無 機 鹽 在 高 壓 乙 醇 或 乙醚 中 的 溶 解 度 異 常 增 加 的 現(xiàn) 象 ； 20世 紀 50年 代 ， 美 國 將 SFE用 于 工 業(yè) 分 離 ；20世 紀 80年 代 ， SFE成 為 一 門 熱 門 學 科 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 9/49 第 二 節(jié) 超 臨 界 流 體 萃 取二 、 超 臨 界 萃 取 流 程 等 溫 法 ： 應 用 最 方 便萃 取 相 從 萃 取 槽 抽 出 ；經(jīng) 膨 脹 閥 壓 力 降 低 使 萃取 劑 與 溶 質(zhì) 在 分 離 槽 分離 ；氣

10、相 萃 取 劑 經(jīng) 壓 縮 機 壓縮 回 到 萃 取 槽 循 環(huán) 使 用吸 附 法等 壓 法等 溫 法 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 10/49 第 二 節(jié) 超 臨 界 流 體 萃 取二 、 超 臨 界 萃 取 流 程 等 壓 法 ：萃 取 相 從 萃 取 槽 抽 出 ；經(jīng) 加 熱 器 加 熱 使 萃 取 劑與 溶 質(zhì) 在 分 離 槽 分 離 ；氣 相 萃 取 劑 經(jīng) 冷 卻 壓 縮后 回 到 萃 取 槽 循 環(huán) 使 用吸 附 法等 壓 法等 溫 法 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 11/49 第 二 節(jié) 超 臨 界 流 體 萃 取二 、 超 臨 界 萃

11、取 流 程 吸 附 法 ：萃 取 相 從 萃 取 槽 抽 出 ；經(jīng) 裝 有 吸 附 劑 （ 只 吸 附溶 質(zhì) ） 的 分 離 槽 使 萃 取劑 與 溶 質(zhì) 分 離 ；氣 相 萃 取 劑 經(jīng) 壓 縮 后 回到 萃 取 槽 循 環(huán) 使 用吸 附 法等 壓 法等 溫 法 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 12/49 第 二 節(jié) 超 臨 界 流 體 萃 取三 、 應 用u中 藥 有 效 成 分 的 提 取 ；u天 然 香 料 的 提 取 ；u食 品 業(yè) ： 如 從 咖 啡 中 脫 除 咖 啡 因 ， 從 奶 油 中 脫 膽 固醇 等 ；u化 學 工 業(yè) ： 如 渣 油 中 脫 瀝 青

12、和 潤 滑 油 等 。-適 用 于 小 規(guī) 模 、 回 收 或 提 純 高 價 值 的 產(chǎn) 品 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 13/49 第 三 節(jié) 吸 附一 、 什 么 是 吸 附 ？ 多 孔 性 固 體 表 面 的 分 子 或 原 子 因 受 力 不 均 而 具 有 剩 余的 表 面 能 ， 當 流 體 中 的 某 些 物 質(zhì) 碰 撞 固 體 表 面 時 ， 受 到 這些 不 平 衡 力 的 作 用 就 會 停 留 在 固 體 表 面 上 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱為 。 吸 附 劑 （ 固 體 ）吸 附 質(zhì) 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 14/49 第

13、 三 節(jié) 吸 附二 、 常 用 的 吸 附 劑要 求 ：u表 面 積 大 ；u選 擇 性 高 ；u機 械 強 度 好 ；u化 學 穩(wěn) 定 性 、 熱 穩(wěn) 定 性 好 ， 價 廉 易 得 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 15/49 第 三 節(jié) 吸 附二 、 常 用 的 吸 附 劑 吸 附 劑活 性 炭 活 性 氧化 鋁 分 子 篩活 性 土 硅 膠 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 16/49 第 三 節(jié) 吸 附三 、 吸 附 分 類按 吸 附 作 用 力的 不 同 分 物 理吸 附化 學吸 附離 子交 換吸 附 吸 附 力 ： 范 德 華 力特 點 ： 被

