膜分离应用精选PPT.ppt

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1、膜分离应用第1页，此课件共52页哦透析_人工肾第2页，此课件共52页哦人工肾是利用透析原理制成的，它是研究得最早而又最成熟的人造器官。人工肾实际上是一台“透析机”，血液里的排泄物（尿素、尿酸等小分子、离子）能透过人工肾里的半透膜，而血球、蛋白质等半径大的有用物质都不能通过。目前，全世界靠移植人工肾存活的人已达十万以上。要制造高效微型适用的人工肾，关键在于研制出高选择性半透膜。目前研制的制膜材料有多种多样，它们主要是人工合成高分子化合物。聚丙烯腈硅橡胶是最常用的一种医用高分子化合物。它除了可作人工肾外，由于它有极高的可选择性，还可用它制成人工肝的渗透膜。它能够把血液里的毒物或排泄物，以及血液里过

2、量的氨迅速地渗析出来。过量的氨是肝脏发病时氨基酸转化而成的。这种人工肝可以把肝昏迷病人血液里的毒素迅速排除出去，使病情很快缓解，从而拯救肝脏危重病人的生命。还可以用聚丙烯腈硅橡胶做成空心纤维管，然后用几万根这样的毛细管组织人工肺的“肺泡”，并和心脏相连，人工肺泡组织能够吸进氧气，呼出二氧化碳气，使红血球、白血球、蛋白质等有用物质留在体内，完全和肺的功能一样。这种人工肺已用于临床。在日本利用这种人工肺已使很多丧失肺功能的病人获得新生。任何事物都有它的两面性，血液透析也不是十全十美的，在治疗疾病的同时，也会带来一些并发症，如穿刺部位发生血肿、出血、透析过程中出现高血压或低血压等。这些问题只要及时处

3、理，是完全可以克服的。制成的半透膜的形式也有多种多样，有的制成膜、有的制成空纤维状。这些膜在显微镜下观察，上面布满了微扎，扎的直径只有百万分之二到千分之三毫米。人工肾的研制成功挽救了千千万万肾功能裹竭的病人。现在人工肾已进入了第四代。第一代人工肾有近一间房屋大；第二代人工肾缩小到一张写字台那么大；第三代人工肾只有一个小手提箱那么大，病人背上它能行走自如；第四代人工肾是可以植入人体的小装置，应用起来更加便利。人工肾的发明，挽救和延长了许多肾脏病患者的生命。目前的人工肾还只能在人体外代替肾进行血液透析，需从病人动脉将血液引流出来，在人工肾经过透析后再从静脉输病人体内。今后人工肾的发展方向应象机体肾

4、那样不但具有透析功能，而且也应具有过滤和再吸收功能，并能够埋植于体内。第3页，此课件共52页哦透析的目的就是借助这种扩散速度的差使A侧二组分以上的溶质得以分离。不过这里所说的不是溶剂和溶质的分离(浓缩)，而是溶质之间的分离。浓度差(化学位)是这种分离过程的惟一推动力。这里用的透析膜也是半透膜的一种，它是根据溶质分子的大小和化学性质的不同而具有不同透过速度的选挥性透过膜，通常用于分离水溶液中的溶质。典型应用是人工肾脏。第4页，此课件共52页哦离子交换膜电渗析第5页，此课件共52页哦第6页，此课件共52页哦第7页，此课件共52页哦膜蒸馏VS膜渗透蒸发第8页，此课件共52页哦第9页，此课件共52页哦

5、第10页，此课件共52页哦第11页，此课件共52页哦渗透汽化与反渗透、超滤及气体分离等膜分离方法的最大区别在于，前者透过膜时，物料将产生相变，与膜蒸馏的本质区别也在于此膜蒸馏过程是疏水膜，蒸汽压力差推动力，气态物质通过膜，而渗透气化则是物质以浓度差为推动力通过扩散进入墨的另一侧然后才相变。因此在操作过程中必须不断加入至少相当于透过物潜热的热量，才能维持一定的操作温度。第12页，此课件共52页哦液膜分离应用简介第13页，此课件共52页哦第14页，此课件共52页哦第15页，此课件共52页哦膜在反应中的应用第16页，此课件共52页哦第17页，此课件共52页哦第18页，此课件共52页哦第19页，此课件

6、共52页哦第20页，此课件共52页哦膜传感器第21页，此课件共52页哦膜在药物缓释系统中的应用第22页，此课件共52页哦第23页，此课件共52页哦第24页，此课件共52页哦第25页，此课件共52页哦第26页，此课件共52页哦膜在水处理、食品、医药、生物工程等工业领域中的应用举例第27页，此课件共52页哦第28页，此课件共52页哦第29页，此课件共52页哦第30页，此课件共52页哦第31页，此课件共52页哦可以省略瞬时高温消毒（巴士灭菌）保证营养和完全除菌并节省成本。第32页，此课件共52页哦第33页，此课件共52页哦第34页，此课件共52页哦第35页，此课件共52页哦第36页，此课件共52页哦

7、第37页，此课件共52页哦膜技术在氯碱工业中的应用膜技术在氯碱工业中的应用 氯碱工业是基本化工原料工业，在国民经济中占有重要的地位，其主要产品烧碱（NaOH）、氯气和氢气广泛应用于国民经济各个部门。据统计，我国2000年烧碱生产能力已接近800万ta，实际生产量为680万ta，居世界第二位.其中，离子膜烧碱生产能力近280万ta，2000年实际产量200万ta。我国从20世纪80年代中期引进离子膜法制碱技术，并于90年代初由北京化工机械厂开始研制开发了具有专利技术的国产化离子膜电解槽，填补了国内空白.到目前为止国产化离子膜电解槽在国内的装备能力已超过100万ta，占国内离子膜烧碱总量的三分之一

