水的膜分离技术.ppt
《水的膜分离技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水的膜分离技术.ppt(50页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 第十章第十章 膜膜 法法 第一节 概概 论论 第二节 电渗析电渗析 第三节 反渗透反渗透 第四节 超滤超滤第一节第一节 概概 述述 膜分离法是在膜分离法是在某种推动力作用某种推动力作用下,利下,利用用特殊的薄膜特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、电渗析、反渗透、超滤超滤,其次是,其次是自然渗析和液膜技术自然渗析和液膜技术.膜分离技术有以下共同特点:膜分离技术有以下共同特点:不发生相变,能量转化效率高不发生相变,能量转化效率高 ;在常温下进行;在常温下进行;装置简单,操作容易,
2、分离效率高。装置简单,操作容易,分离效率高。在直流电场的作用下,利用离子交换膜的在直流电场的作用下,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从水中分离出来的选择透过性,把电解质从水中分离出来的过程。过程。第二节第二节 电渗析电渗析一、电渗析原理和工作过程 1.1.原理原理 CC阳膜阳膜 A A阴膜阴膜 阳极:阳极:Cl Cl-Cl Cl2 2+2e +2e 阴极阴极 :2H2H+2e H+2e H2 2(氧化反应):(氧化反应):4OH 4OH-O O2 2+2H+2H2 2O+4e O+4e (还原反应):(还原反应):图9-1电渗析工作原理图 Cl-Na+2.2.工作过程工作过程u主要过程:主
3、要过程:主要过程:主要过程:离子电迁移和电极反应离子电迁移和电极反应离子电迁移和电极反应离子电迁移和电极反应 u次要过程次要过程次要过程次要过程 (1 1 1 1)反离子的迁移)反离子的迁移)反离子的迁移)反离子的迁移 (2 2 2 2)电解质浓差扩散)电解质浓差扩散)电解质浓差扩散)电解质浓差扩散 (3 3 3 3)水的渗透)水的渗透)水的渗透)水的渗透 (4 4 4 4)水的电渗透)水的电渗透)水的电渗透)水的电渗透 (5 5 5 5)水的压渗)水的压渗)水的压渗)水的压渗 (6 6 6 6)水的电离)水的电离)水的电离)水的电离 海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图二、离子交换膜
4、二、离子交换膜1、离子交换膜的分类离子交换膜的分类2、离子交换膜性能离子交换膜性能3、离子交换膜选择透过性机理离子交换膜选择透过性机理1 1、离子交换膜的分类、离子交换膜的分类、离子交换膜的分类、离子交换膜的分类 (1 1 1 1)按膜体结构分类)按膜体结构分类)按膜体结构分类)按膜体结构分类 a a异相膜异相膜 b b半均相膜半均相膜 c c均相膜均相膜 (2 2 2 2)按活性基团分类)按活性基团分类)按活性基团分类)按活性基团分类 a a阳离子交换膜阳离子交换膜 b.b.阴离子交换膜阴离子交换膜 c c特种膜特种膜 (3 3 3 3)按材料性质分类)按材料性质分类)按材料性质分类)按材料
5、性质分类 a.a.有机离子交换膜有机离子交换膜 b.b.无机离子交换膜无机离子交换膜 二、离子交换膜二、离子交换膜离子交换膜离子交换膜电渗析器电渗析器2、离子交换膜的性能离子交换膜的性能(1 1 1 1)交换容量)交换容量)交换容量)交换容量 一定量膜样品中所含活性基团数,一定量膜样品中所含活性基团数,一定量膜样品中所含活性基团数,一定量膜样品中所含活性基团数,通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交换离子的毫克当量数表示。换离子的毫克当量数表示。换离子的毫克