14、 吸 附 的 分 子 不 是 附 著 在 吸附 劑 表 面 的 特 定 位 置 上 ， 而 是 稍 能在 介 質(zhì) 表 面 上 作 自 由 移 動 ， 常 常 為多 層 吸 附 。吸 附 力 ： 化 學 鍵 力特 點 ： 需 要 在 較 高 溫 度 下 進 行 ，選 擇 性 較 強 ， 為 單 分 子 層 吸 附 。吸 附 力 ： 靜 電 力 。特 點 ： 每 吸 附 一 個 吸 附 質(zhì) 的 離 子 ， 同 時 吸 附 劑 放 出 一 個 等 當 量 的 離 子 ，離 子 帶 電 荷 越 多 ， 它 在 吸 附 劑 表 面吸 附 力 越 強 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章

15、17/49 第 三 節(jié) 吸 附三 、 吸 附 分 類按 吸 附 條 件的 不 同 分 變 溫吸 附變 壓吸 附 特 點 ：低 溫 吸 附 ， 高 溫 脫 附特 點 ：高 壓 吸 附 ， 低 壓 脫 附 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 18/49 第 三 節(jié) 吸 附四 、 吸 附 應 用氣 體 和 液體 的 深 度 干燥從 廢 水 或 廢氣 中 除 去 有害 的 物 質(zhì) 吸 附 應 用 氣 體 的 分離 和 精 制 有 機 烷 烴 和芳 烴 的 分 離和 精 制食 品 、 藥 品 和有 機 石 油 產(chǎn) 品的 脫 色 、 除 臭 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章

16、19/49 第 三 節(jié) 吸 附五 、 吸 附 過 程吸 附 過 程 分 為 三 步 ：u吸 附 質(zhì) 擴 散 至 吸 附 劑 顆 粒 表 面 -外 擴 散u經(jīng) 孔 隙 擴 散 至 內(nèi) 表 面 -內(nèi) 擴 散u吸 附 質(zhì) 被 吸 附 -這 一 過 程 通 常 很 快 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 20/49 第 四 節(jié) 膜 分 離一 、 概 述 以 膜 為 分 離 介 質(zhì) ， 在 壓 力 差 （ 或 濃 度 差 、 電 位 差 、 溫 度差 等 ） 推 動 下 ， 利 用 體 系 中 各 組 分 對 膜 的 滲 透 速 率 的 差 異來 實 現(xiàn) 分 離 、 提 純 或 濃 縮

17、 的 新 型 分 離 技 術(shù) 。1、 什 么 是 膜 分 離 ？ 分 離 膜 （ 固膜 、 液 膜 ） ： 具 有 選 擇 透過 性被 公 認 為 是 20-21世紀 中 期 最 有 發(fā) 展 前 途得 高 新 技 術(shù) 之 一 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 21/49 一 、 概 述2、 膜 分 離 種 類微 濾超 濾納 濾反 滲 透電 滲 析氣 體 分 離滲 透 汽 化 和 蒸 氣 滲 透等 等 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 22/49 一 、 概 述3、 膜 分 離 發(fā) 展 簡 史19世 紀 中 葉 ， Graham發(fā) 現(xiàn) 透 析 現(xiàn) 象 ；20世 紀

18、 30年 代 ， 德 國 建 立 世 界 首 座 生 產(chǎn) 微 濾 膜 的 工 廠 ；20世 紀 50年 代 ， 電 滲 析 工 業(yè) 發(fā) 展 起 來 ；20世 紀 60年 代 ， 世 界 上 第 一 章 反 滲 透 膜 面 世 ；20世 紀 70年 代 ， 超 濾 技 術(shù) 發(fā) 展 起 來 ；20世 紀 80年 代 ， 氣 體 分 離 技 術(shù) 發(fā) 展 迅 速 ；20世 紀 90年 代 ， 納 濾 技 術(shù) 發(fā) 展 起 來 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 23/49 一 、 概 述4、 特 點 及 適 用 場 合優(yōu) 點 ：在 常 溫 下 即 可 進 行 ， 能 耗 低 ，設(shè) 備

