化工原理(第四版)谭天恩-第十四章-其他传质分离过程.ppt

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1、目录目录第十四章第十四章 其他传质分离过程其他传质分离过程 第一节第一节 概述概述 第二节第二节超临界流体萃取超临界流体萃取一、什么是超临界萃取？二、超临界萃取流程三、应用 第三节第三节 吸附吸附一、什么是吸附？二、常用的吸附剂三、吸附分类四、吸附应用五、吸附过程1化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录目录目录 第四节第四节 膜分离膜分离一、概述二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象三、电渗析及浓差极化现象四、气体（膜）分离五、渗透汽化六、膜污染及防治 第十四章小结第十四章小结2化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第十四章第十四章

2、 其他传质分离过程其他传质分离过程常规分离技术：常规分离技术：机械分离、蒸发、吸收、精馏、萃取、机械分离、蒸发、吸收、精馏、萃取、干燥、吸附、结晶等干燥、吸附、结晶等第一节第一节 概述概述新型分离技术：新型分离技术：超临界萃取、液膜萃取、双水相萃取、超临界萃取、液膜萃取、双水相萃取、色谱分离技术，反渗透、超过滤、气色谱分离技术，反渗透、超过滤、气 体分离，膜分离、膜蒸馏、泡沫分离等。体分离，膜分离、膜蒸馏、泡沫分离等。适用于如原子能、空间技术、电子工适用于如原子能、空间技术、电子工业等部门需要纯度较高的原料的制取，业等部门需要纯度较高的原料的制取，如稀溶液中将有价值的微量组分提取如稀溶液中将有

3、价值的微量组分提取出来（欲分离出去和提取出来的组分出来（欲分离出去和提取出来的组分的含量均为的含量均为10-6级）级）适于溶液中组分含适于溶液中组分含量较高物系的分离量较高物系的分离3化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第一节第一节 概述概述 无论是常规分离，还是新型分离过程都是在分离装置无论是常规分离，还是新型分离过程都是在分离装置中，对原料施加中，对原料施加能量能量或或分离剂分离剂（在利用化学能时使用），（在利用化学能时使用），对混合物各组分所持有的对混合物各组分所持有的性质差性质差产生作用，使分离得以进产生作用，使分离得以进行，产生两个以上的产品。行，产生两个以上的产品。分

4、离装置分离装置原料物流原料物流（一个或（一个或数个）数个）能量或分离剂能量或分离剂两个以上的产品物流两个以上的产品物流（浓度不同）（浓度不同）4化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第一节第一节 概述概述可被可被利用利用于分于分离的离的性质性质物理化学生物学力学性质密度、摩擦力、表面张力、尺寸、质量密度、摩擦力、表面张力、尺寸、质量等。等。如重力沉降、过滤。如重力沉降、过滤。热力学性质熔点、沸点、临界点、转变点、蒸汽压、熔点、沸点、临界点、转变点、蒸汽压、溶解度、分配系数、吸附等。溶解度、分配系数、吸附等。如蒸发、蒸馏、吸收、萃取、吸附等。如蒸发、蒸馏、吸收、萃取、吸附等。电、磁性

5、质电导率、介电常数、迁移率、电荷、淌电导率、介电常数、迁移率、电荷、淌度、磁化率等。度、磁化率等。如电除尘、电解、电渗析。如电除尘、电解、电渗析。输送性质扩散系数、分子飞行速度扩散系数、分子飞行速度如渗析。如渗析。反应速度性质反应速度常数反应速度常数热力学性质反应平衡常数、化学吸附平衡常数、反应平衡常数、化学吸附平衡常数、离解常数、电离电位离解常数、电离电位生物学亲和力、生物学吸附平衡、生物学反应速度常数生物学亲和力、生物学吸附平衡、生物学反应速度常数5化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第一节第一节 概述概述分离方法的选择分离方法的选择 由混合物组分间的性质差、产品规模、产品纯