8、强。但离子膜国产化一直处于研制试制阶段，离子膜还依赖进口.目前离子膜的生产公司只有3家，有美国的杜邦公司、日本的旭化成和日本的旭销子公司.离子膜烧碱以其节能、无污染、产品纯度高越来越得到广大用户的认可，仅短短的30多年，离子膜烧碱从无到有，并有逐步取代其它方法制碱的趋势。第38页，此课件共52页哦1、离子交换膜法制碱的电解原理 1.1 离子交换膜法制烧碱和氯气、氢气的电解原理电解反应方程式：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H21.2 复合膜的结构特点电解原理如图所示离子交换膜为阳离子选择透过性膜，现氯碱工业使用的均为氟纤维增强的全氟磺酸、全氟羧酸复合膜.复合膜主要由磺酸层、羧酸层和增

9、强网布组成.1.2.1 磺酸层的特点磺酸层的亲水性较好含水率较大，远高于羧酸层.膜含水率高，相应交换能量就大，也就是导电性较好，因磺酸层具有的特点，所以在电解中靠近阳极侧.1.2.2 羧酸层的特点羧酸层与磺酸层相比亲水性差，导电性能相应也差，电阻较高，但羧酸层选择性较好，对OH-的排斥性能优异.因而，羧酸层在电解中起阻挡作用靠近阴极侧，阻挡OH-向阳极液渗透，具有很高的阳离子选择渗透性.在电解中电流效率的高低取决于该层，由于羧酸层电阻高，所以在复合膜的制造中要尽量减薄此层第39页，此课件共52页哦1.3 离子膜的选择透过性在电解过程中NaCl水溶液中的Na+离子在电场力的作用下向阴极迁移，这时

10、遇到阳膜。于是首先与阳膜上的阳离子交换后，然后迁移通过膜到阴极室.同时阳膜上固定负电荷，将Cl-和OH-阴离子挡在阳极室，这就是阳离子膜的选择透过性，如图2所示这样离子交换膜把阴极液和阳极液彻底分开，获得高纯度的氢氧化钠，一般氢氧化钠中含NaCl量可以控制在40mgL以下，离子交换膜法解决了一般惰性隔膜法制烧碱不能将阴、阳极液彻底分开的问题.水化钠离子从阳极室透过离子膜迁移到阴极室，水分子也伴随迁移，1molNa+大约有3.5molH2O的水从阳极室迁移到阴极室，而Cl-只有少量通过离子膜扩散到阴极室，少量的OH-离子受阳极的吸引通过离子膜迁移到阳极室，从而在阳极侧生成Cl2和在阴极侧生成Na

11、OH和H2.第40页，此课件共52页哦2、离子交换膜法制烧碱的优点 2.1 能耗低离子交换膜法制烧碱与隔膜法制碱和汞法制碱相比具有直流电耗低、电流效率高、蒸汽消耗量小的特点，3种电解方法总能耗的比较见表1.由表1可以看出，离子膜法制碱的能耗比隔膜法制碱能耗低约700kWh，比汞法制碱低约900kWh.第41页，此课件共52页哦2.2 污染少传统的汞法、隔膜法始终解决不了铅、汞、石棉的污染，而离子膜法制碱解决了污染问题，整个离子膜电解装置实现了DCS自动控制，全系统密封无泄漏，并设置电流、电压、压差、液体压力、气体压力等联锁，保证了装置稳定、安全的运转.离子膜法采用的离子交换膜具有稳定的化学性能

12、，几乎无污染和毒害，避免了其它方法有铅、汞、石棉的污染.阳极盐水系统循环使用，氯气制成液氯或盐酸，少量尾气经处理制成次氯产品出售，整个系统的废气、废水量很少，且很易达到排放标准2.3 产品纯度高由于离子交换膜的特点，保证产品质量的纯度，NaOH中含盐40mgL以下，氯气纯度99%以上，氢气纯度99.9%以上，这些产品适用于精细化工和对产品品质要求高的行业.电解面积较大的离子膜电解槽.如用于国产MBC-2.7系列电解槽和国产BMCA-2.5单极槽、旭化成复极式自然循环槽、旭硝子AZEC-F1F2M3型电解槽、美国西方的MGL-6-20电解槽、意大利迪诺拉DD350电解槽、英国ICI的FM21电解

13、槽、日本氯工程的DCM406*2电解槽、德国伍德的BM27-120型电解槽.2）旭化成Aciplex膜主要适用于复极槽和有极距的电解槽，如用于国产MBC-2.7系列电解槽、旭化成复极式强制循环和自然循环槽、日本氯工程的DCM406*2电解槽.3）旭硝子Flemion膜主要适用于单极式和零极距电解槽，如用于国产BMCA-2.5单极槽和旭硝子AZEC-F1F2M3型电解槽阳极液pH值低于2时离子膜阴极侧的羧酸层会质子化失去导电性能，羧酸层质子化最终出现针孔。第42页，此课件共52页哦膜劣化及其对策第43页，此课件共52页哦第44页，此课件共52页哦第45页，此课件共52页哦第46页，此课件共52页哦第47页，此课件共52页哦膜材料回收工艺举例第48页，此课件共52页哦第49页，此课件共52页哦第50页，此课件共52页哦第51页，此课件共52页哦第52页，此课件共52页哦