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第十二章膜分离一、概述•（一）膜分离过程的概念•借助于膜的选择渗透作用，实现混合物的分离的过程称为膜分离过程。•（二）膜分离技术的历史及应用•上世纪50年代发展起来的分离技术，1955年世界上建立了第一个海水淡化厂。•60年代起，膜分离技术开始用于化工、医药、食品、发酵等工业。（三）膜分离的特点•与传统的分离方法相比，具有设备简单、节约能源、分离效率高、容易控制等优点。•膜在分离通常常温下操作，不涉及相变化，对处理热敏性物料十分有利。（四）常见的膜技术•1、反渗透（RO)•2、超滤（UF）•3、微滤（MF）•4、电渗析（ED）二、分离用膜•（一）膜材料•1、对膜材料的要求•有良好的成膜性和物化稳定性。RO、UF、MF有良好亲水性和抗污染能力；ED膜有较好耐酸碱性和热稳定性。•2、常见的膜材料•高分子材料（醋酸纤维、聚砜膜、聚乙烯、聚丙烯膜等）、金属、金属氧化物、陶瓷膜。（二）膜结构•1、均匀膜（致密膜）•2、微孔膜（多孔、核孔膜）--微滤膜•3、非对称膜—反渗透膜、超滤膜•4、复合膜—反渗透膜、超滤膜•5、离子交换膜—电渗析膜均匀膜非对称性膜微孔膜铝膜聚酰胺转相膜常见膜纳米管膜（三）膜的性能•1、分离效率：如脱盐率或截留率•2、渗透通量：单位时间内通过单位膜面积的透过物量。•3、通量衰减系数：因浓差极化、膜的压密以及膜孔堵塞等原因，造成膜渗透通量随时间而衰减的程度。三、反渗透•（一）反渗透的原理•1、渗透（水分子会经由扩散方式通过细胞膜）•2、渗透平衡•3、反渗透•当对溶液施加的压力超过渗透压时，溶液中溶剂（水）以压力差为推动力，透过膜向纯溶剂（水）侧迁移，实现了从溶液中分离出溶剂（水）。•（二）反渗透过滤膜的传质机理•对水优先吸附•（三）反渗透的浓差极化与渗透通量1、浓差极化现象溶质聚集于膜表面浓缩，溶质从膜表面向溶液主体反向扩散。•2、浓差极化对反渗透的渗透通量的影响（1）溶剂渗透通量下降（2）溶质渗透通量上升（3）溶质易结晶沉淀，降低溶剂回收率。3、减少浓差极化的措施提高料液流速；增大湍流程度）；提高操作温度；对膜进行定期“反冲”和清洗。（四）反渗透的流程和装置反渗透装置主要包括过滤器、泵和膜组件（将膜以某种形式组装在一个基本单元内）透过液的回收率不高，在工业中很少采用1、一级一段连续式2、一级一段循环式部分浓缩液返回进料液贮槽与原有的进料液混合后，再次通过组件分离，水回收率有所提高。但因浓缩液中溶质含量较原料液高，透过液的质量有所下降。3、一级多段连续式水的回收率提高，浓缩液的量减少，但由于浓缩液中溶质的含量增大，流动阻力较大，有时需高压泵。另外随“段数”增高，膜面积要依次减小。4、一级多段循环式以一级二段循环式为例：第二段的透过水质较第一段差，这种方法可得到较高浓度的浓缩液。可用于以浓缩为主要目的的分离，如果汁浓缩。5、多级多段流程有连续式和循环式之分，溶剂回收率较高，同时透过液质量也较高，对膜的选择更广泛，且对操作压差可以降低；但各级多需要泵将料液提高到较高的压力，能耗增加。四、超滤和微滤（一）过滤原理在压力差的作用下，利用膜的孔径的大小对微粒进行机械筛分和截留。超滤：截留大分子溶质微滤：截留胶体或更大尺寸的微粒（二）超滤的浓差极化与渗透通量1、浓差极化（1）原因：与反渗透类似（2）危害：更大，会明显降低渗透通量（溶质在膜面上形成凝胶层），甚至造成“膜污染”。（3）减轻浓差极化的方法提高料液流速；适当提高料液温度；定期进行反冲、酸碱清洗。2、渗透通量（三）超滤的工艺流程1、间歇错流：常用于小型生产或实验室截留液全循环截留液部分循环单级连续操作多级连续操作2、连续错流五、反渗透、超滤和微滤的主要设备主要设备反渗透和超滤、微滤操作的基本设备包括预处理过滤器、高压泵、膜组件。其中膜组件是反渗透和超滤操作的主体设备。膜组件板框式管式螺旋卷式中空纤维式（一）板框式膜组件（二）管式膜组件（三）螺旋卷式膜组件（四）中空纤维膜组件该膜是一种极细的空心管，具有可以承受高压、过滤面积大，不需支撑材料的特点，有内压式、外压式两种。内压式反渗透及超滤装置六、电渗析（一）基本原理指在直流电场的作用下，以电位差为推动力，溶液中带电离子选择性地透过离子交换膜的分离操作。1、同性离子的迁移2、电解质的浓差扩散3、水的渗透4、压差渗漏5、水的电渗析（二）电渗析中的传递过程与伴随过程•（三）电极反应和电极电位电极反应在阳极室和阴极室级水分别呈酸性和碱性性，并有气体产生，故材料应耐腐蚀，且级水应定时排出。+--222-1+-21HO=H+OH;2OH-2e=O+HO21Cl-e=Cl;H+Cl=HCl2+-+22+-H+OH=HO;2H+2e=H+OH=NaOHNa阳极阴极（四）电渗析装置1、基本结构电渗析的主要部件离子交换膜隔板电极夹紧装置浓、淡水隔板（a）有回路（b）无回路1，6—料液流道；2，5—进水孔；3，8—出水孔；4，7—隔网•2、电渗析的操作流程（1）并联组装（2）串联组装七、膜分离在食品工业的应用•（一）乳品加工：节约操作费用，无加热过程，产品品质好。•（二）酶制剂生产•（三）其他方面的应用•1、纯净水的制备•2、啤酒的精制•3、脱盐•4、果汁澄清