6、度和由混合物组分间的性质差、产品规模、产品纯度和回收率、环保、经济性等条件决定。回收率、环保、经济性等条件决定。例如对空气的分离，例如对空气的分离，大规模生产用深冷蒸馏法大规模生产用深冷蒸馏法中等规模可用膜分离法中等规模可用膜分离法小规模可用吸附法。小规模可用吸附法。6化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第二节第二节 超临界流体萃取超临界流体萃取一、什么是超临界萃取？一、什么是超临界萃取？超临界流体：超临界流体：当气体处于临界温度之上，无论压力多高也不当气体处于临界温度之上，无论压力多高也不能液化，仍为气体，称此时的气体为。能液化，仍为气体，称此时的气体为。SFESFE或或SCF

7、ESCFE 超临界流体性质介于气体和液体之间。既有气体超临界流体性质介于气体和液体之间。既有气体黏度小、扩散系数大（见下表）的特点，又有液体黏度小、扩散系数大（见下表）的特点，又有液体密度大、溶解能力大的特点。密度大、溶解能力大的特点。流体流体密度，密度，kg/m3黏度，黏度，mPa s扩散系数，扩散系数，cm2 s-1常压气体常压气体1530超临界流体超临界流体常压液体常压液体15300.264009006001600(13)10-2(39)10-20.230.10.40.2 10-3(0.22)10-57化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、什么是超临界萃取？一、什么是超临

8、界萃取？超临界萃取：超临界萃取：利用超临界流体的特异溶解力，高压下选择性地溶解利用超临界流体的特异溶解力，高压下选择性地溶解溶质，然后升温、降压将萃取剂与溶质分离的方法称为溶质，然后升温、降压将萃取剂与溶质分离的方法称为。常用的超临界流体：常用的超临界流体：CO2-临界温度临界温度31.06，临界压力，临界压力7.39MPa临界温度不高；临界温度不高；无毒；无毒；价廉；价廉；化学惰性。化学惰性。小常识：小常识：早在早在18791879年年J.B.HannayJ.B.Hannay就发现无机盐在高压乙醇或乙就发现无机盐在高压乙醇或乙醚中的溶解度异常增加的现象；醚中的溶解度异常增加的现象；2020世

9、纪世纪5050年代，美国将年代，美国将SFESFE用于工业分离；用于工业分离；2020世纪世纪8080年代，年代，SFESFE成为一门热门学科。成为一门热门学科。8化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第二节第二节超临界流体萃取超临界流体萃取二、超临界萃取流程二、超临界萃取流程等温法：等温法：应用最方便应用最方便萃取相从萃取槽抽出；萃取相从萃取槽抽出；经膨胀阀压力降低使萃经膨胀阀压力降低使萃取剂与溶质在分离槽分取剂与溶质在分离槽分离；离；气相萃取剂经压缩机压气相萃取剂经压缩机压缩回到萃取槽循环使用缩回到萃取槽循环使用9化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第二节第二节超

10、临界流体萃取超临界流体萃取二、超临界萃取流程二、超临界萃取流程等压法：等压法：萃取相从萃取槽抽出；萃取相从萃取槽抽出；经加热器加热使萃取剂经加热器加热使萃取剂与溶质在分离槽分离；与溶质在分离槽分离；气相萃取剂经冷却压缩气相萃取剂经冷却压缩后回到萃取槽循环使用后回到萃取槽循环使用10化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第二节第二节超临界流体萃取超临界流体萃取二、超临界萃取流程二、超临界萃取流程吸附法：吸附法：萃取相从萃取槽抽出；萃取相从萃取槽抽出；经装有吸附剂（只吸附经装有吸附剂（只吸附溶质）的分离槽使萃取溶质）的分离槽使萃取剂与溶质分离；剂与溶质分离；气相萃取剂经压缩后回气相萃取