19、很 少 需 要 維 護 ， 操 作 十 分 簡 便 ，分 離 效 率 高 ， 設(shè) 備 體 積 較 小 ，不 污 染 產(chǎn) 品 和 環(huán) 境 。缺 點 ：膜 強 度 通 常 較 差 ， 壽 命 不 長 ；膜 易 污 染 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 24/49 一 、 概 述4、 特 點 及 適 用 場 合適 用 場 合 ： （ 1） 化 學 性 質(zhì) 及 物 理 性 質(zhì) 相 似 的 組 分 ；（ 2） 結(jié) 構(gòu) 的 或 取 代 基 位 置 相 似 的 異 構(gòu) 物 混 合 物 。（ 3） 含 有 熱 敏 性 組 分 的 混 合 物 。（ 4） 濃 度 極 稀 溶 液 ， 如 飲 用

20、水 凈 化 、 工 業(yè) 用 水處 理 ， 食 品 、 飲 料 用 水 凈 化 、 除 菌 ， 生 物 活 性物 質(zhì) 回 收 、 精 制 等 。常 規(guī) 分 離 方 法 不 能 經(jīng) 濟 、 合 理 地 進 行 分 離 的 時 候 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 25/49 一 、 概 述5、 應 用廣 泛 用 于 水 處 理 、 醫(yī) 藥 、 食 品 、 化 工 、 環(huán) 保 等 行 業(yè) 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 26/49 一 、 概 述6、 分 離 膜 和 膜 組 件膜 的 種 類 ： 固 膜 -目 前 工 業(yè) 上 應 用 多 為 固 膜液 膜 -

21、目 前 主 要 用 在 廢 水 處 理 的 中 試 規(guī) 模氣 膜 -目 前 處 于 研 究 階 段按膜的物態(tài)分 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 27/49 6、 分 離 膜 和 膜 組 件固 膜 的 種 類 ：天 然 膜合 成 膜 無 機 膜有 機 高 分 子 膜固 膜 目 前 工 業(yè) 上 以 此 為 主按 膜 的 材 質(zhì) 分 ： 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 28/49 固 膜 的 種 類 ：對 稱 膜不 對 稱 膜固 膜 按 膜 的 結(jié) 構(gòu) 分 ：-又 稱 均 質(zhì) 膜 ， 指 膜 截 面 上 孔 徑 與 孔 徑 分 布 基 本 一 致 的 膜 。 主

22、要 用 于 研 究 ， 工 業(yè) 實 用 價 值 不 大 。-表 面 為 極 薄 的 致 密 層 ， 下 面 是 多 孔 支 撐 層 。-表 面 致 密 層 和 多 孔 支 撐 層 分 別 用 兩 種 不 同 材 料 制成 ， 目 前 應 用 以 此 為 主 。復 合 膜 6、 分 離 膜 和 膜 組 件 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 29/49 固 膜 的 種 類 ：多 孔 膜致 密 膜固 膜按 膜 的 結(jié) 構(gòu) 分 ：-分 離 機 理 是 篩 分 原 理 ， 體 現(xiàn) 在 超 濾 、 微 濾 、 滲 析 或 不 對 稱 膜 及 復 合 膜 中 的 支 撐 層 中 。-分 離

23、機 理 是 溶 解 -擴 散 原 理 ， 體 現(xiàn) 在 反 滲 透 、 氣 體 分 離 、 滲 透 汽 化 中 。6、 分 離 膜 和 膜 組 件 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 30/49 膜 組 件 ：為 在 單 位 體 積 內(nèi) 獲 得 盡 可 能 大 的 膜 面 積 ， 一 般 膜 元 件 形式 有 板 框 式 、 中 空 纖 維 式 、 管 式 、 卷 式 四 種 。6、 分 離 膜 和 膜 組 件將 膜 制 成 一 定 的 形 狀 的 元 件 ， 并 提 供 進 料 、 出 料的 通 道 （ 如 圖 ） ， 稱 為 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章