6、当量数表示。换离子的毫克当量数表示。(2 2 2 2)含水量)含水量)含水量)含水量 湿膜中所含水的百分数。湿膜中所含水的百分数。湿膜中所含水的百分数。湿膜中所含水的百分数。一般为一般为一般为一般为3030303050505050。(3 3 3 3)破裂强度)破裂强度)破裂强度)破裂强度 衡量膜机械强度的重要指标之一。衡量膜机械强度的重要指标之一。衡量膜机械强度的重要指标之一。衡量膜机械强度的重要指标之一。(4 4 4 4)厚度)厚度)厚度)厚度 膜厚度与膜电阻和机械强度有关。膜厚度与膜电阻和机械强度有关。膜厚度与膜电阻和机械强度有关。膜厚度与膜电阻和机械强度有关。一般异相膜约一般异相膜约一般
7、异相膜约一般异相膜约1mm1mm1mm1mm,均相膜均相膜均相膜均相膜0.20.20.20.20.6mm0.6mm0.6mm0.6mm,最薄的为,最薄的为,最薄的为,最薄的为0.015mm0.015mm0.015mm0.015mm。(6 6 6 6)选择透过性)选择透过性)选择透过性)选择透过性 膜中离子的选择透过性可用膜中离子的选择透过性可用膜中离子的选择透过性可用膜中离子的选择透过性可用选择选择选择选择透过率透过率透过率透过率来表示。来表示。来表示。来表示。阳膜对阳离子的选择透过阳膜对阳离子的选择透过阳膜对阳离子的选择透过阳膜对阳离子的选择透过性性性性阴膜对阴离子的选择透过性阴膜对阴离子的
8、选择透过性阴膜对阴离子的选择透过性阴膜对阴离子的选择透过性(5 5)导电性)导电性)导电性)导电性可用电阻率、电导率或面电阻来表示,可用电阻率、电导率或面电阻来表示,可用电阻率、电导率或面电阻来表示,可用电阻率、电导率或面电阻来表示,面电阻表示单位膜面积的电阻(面电阻表示单位膜面积的电阻(面电阻表示单位膜面积的电阻(面电阻表示单位膜面积的电阻(cmcmcmcm-2-2-2-2)。)。)。)。3离子交换膜的选择性透过机理离子交换膜的选择性透过机理 (1 1)双电层理论)双电层理论 (2 2)DonnanDonnan膜平衡理论膜平衡理论膜平衡理论膜平衡理论三、三、电渗析器的构造电渗析器的构造1.1
9、.构造构造 膜堆膜堆:一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排:一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排列组成最基本的脱盐单元,称为膜对。列组成最基本的脱盐单元,称为膜对。电极之间若干膜对组成膜堆。电极之间若干膜对组成膜堆。极区极区:电极、极框、电极托板、橡胶垫板。:电极、极框、电极托板、橡胶垫板。紧固装置紧固装置:压杆、螺杆紧固。:压杆、螺杆紧固。配套设备配套设备:整流器、水泵、转子流量计等:整流器、水泵、转子流量计等。(1)(1)离子交换膜离子交换膜 (组装前对膜的处理)组装前对膜的处理)首先将膜放在操作溶液中浸泡首先将膜放在操作溶液中浸泡24244848小时,小时,使之与膜外溶液平衡,然后剪裁打孔。膜的
10、尺使之与膜外溶液平衡,然后剪裁打孔。膜的尺寸大小比隔板周边小寸大小比隔板周边小1 mm1 mm,应比隔板水孔大,应比隔板水孔大1 1 mmmm。电渗析停运时,应在电渗析器中充满溶液,。电渗析停运时,应在电渗析器中充满溶液,以防膜发霉变质,或膜因干燥收缩变形甚至破以防膜发霉变质,或膜因干燥收缩变形甚至破裂。裂。(2 2)隔板()隔板(放在阳、阴膜之间放在阳、阴膜之间放在阳、阴膜之间放在阳、阴膜之间)作用作用作用作用膜的支撑体膜的支撑体膜的支撑体膜的支撑体;水流通道水流通道水流通道水流通道。隔板上有进出水孔、配水槽及过水道,其结构如隔板上有进出水孔、配水槽及过水道,其结构如隔板上有进出水孔、配水槽