11、剂经压缩后回到萃取槽循环使用到萃取槽循环使用11化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第二节第二节超临界流体萃取超临界流体萃取三、应用三、应用u中药有效成分的提取；中药有效成分的提取；u天然香料的提取；天然香料的提取；u食品业：如从咖啡中脱除咖啡因，从奶油中脱胆固醇食品业：如从咖啡中脱除咖啡因，从奶油中脱胆固醇等；等；u化学工业：如渣油中脱沥青和润滑油等。化学工业：如渣油中脱沥青和润滑油等。-适用于小规模、回收或提纯高价值的产品适用于小规模、回收或提纯高价值的产品12化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附一、什么是吸附？一、什么是吸附？多多孔孔性性

12、固固体体表表面面的的分分子子或或原原子子因因受受力力不不均均而而具具有有剩剩余余的的表表面面能能，当当流流体体中中的的某某些些物物质质碰碰撞撞固固体体表表面面时时，受受到到这这些些不不平平衡衡力力的的作作用用就就会会停停留留在在固固体体表表面面上上，这这种种现现象象称称为为。吸附剂（固体）吸附剂（固体）吸附质吸附质13化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附二、常用的吸附剂二、常用的吸附剂要求：要求：u表面积大；表面积大；u选择性高；选择性高；u机械强度好；机械强度好；u化学稳定性、热稳定性好，价廉易得。化学稳定性、热稳定性好，价廉易得。14化工原理化工原理电子

13、教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附二、常用的吸附剂二、常用的吸附剂吸附剂吸附剂活性炭活性炭活性氧活性氧化铝化铝 分子筛分子筛活性土活性土硅胶硅胶15化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附三、吸附分类三、吸附分类按吸附作用力按吸附作用力的不同分的不同分物理物理吸附吸附化学化学吸附吸附离子离子交换交换吸附吸附吸附力吸附力：范德华力：范德华力特特点点：被被吸吸附附的的分分子子不不是是附附着着在在吸吸附附剂剂表表面面的的特特定定位位置置上上，而而是是稍稍能能在在介介质质表表面面上上作作自自由由移移动动，常常常常为为多层吸附。多层吸附。吸附力吸附力：化

14、学键力：化学键力特特点点：需需要要在在较较高高温温度度下下进进行行，选择性较强，为单分子层吸附。选择性较强，为单分子层吸附。吸附力吸附力：静电力。：静电力。特点特点：每吸附一个吸附质的离子，：每吸附一个吸附质的离子，同时吸附剂放出一个等当量的离子，同时吸附剂放出一个等当量的离子，离离子子带带电电荷荷越越多多，它它在在吸吸附附剂剂表表面面吸吸附力越强。附力越强。16化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附三、吸附分类三、吸附分类按吸附条件按吸附条件的不同分的不同分变温变温吸附吸附变压变压吸附吸附特点特点：低温吸附，高温脱附低温吸附，高温脱附特点特点：高压吸附，低压

15、脱附高压吸附，低压脱附17化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附四、吸附应用四、吸附应用气体和液气体和液体的深度干体的深度干燥燥从废水或废从废水或废气中除去有气中除去有害的物质害的物质 吸附应用吸附应用气体的分气体的分离和精制离和精制 有机烷烃和有机烷烃和芳烃的分离芳烃的分离和精制和精制食品、药品和食品、药品和有机石油产品有机石油产品的脱色、除臭的脱色、除臭18化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第三节第三节 吸附吸附五、吸附过程五、吸附过程吸附过程分为三步：吸附过程分为三步：u吸附质扩散至吸附剂颗粒表面吸附质扩散至吸附剂颗粒表面-外扩散外扩散u

16、经孔隙扩散至内表面经孔隙扩散至内表面-内扩散内扩散u吸附质被吸附吸附质被吸附-这一过程通常很快。这一过程通常很快。19化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第四节第四节 膜分离膜分离一、概述一、概述 以以膜膜为为分分离离介介质质，在在压压力力差差（或或浓浓度度差差、电电位位差差、温温度度差差等等）推推动动下下，利利用用体体系系中中各各组组分分对对膜膜的的渗渗透透速速率率的的差差异异来实现分离、提纯或浓缩的新型分离技术。来实现分离、提纯或浓缩的新型分离技术。1 1、什么是膜分离？、什么是膜分离？分离膜（固分离膜（固膜、液膜）膜、液膜）：具有选择透具有选择透过性过性被被公公认认为为是是