24、 31/49 6、 分 離 膜 和 膜 組 件板 框 式 是 最 早 商 品 化的 膜 組 件 。 板 式 膜 組 件 的膜 單 元 由 剛 性 的支 撐 板 、 膜 片 及置 于 支 撐 板 與 膜片 之 間 的 透 過 液 隔 網(wǎng) 組 成 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 32/49 6、 分 離 膜 和 膜 組 件管 式進 料 不 透 過 物滲 透 物滲 透 物 管 式 膜 內(nèi) 徑通 常 在 12.525mm， 長 度0.6 6.4m 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 33/49 6、 分 離 膜 和 膜 組 件中 空 纖 維 式 中 空 纖 維 膜

25、截面 成 圓 環(huán) 形 ，外 徑 一 般 為40 250m，外 徑 與 內(nèi) 徑 之 比 多 為 2 4聚 丙 烯 腈 中 空 纖 維 膜 電 子 顯 微 鏡 照 片 中 空 纖 維 超 濾 膜 斷 面 電 鏡 圖中 空 纖 維 膜 的 實 質(zhì)是 管 式 膜 ， 兩 者 的主 要 差 異 是 中 空 纖維 為 無 支 撐 體 的 自支 撐 膜 ， 管 式 膜 則有 支 撐 體 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 34/49 6、 分 離 膜 和 膜 組 件卷 式 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 35/49 二 、 微 濾 、 超 濾 、 納 濾 、 反 滲 透

26、及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象微 濾 （ MF） 、 超 濾 （ UF） 、 納 濾 （ NF） 、 反 滲 透 （ RO）四 者 共 同 點 和 異 同 點 ：微 濾 （ MF） 是 世 界 上 開 發(fā) 應 用 最 早 的 膜 分 離 技 術(shù) 。共 同 點 ：異 同 點 ： 推 動 力 均 為 壓 差u膜 的 孔 徑 分 布 范 圍 不 同 ， 如 下 頁 圖 ；u分 離 機 理 不 同 ：微 濾 、 超 濾 屬 篩 分 原 理納 濾 、 反 滲 透 屬 溶 解 -擴 散 原 理 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 36/49MPap差壓 md p 微 粒 或 分 子 的 大 小

27、10001001011.001.0001.00001.001.0 1.00.1 0.10 0.20 反 滲 透 納 濾 超 濾 微 濾 普 通 過 濾 含 水 鹽 溶 液 炭 黑 顏 料 合 成 色 素 白 蛋 白 海 沙 煙 草 灰 酵 母 菌 金 屬離 子 病 毒 細 菌 活 性 灰內(nèi) 毒 素 /熱 精 靛 藍 紅血球 花 粉 粒 糖 明 膠膠 乳 / 乳 濁 液原 子 半 徑 石 棉 谷 物 -面 粉 離 子 分 子 大 分 子 小 微 粒 大 顆 粒 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 37/49 二 、 微 濾 、 超 濾 、 納 濾 、 反 滲 透 及 濃 差 極 化

28、 現(xiàn) 象 依 靠 外 界 壓 力 使 溶 劑從 高 濃 度 側(cè) 向 低 濃 度 側(cè) 滲透 的 過 程 稱 為 。 反 滲 透 是 滲 透 的 一 種 反向 的 遷 移 運 動 。 反 滲 透 膜的 膜 孔 徑 非 常 小 ， 僅 為10A 0左 右 ， 因 此 能 夠 有 效地 去 除 水 中 的 溶 解 鹽 類 、膠 體 、 微 生 物 、 有 機 物 等 ，去 除 率 高 達 97-98%。反 滲 透 基 本 原 理 ： 半 透 膜 純 水 鹽 溶 液 滲 透 壓外 壓 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 38/49 二 、 微 濾 、 超 濾 、 納 濾 、 反 滲 透 及