11、及过水道,其结构如隔板上有进出水孔、配水槽及过水道,其结构如图。为了支撑膜和加强搅拌作用,使液体产生紊流,图。为了支撑膜和加强搅拌作用,使液体产生紊流,图。为了支撑膜和加强搅拌作用,使液体产生紊流,图。为了支撑膜和加强搅拌作用,使液体产生紊流,在大部分隔板的流道中,均粘贴或热压上一定形式在大部分隔板的流道中,均粘贴或热压上一定形式在大部分隔板的流道中,均粘贴或热压上一定形式在大部分隔板的流道中,均粘贴或热压上一定形式的隔网。的隔网。的隔网。的隔网。(3)(3)电极电极 常用铅板或石墨作阳极,不锈钢作阴极。常用铅板或石墨作阳极,不锈钢作阴极。(4)(4)夹紧装置夹紧装置 作用是把极区和膜堆组成不
12、漏水的电渗析作用是把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体。可采用压板和螺栓拉紧,也可采用器整体。可采用压板和螺栓拉紧,也可采用液压压紧。液压压紧。2电渗析器的组成电渗析器的组成 将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就构成了电渗析器。构成了电渗析器。构成了电渗析器。构成了电渗析器。电渗析器的组装方式有几种,如图所示。电渗析器的组装方式有几种,如图所示。电渗析器的组装方式有几种,如图所示。电渗析器的组装方式有几种,如图所示。四、四、电渗析的
13、操作控制电渗析的操作控制n电能消耗分析电能消耗分析n电流密度控制电流密度控制 1.1.浓差极化浓差极化 2.2.极限电流密度极限电流密度n流速与压力确定流速与压力确定1、电能消耗分析、电能消耗分析 电渗析过程,主要消耗的是电能,因此,耗电量的大小,电渗析过程,主要消耗的是电能,因此,耗电量的大小,电渗析过程,主要消耗的是电能,因此,耗电量的大小,电渗析过程,主要消耗的是电能,因此,耗电量的大小,不但直接地影响到处理成本,也在一定程度上反映了操作技不但直接地影响到处理成本,也在一定程度上反映了操作技不但直接地影响到处理成本,也在一定程度上反映了操作技不但直接地影响到处理成本,也在一定程度上反映了
14、操作技术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算:术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算:术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算:术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算:(kWh/m3)式中式中式中式中 V V V V工作电压,工作电压,工作电压,工作电压,V V V V;I I I I工作电流,工作电流,工作电流,工作电流,A A A A;QdQdQdQd淡水产量,淡水产量,淡水产量,淡水产量,m3m3m3m3h h h h。电渗析器的工作电压电渗析器的工作电压电渗析器的工作电压电渗析器的工作电压V V V V 可分解为下式中的几个部分:可分解为下式中的几个部分:可分解为下式中的
15、几个部分:可分解为下式中的几个部分:2 2 电流密度控制电流密度控制(1 1 1 1)浓差极化)浓差极化)浓差极化)浓差极化 在电渗析操作中,如采用的电流密在电渗析操作中,如采用的电流密在电渗析操作中,如采用的电流密在电渗析操作中,如采用的电流密度过大,会产生浓差极化现象,如图所示度过大,会产生浓差极化现象,如图所示度过大,会产生浓差极化现象,如图所示度过大,会产生浓差极化现象,如图所示。(2 2)极限电流密度极限电流密度极限电流密度极限电流密度 发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。发生
16、浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。理论值:理论值:理论值:理论值:式中式中式中式中 i i i ilimlimlimlim极限电流密度,极限电流密度,极限电流密度,极限电流密度,A/cmA/cmA/cmA/cm2 2 2 2;c c c c淡水室溶液中的离子浓度,淡水室溶液中的离子浓度,淡水室溶液中的离子浓度,淡水室溶液中的离子浓度,mmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/L;扩散边界层厚度,扩散边界层厚度,扩散边界层厚度,扩散边界层厚度,cmcmcmcm;D D D D离子扩散系数,离子扩散系数,离子扩散系数,离子扩散系数,cmcmcmcm2 2 2 2/s/s/s/s;F