17、20-21世世纪纪中中期期最最有有发发展展前前途途得高新技术之一得高新技术之一20化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、概述一、概述2、膜分离种类、膜分离种类微滤微滤超滤超滤纳滤纳滤反渗透反渗透电渗析电渗析气体分离气体分离渗透汽化和蒸气渗透渗透汽化和蒸气渗透等等等等21化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、概述一、概述3、膜分离发展简史、膜分离发展简史19世纪中叶，世纪中叶，Graham发现透析现象；发现透析现象；20世纪世纪30年代，德国建立世界首座生产微滤膜的工厂；年代，德国建立世界首座生产微滤膜的工厂；20世纪世纪50年代，电渗析工业发展起来；年代，电渗析

18、工业发展起来；20世纪世纪60年代，世界上第一章反渗透膜面世；年代，世界上第一章反渗透膜面世；20世纪世纪70年代，超滤技术发展起来；年代，超滤技术发展起来；20世纪世纪80年代，气体分离技术发展迅速；年代，气体分离技术发展迅速；20世纪世纪90年代，纳滤技术发展起来。年代，纳滤技术发展起来。22化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、概述一、概述4、特点及适用场合、特点及适用场合优点：优点：在常温下即可进行，能耗低，在常温下即可进行，能耗低，设备很少需要维护，操作十分简便，设备很少需要维护，操作十分简便，分离效率高，设备体积较小，分离效率高，设备体积较小，不污染产品和环境。不污

19、染产品和环境。缺点：缺点：膜强度通常较差，寿命不长；膜强度通常较差，寿命不长；膜易污染膜易污染23化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、概述一、概述4、特点及适用场合、特点及适用场合适用场合：适用场合：（1）化学性质及物理性质相似的组分；化学性质及物理性质相似的组分；（2）结构的或取代基位置相似的异构物混合物。）结构的或取代基位置相似的异构物混合物。（3）含有热敏性组分的混合物。）含有热敏性组分的混合物。（4）浓浓度度极极稀稀溶溶液液，如如饮饮用用水水净净化化、工工业业用用水水处处理理，食食品品、饮饮料料用用水水净净化化、除除菌菌，生生物物活活性性物质回收、精制等。物质回收、精

20、制等。常规分离方法不能经济、常规分离方法不能经济、合理地进行分离的时候。合理地进行分离的时候。24化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、概述一、概述5、应用、应用广泛用于水处理、医药、食品、化工、环保等行业。广泛用于水处理、医药、食品、化工、环保等行业。25化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章一、概述一、概述6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件膜的种类：膜的种类：固膜固膜-目前工业上应用多为固膜目前工业上应用多为固膜液膜液膜-目前主要用在废水处理的中试规模目前主要用在废水处理的中试规模气膜气膜-目前处于研究阶段目前处于研究阶段按按膜膜的的物物态态分分26化工原理化工

21、原理电子教案电子教案/第十四章第十四章6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件固膜的种类：固膜的种类：天然膜天然膜合成膜合成膜无机膜无机膜有机高分子膜有机高分子膜固膜固膜目目前前工工业业上上以此为主以此为主按膜的材质分：按膜的材质分：27化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章固膜的种类：固膜的种类：对称膜对称膜不对称膜不对称膜固膜固膜按膜的结构分：按膜的结构分：-又称均质膜，指膜截面上孔径与孔径分布基本一又称均质膜，指膜截面上孔径与孔径分布基本一 致的膜。主要用于研究，工业实用价值不大。致的膜。主要用于研究，工业实用价值不大。-表面为极薄的致密层，下面是多孔支撑层。表面为极薄的致密层