29、 濃 差 極 化 現(xiàn) 象濃 差 極 化 現(xiàn) 象 ： 膜 A、 B 混 合物 溶 液 含 大 部 分B 的 濃 液 含 大 部 分A的 清 液 溶 液 主 體 流 體 速 度 分 布 被 截 留 物 的濃 度 分 布 A 物 質(zhì) 選擇 性 透 過 u濃 差 極 化 現(xiàn) 象 不 可 避 免 ；u濃 差 極 化 現(xiàn) 象 的 存 在 不 利 于 傳 質(zhì) ： 被 截 留 的 組 分 膜 表 面 附 近 形 成 凝 膠 層 ， 使 傳 質(zhì) 阻 力 大 大 增 加 ；被 截 留 的 組 分 在 膜 的 表 面 富 積 ， 而 主 體 區(qū)的 濃 度 較 小 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 。 化 工 原 理 電

30、子 教 案 /第 十 四 章 39/49 二 、 微 濾 、 超 濾 、 納 濾 、 反 滲 透 及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象應 用 ：微 濾 ： 制 藥 行 業(yè) 的 過 濾 除 菌 、 電 子 工 業(yè) 用 的 高 純 度 水 的 制 備 是 其 最 大 應 用 領(lǐng) 域 ；超 濾 ： 食 品 工 業(yè) 和 乳 清 處 理 是 其 最 大 應 用 領(lǐng) 域 ；納 濾 ： 飲 用 水 制 備 ， 廢 水 處 理 ， 果 汁 濃 縮 、 抗 生 素 濃 縮 等 方 面 。反 滲 透 ： 海 水 制 淡 水 、 乳 品 加 工 等 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 40/49 三 、 電 滲

31、 析 及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象電 滲 析 過 程 原 理 電 滲 析 是 利 用離 子 交 換 膜 在 電位 差 推 動 力 的 作用 下 ， 從 水 溶 液中 脫 除 離 子 的 一種 分 離 技 術(shù) 。 陽 膜 -只 允 許 陽 離 子 通 過陰 膜 -只 允 許 陰 離 子 通 過 電 滲 析 技 術(shù) 是 20世紀 50年 代 發(fā) 展 起 來的 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 41/49 三 、 電 滲 析 及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象濃 差 極 化 現(xiàn) 象 ： 當 電 流 增 大 到某 一 數(shù) 值 時 ， 膜 界面 附 近 的 離 子 迅 速進 入 濃 縮 室 ，

32、 而 溶液 中 的 相 應 離 子 來不 及 擴 散 補 充 過 來 ，出 現(xiàn) 膜 的 一 側(cè) 該 離子 濃 度 趨 于 零 ， 這一 現(xiàn) 象 稱 為 。 陰 離 子極 化 區(qū)陰 離 子富 積 區(qū) 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 42/49 三 、 電 滲 析 及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象濃 差 極 化 現(xiàn) 象 的 不利 影 響 ： 陰 離 子極 化 區(qū)陰 離 子富 積 區(qū)u在 膜 表 面 上 形 成沉 淀 和 結(jié) 構(gòu) ， 使 傳質(zhì) 阻 力 大 大 增 加 ；u產(chǎn) 生 H 、 OH 以彌 補 遷 移 離 子 的 不足 ， 這 相 當 于 水 的分 解 ， 使 電 能 效 率下

33、降 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 43/49 三 、 電 滲 析 及 濃 差 極 化 現(xiàn) 象應 用 ： 海 水 淡 化 、 廢 水 處 理 等 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 44/49 四 、 氣 體 （ 膜 ） 分 離應 用 舉 例 ： 由 合 成 氨 弛 放 氣 中 回 收 氫 氣 （ 1979） ；制 取 富 氧 空 氣 ；由 天 然 氣 中 回 收 濃 縮 氦 氣 ；以 金 屬 鈀 膜 制 取 超 純 氫 ；水 果 保 鮮 系 統(tǒng) ；醫(yī) 用 富 氧 器原 理 ： 根 據(jù) 混 合 原 料 氣 中 各 組 分 在 壓 力 的 作 用 下 ， 通