17、F F F法拉第常数,法拉第常数,法拉第常数,法拉第常数,F F F F96500C/mol96500C/mol96500C/mol96500C/mol。对于扩散层厚度对于扩散层厚度对于扩散层厚度对于扩散层厚度,威尔逊,威尔逊,威尔逊,威尔逊(Wilson 1960)(Wilson 1960)(Wilson 1960)(Wilson 1960)提出如下计算式提出如下计算式提出如下计算式提出如下计算式:式中式中式中式中 v v v v淡水室中水流线速度,淡水室中水流线速度,淡水室中水流线速度,淡水室中水流线速度,cm/scm/scm/scm/s;K K K K试验常数;试验常数;试验常数;试验常
18、数;d d d d淡水室淡水室淡水室淡水室(隔板隔板隔板隔板)厚度,厚度,厚度,厚度,cmcmcmcm。将式将式(9-7)(9-7)代入式代入式(9-6)(9-6)中,并令中,并令 得得此式常被称为威尔逊公式。此式常被称为威尔逊公式。此式常被称为威尔逊公式。此式常被称为威尔逊公式。水力特性系数水力特性系数3.3.流速与压力的确定流速与压力的确定电渗析器都有自身的额定流量,流量过大进水电渗析器都有自身的额定流量,流量过大进水压力过高,设备容易产生漏水和变形。流量过小时,压力过高,设备容易产生漏水和变形。流量过小时,达不到正常流速,水流不均匀,容易极化结垢,都达不到正常流速,水流不均匀,容易极化结
19、垢,都会影响电渗析器的正常运行。会影响电渗析器的正常运行。目前目前一般水流速度一般水流速度控制在控制在5 525 cm/s25 cm/s,进水,进水压压力力一般不超过一般不超过O.3 MPaO.3 MPa。五五电渗析除盐的设计计算电渗析除盐的设计计算1 1 1 1设计计算步骤设计计算步骤设计计算步骤设计计算步骤 确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度 L L L Llimlimlimlim。以此为依据,确定电渗析器的工作状况。以此为依据,确定电渗析器
20、的工作状况。以此为依据,确定电渗析器的工作状况。以此为依据,确定电渗析器的工作状况。选定隔板形式,确定隔板构造数值。选定隔板形式,确定隔板构造数值。选定隔板形式,确定隔板构造数值。选定隔板形式,确定隔板构造数值。计算水流速度、电流密度、污染物含量等计算水流速度、电流密度、污染物含量等计算水流速度、电流密度、污染物含量等计算水流速度、电流密度、污染物含量等 各段(或各级各段(或各级各段(或各级各段(或各级)污染物含量均按临界极化状况的去除污染物含量均按临界极化状况的去除污染物含量均按临界极化状况的去除污染物含量均按临界极化状况的去除 规律来分配。规律来分配。规律来分配。规律来分配。计算水头损失计
21、算水头损失计算水头损失计算水头损失p p p p 数值,以校核所选取的水流速度是数值,以校核所选取的水流速度是数值,以校核所选取的水流速度是数值,以校核所选取的水流速度是 否可行。有时由于水压的限制需要试算,以确定合理否可行。有时由于水压的限制需要试算,以确定合理否可行。有时由于水压的限制需要试算,以确定合理否可行。有时由于水压的限制需要试算,以确定合理 的水流速度。的水流速度。的水流速度。的水流速度。根据电流密度计算电流,根据水的电阻率计算电压,根据电流密度计算电流,根据水的电阻率计算电压,根据电流密度计算电流,根据水的电阻率计算电压,根据电流密度计算电流,根据水的电阻率计算电压,以选择直流
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 分离 技术
限制150内