22、，下面是多孔支撑层。-表面致密层和多孔支撑层分别用两种不同材料制成表面致密层和多孔支撑层分别用两种不同材料制成 ，目前应用以此为主。，目前应用以此为主。复合膜复合膜6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件28化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章固膜的种类：固膜的种类：多孔膜多孔膜致密膜致密膜固膜固膜按膜的结构分：按膜的结构分：-分离机理是筛分原理，体现在超滤、微滤、渗析分离机理是筛分原理，体现在超滤、微滤、渗析 或不对称膜及复合膜中的支撑层中。或不对称膜及复合膜中的支撑层中。-分离机理是溶解分离机理是溶解-扩散原理，体现在反渗透、气体扩散原理，体现在反渗透、气体 分离、渗透汽化中。

23、分离、渗透汽化中。6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件29化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章膜组件膜组件：为在单位体积内获得尽可能大的膜面积，一般膜元件形为在单位体积内获得尽可能大的膜面积，一般膜元件形式有式有板框式、中空纤维式、管式、卷式板框式、中空纤维式、管式、卷式四种。四种。6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件将膜制成一定的形状的元件，并提供进料、出料将膜制成一定的形状的元件，并提供进料、出料的通道（如图），称为。的通道（如图），称为。30化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件板框式板框式 是最早商品化是最早商品化的膜

24、组件。的膜组件。板式膜组件的板式膜组件的膜单元由刚性的膜单元由刚性的支撑板、膜片及支撑板、膜片及置于支撑板与膜置于支撑板与膜片之间的透过液片之间的透过液隔网组成。隔网组成。31化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件管式管式进料进料不透过物不透过物渗透物渗透物渗透物渗透物管式膜内径管式膜内径通常在通常在12.525mm，长度，长度0.66.4m 32化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件中空纤维式中空纤维式中空纤维膜截中空纤维膜截面成圆环形，面成圆环形，外径一般为外径一般为40250m，外，外径与

25、内径之比径与内径之比多为多为24聚丙烯腈中空纤维膜电子显微镜照片聚丙烯腈中空纤维膜电子显微镜照片中空纤维超滤膜断面电镜图中空纤维超滤膜断面电镜图中空纤维膜的实质中空纤维膜的实质是管式膜，两者的是管式膜，两者的主要差异是中空纤主要差异是中空纤维为无支撑体的自维为无支撑体的自支撑膜，管式膜则支撑膜，管式膜则有支撑体。有支撑体。33化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章6 6、分离膜和膜组件、分离膜和膜组件卷式卷式34化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象微滤（微滤（MF）、超滤（）、超滤（U

26、F）、纳滤（）、纳滤（NF）、反渗透）、反渗透（RO）四者共同点和异同点：）四者共同点和异同点：微滤（微滤（MF）是世界上开发应用最早的膜分离技术。是世界上开发应用最早的膜分离技术。共同点：共同点：异同点：异同点：推动力均为压差推动力均为压差u膜的孔径分布范围不同，如下页图；膜的孔径分布范围不同，如下页图；u分离机理不同：分离机理不同：微滤、超滤属筛分原理微滤、超滤属筛分原理纳滤、反渗透属溶解纳滤、反渗透属溶解-扩散原理扩散原理35化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章 反 渗 透 纳 滤 超 滤 微 滤 普 通 过 滤含水盐溶液 炭黑 颜 料 合成 色素 白蛋白 海沙 烟 草 灰

27、 酵 母 菌 金属离子 病 毒 细 菌活性灰内毒素/热精 靛 蓝红血球 花粉粒 糖 明 胶胶 乳 /乳 浊 液原子半径 石 棉 谷物-面粉 离 子 分 子 大分子 小微粒 大颗粒36化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象 依靠外界压力使溶剂依靠外界压力使溶剂从高浓度侧向低浓度侧渗从高浓度侧向低浓度侧渗透的过程称为。透的过程称为。反渗透是渗透的一种反反渗透是渗透的一种反向的迁移运动。向的迁移运动。反渗透膜反渗透膜的膜孔径非常小，仅为的膜孔径非常小，仅为10A10A0 0左右，因此能够有效地左右，因此能