34、過 半 透膜 的 相 對 傳 遞 速 率 不 同 而 得 以 分 離 的 原 理 （ 溶 解 -擴 散 ） 。氣 體 分 離 技 術(shù) 出 現(xiàn) 時 間 晚 但 發(fā) 展 迅 速 。優(yōu) 點 ： 能 耗 低 、 占 地 小 、 投 資 少 、 無 污 染 ， 成 為 低 溫 精 餾 、 吸 收 、 變 壓 吸 附 等 氣 體 分 離 方 法 的 有 力 競 爭 者 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 45/49 五 、 滲 透 汽 化 和 蒸 汽 滲 透 早 在 一 百 多 年 前 ， 人 們 就 發(fā) 現(xiàn) 了 滲 透 蒸 發(fā) 現(xiàn) 象 ， 但直 到 上 世 紀 5060年 代 ， 以

35、Kammermyer， Binning，Michaels和 Long， Neel為 代 表 的 學 者 才 開 始 了 對 滲 透 蒸發(fā) 的 系 統(tǒng) 研 究 。 而 該 技 術(shù) 得 到 廣 泛 重 視 是 在 能 源 危 機 后的 70年 代 至 80年 代 初 。 迄 今 為 止 ， 在 世 界 各 地 已 建 成 140余 套 工 業(yè) 裝 置 。1、 滲 透 汽 化 （ PV） Pervaporation 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 46/49 五 、 滲 透 汽 化滲 透 汽 化 原 理 ： 液 體 混 合 物 在 膜 兩 側(cè) 壓 差 的 作用 下 ， 利 用 膜

36、對 被 分 離 混 合 物 中某 組 分 有 優(yōu) 先 選 擇 性 透 過 的 特 點 ，使 該 組 分 滲 透 通 過 膜 并 在 膜 的 下游 側(cè) 氣 化 去 除 ， 從 而 達 到 混 合 物的 分 離 提 純 的 一 種 膜 分 離 技 術(shù) 。 過 程 屬 溶 解 -擴 散 機 理 。 吸附 擴散滲透 汽化膜溶 液 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 47/49 五 、 滲 透 汽 化滲 透 汽 化 的 應 用 ： 大 量 的 研 究 表 明 ， 在 某 些 特 殊 場 合 下 ， 它 具 有 極 大 的應 用 價 值 ， 如 在 沸 點 相 近 或 恒 沸 物 的 分 離

37、 （ 苯 -環(huán) 己 烷 、 苯 乙 烯 -乙 苯 、 二 甲 苯 異 構(gòu) 體 等 )； 有 機 溶 劑 脫 水 和 水 中 有 機 物 脫 除 （ 異 丙 醇 的 脫 水 濃 縮 、無 水 乙 醇 的 生 產(chǎn) 、 有 機 物 中 微 量 水 分 的 脫 除 等 ） 滲 透 氣 化 的 操 作 簡 單 ， 不 需 加 入 其 他 分 離 劑 等 物 質(zhì) ，不 存 在 產(chǎn) 品 和 環(huán) 境 的 污 染 問 題 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 48/49 六 、 膜 污 染 及 防 治膜 污 染 ： 是 指 料 液 中 的 微 粒 、 膠 體 等 吸 附 或 沉 積 在 膜 表

38、面或 膜 孔 內(nèi) ， 造 成 膜 孔 變 小 或 堵 塞 的 不 可 逆 現(xiàn) 象 。 防 治 ：u原 料 液 預 處 理 -熱 處 理 、 調(diào) 節(jié) pH值 、 預 微 濾 、 預 超 濾 等u運 行 條 件 的 適 當 選 擇 -采 用 錯 流 、 湍 流 強 化 器 等u膜 材 料 的 適 當 選 擇 -通 常 認 為 強 親 水 性 膜 或 強 疏 水 性 且膜 表 面 電 荷 與 溶 質(zhì) 電 荷 相 同 的 膜 較 耐 污 染 。 化 工 原 理 電 子 教 案 /第 十 四 章 49/49 第 十 四 章 小 結(jié)u重 點 掌 握 每 種 新 型 分 離 方 法 的 原 理 、 特 點 ；u濃 差 極 化 及 其 影 響