28、够有效地去除水中的溶解盐类、胶去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，体、微生物、有机物等，去除率高达去除率高达97-98%97-98%。反渗透基本原理：反渗透基本原理：半透膜 纯水 盐溶液渗透压外压37化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象浓差极化现象：浓差极化现象：u浓差极化现象不可避免；浓差极化现象不可避免；u浓差极化现象的存在不利于传质：浓差极化现象的存在不利于传质：被截留的组分被截留的组分膜表面附近形成凝胶层，使传质阻力大大增加；膜表面附近形成凝胶层，使传质阻力大大增加；被截留的组分在

29、膜的表面富积，而主体区被截留的组分在膜的表面富积，而主体区的浓度较小，这种现象称为。的浓度较小，这种现象称为。38化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象二、微滤、超滤、纳滤、反渗透及浓差极化现象应用：应用：微滤：制药行业的过滤除菌、电子工业用的高纯度水的制微滤：制药行业的过滤除菌、电子工业用的高纯度水的制 备是其最大应用领域；备是其最大应用领域；超滤：食品工业和乳清处理是其最大应用领域；超滤：食品工业和乳清处理是其最大应用领域；纳滤：饮用水制备，废水处理，果汁浓缩、抗生素浓缩等纳滤：饮用水制备，废水处理，果汁浓缩、抗生素浓缩等 方面。方面。

30、反渗透：海水制淡水、乳品加工等反渗透：海水制淡水、乳品加工等39化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章三、电渗析及浓差极化现象三、电渗析及浓差极化现象电渗析过程原理电渗析过程原理 电电渗渗析析是是利利用用离离子子交交换换膜膜在在电电位位差差推推动动力力的的作作用用下下，从从水水溶溶液液中中脱脱除除离离子子的的一一种分离技术。种分离技术。阳膜阳膜-只允许阳离子通过只允许阳离子通过阴膜阴膜-只允许阴离子通过只允许阴离子通过电渗析技术是电渗析技术是20世世纪纪50年代发展起来年代发展起来的。的。40化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章三、电渗析及浓差极化现象三、电渗析及浓差

31、极化现象浓差极化现象：浓差极化现象：当当电电流流增增大大到到某某一一数数值值时时，膜膜界界面面附附近近的的离离子子迅迅速速进进入入浓浓缩缩室室，而而溶溶液液中中的的相相应应离离子子来来不不及及扩扩散散补补充充过过来来，出出现现膜膜的的一一侧侧该该离离子子浓浓度度趋趋于于零零，这这一现象称为。一现象称为。阴离子极化区阴离子富积区41化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章三、电渗析及浓差极化现象三、电渗析及浓差极化现象浓浓差差极极化化现现象象的的不不利影响：利影响：阴离子极化区阴离子富积区u在膜表面上形成在膜表面上形成沉淀和结构，使传沉淀和结构，使传质阻力大大增加；质阻力大大增加；u产

32、生产生H、OH以以弥补迁移离子的不弥补迁移离子的不足，这相当于水的足，这相当于水的分解，使电能效率分解，使电能效率下降。下降。42化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章三、电渗析及浓差极化现象三、电渗析及浓差极化现象应用：应用：海水淡化、废水处理等海水淡化、废水处理等43化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章四、气体（膜）分离四、气体（膜）分离应用举例：应用举例：由合成氨弛放气中回收氢气（由合成氨弛放气中回收氢气（1979）；）；制取富氧空气；制取富氧空气；由天然气中回收浓缩氦气；由天然气中回收浓缩氦气；以金属钯膜制取超纯氢；以金属钯膜制取超纯氢；水果保鲜系统；水果保鲜

33、系统；医用富氧器医用富氧器原理：原理：根据混合原料气中各组分在压力的作用下，通过半透根据混合原料气中各组分在压力的作用下，通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的原理（溶解膜的相对传递速率不同而得以分离的原理（溶解-扩散）。扩散）。气体分离技术出现时间晚但发展迅速。气体分离技术出现时间晚但发展迅速。优点：优点：能耗低、占地小、投资少、无污染，成为低温精馏、能耗低、占地小、投资少、无污染，成为低温精馏、吸收、变压吸附等气体分离方法的有力竞争者。吸收、变压吸附等气体分离方法的有力竞争者。44化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章五、渗透汽化和蒸汽渗透五、渗透汽化和蒸汽渗透 早在一百多年

34、前，人们就发现了渗透蒸发现象，但早在一百多年前，人们就发现了渗透蒸发现象，但直到上世纪直到上世纪5060年代，以年代，以Kammermyer，Binning，Michaels和和Long，Neel为代表的学者才开始了对渗透蒸为代表的学者才开始了对渗透蒸发的系统研究。而该技术得到广泛重视是在能源危机后发的系统研究。而该技术得到广泛重视是在能源危机后的的70年代至年代至80年代初。迄今为止，在世界各地已建成年代初。迄今为止，在世界各地已建成140余套工业装置。余套工业装置。1、渗透汽化（、渗透汽化（PV）Pervaporation45化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章五、渗透汽化五

35、、渗透汽化渗透汽化原理：渗透汽化原理：液体混合物在膜两侧压差的作液体混合物在膜两侧压差的作用下，利用膜对被分离混合物中用下，利用膜对被分离混合物中某组分有优先选择性透过的特点，某组分有优先选择性透过的特点，使该组分渗透通过膜并在膜的下使该组分渗透通过膜并在膜的下游侧气化去除，从而达到混合物游侧气化去除，从而达到混合物的分离提纯的一种膜分离技术。的分离提纯的一种膜分离技术。过程属溶解过程属溶解-扩散机理。扩散机理。吸吸附附扩扩散散渗渗透透汽汽化化膜膜溶液溶液46化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章五、渗透汽化五、渗透汽化渗透汽化的应用：渗透汽化的应用：大量的研究表明，在某些特殊场合

36、下，它具有极大的大量的研究表明，在某些特殊场合下，它具有极大的应用价值，应用价值，如在沸点相近或恒沸物的分离（苯如在沸点相近或恒沸物的分离（苯-环己烷、苯乙烯环己烷、苯乙烯-乙苯、二甲苯异构体等乙苯、二甲苯异构体等)；有机溶剂脱水和水中有机物脱除（异丙醇的脱水浓缩、有机溶剂脱水和水中有机物脱除（异丙醇的脱水浓缩、无水乙醇的生产、有机物中微量水分的脱除等）无水乙醇的生产、有机物中微量水分的脱除等）渗透气化的操作简单，不需加入其他分离剂等物质，渗透气化的操作简单，不需加入其他分离剂等物质，不存在产品和环境的污染问题。不存在产品和环境的污染问题。47化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章

37、六、膜污染及防治六、膜污染及防治膜污染：膜污染：是指料液中的微粒、胶体等吸附或沉积在膜表面是指料液中的微粒、胶体等吸附或沉积在膜表面或膜孔内，造成膜孔变小或堵塞的不可逆现象。或膜孔内，造成膜孔变小或堵塞的不可逆现象。防治：防治：u原料液预处理原料液预处理-热处理、调节热处理、调节pH值、预微滤、预超滤等值、预微滤、预超滤等u运行条件的适当选择运行条件的适当选择-采用错流、湍流强化器等采用错流、湍流强化器等u膜材料的适当选择膜材料的适当选择-通常认为强亲水性膜或强疏水性且通常认为强亲水性膜或强疏水性且膜表面电荷与溶质电荷相同的膜较耐污染。膜表面电荷与溶质电荷相同的膜较耐污染。48化工原理化工原理电子教案电子教案/第十四章第十四章第十四章第十四章 小小 结结u重点掌握每种新型分离方法的原理、特点；重点掌握每种新型分离方法的原理、特点；u浓差极化及其影响浓差极化及其影响49