第四章新型节能设备方法 (2)优秀PPT.ppt

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1、第四章新型节能设备方法第一页，本课件共有81页第四章 新型节能设备方法l l热管换热器l l热泵l l膜分离l l蓄热器l l变压吸附第二页，本课件共有81页4.3膜分离第三页，本课件共有81页4.3.1 4.3.1 膜分离概念膜分离概念膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离目的的技术总称。留混和物中其他组份，从而达到分离目的的技术总称。压力压力第四页，本课件共有81页概述膜分离过程概述膜分离过程(1)(1)(1)(1)膜分离技术发展的历史膜分离技术发展的历史 膜分离技术已被国际上公认为膜

2、分离技术已被国际上公认为2020世纪末至世纪末至2121世纪中期最有发展前途、甚至会导致一次工业革命的重大生产技术，所以可称为前沿技术，是世界各国研究的热点。如果将2020世纪50年代初视为现代高分子膜分离技术研究的起点，截止现在，其发展致可分为三个阶段：50年代为奠定基础阶段；年代为奠定基础阶段；60年代和年代和7070年代为发展阶段，80年代至今为发展深年代至今为发展深化阶段。目前，研制和开发出的分离膜及应用技术有化阶段。目前，研制和开发出的分离膜及应用技术有很多种，如微虑、超虑、反渗透、渗透蒸发等很多种，如微虑、超虑、反渗透、渗透蒸发等第五页，本课件共有81页(2)膜分离技术在分离工程中

3、的重要作用膜分离技术在分离工程中的重要作用膜分离技术在分离工程中的重要作用膜分离技术在分离工程中的重要作用膜分离技术在分离物质过程中不膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能能量要求低量要求低，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；膜分离的的过程有很大差异；膜分离的条件一般都较温和，对，对于热敏性物质复杂的分离过程很重要，这两个因素使于热敏性物质复杂的分离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的合适方式。此外它得膜分离成为生化物质分离的合适方式。此外它操作方便、结构紧凑、维修费用低、易于自动化，因而是现代分离技术中一种效率较高的

4、分离手段，在生化分离工程中具有重要作用。第六页，本课件共有81页（3 3）膜在分离过程中具有如下功能）膜在分离过程中具有如下功能物质的识别与透过；物质的识别与透过；物质的识别与透过；物质的识别与透过；界面；界面；界面；界面；反应场。反应场。反应场。反应场。l l物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；l l作为界面，膜将透过液和保留液作为界面，膜将透过液和保留液作为界面，膜将透过液和保留液作为界面，膜将透

5、过液和保留液(料液料液料液料液)分为互不混合的两相；分为互不混合的两相；分为互不混合的两相；分为互不混合的两相；l l作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。膜分离的选择性和分离速度。膜分离的选择性

6、和分离速度。膜分离的选择性和分离速度。l l生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多，代生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多，代生某种相互作用来提高膜分离性能的功能

7、膜研究也很多，代生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多，代表了膜分离技术的发展方向。表了膜分离技术的发展方向。表了膜分离技术的发展方向。表了膜分离技术的发展方向。第七页，本课件共有81页4.3.2膜的定义和分类膜的定义和分类1 1、膜（分离膜）的定义、膜（分离膜）的定义、膜（分离膜）的定义、膜（分离膜）的定义 分离膜可看作是分离膜可看作是分离膜可看作是分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障分离两相和作为选择性传递物质的屏障分离两相和作为选择性传递物质的屏障分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可以是固。它可以是固。它可以是固。它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大

8、多数是固膜。膜可以存在于两态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。2 2、膜的分类、膜的分类 按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜结构分：有对称膜和不对称膜

9、按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜材料分：按膜材料分：按膜材料分：按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟 乙烯膜、聚乙烯膜等乙烯膜、聚乙烯膜等乙烯膜、聚乙烯膜等乙烯膜、聚乙烯膜等 无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等 按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载

10、体膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜第八页，本课件共有81页膜结构膜结构1.1.孔道结构孔道结构2.2.膜的孔道特性膜的孔道特性3.3.水通量水通量第九页，本课件共有81页膜结构膜结构1.1.孔道结构孔道结构 膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。膜的孔道结构膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。膜的孔道结构对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。早期的膜多为对称膜早期的膜

11、多为对称膜(symmetric membrane)(symmetric membrane)，即膜截，即膜截面的膜厚方向上孔道结构均匀。对称膜的传质阻力大，透过通面的膜厚方向上孔道结构均匀。对称膜的传质阻力大，透过通量低，并且容易污染，清洗困难。量低，并且容易污染，清洗困难。6060年代开发的不对称膜解决了上述对称膜的弊端，从年代开发的不对称膜解决了上述对称膜的弊端，从而开创了膜分离技术发展的新篇章。不对称膜而开创了膜分离技术发展的新篇章。不对称膜(asymmetric(asymmetric membrane)membrane)主要由起膜分离作用的表面活性层主要由起膜分离作用的表面活性层(0.2

12、(0.20.50.5）和）和起支撑强化作用的惰性层起支撑强化作用的惰性层(50(50100m)100m)构成。惰性层孔径构成。惰性层孔径很大，对透过流体无阻力，由于不对称膜起膜分离作用的很大，对透过流体无阻力，由于不对称膜起膜分离作用的表面活性层很薄，孔径微细，因此透过通量大、膜孔不易表面活性层很薄，孔径微细，因此透过通量大、膜孔不易堵塞、容易清洗。日前的超滤和反渗透膜多为不对称膜。堵塞、容易清洗。日前的超滤和反渗透膜多为不对称膜。高分子微滤膜以对称膜为主。新型无机陶瓷微滤膜多为不高分子微滤膜以对称膜为主。新型无机陶瓷微滤膜多为不对称膜。对称膜。第十页，本课件共有81页膜结构膜结构对称膜不对称

13、膜第十一页，本课件共有81页膜结构膜结构2.2.2.2.膜的孔道特性膜的孔道特性膜的孔道特性膜的孔道特性 膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显微镜直接观察测定。微镜直接观察测定。微镜直接观察测定。微镜直接观察测定。Millipore公司公司PTGC超滤膜的孔超滤膜的孔径分布径分布第十

14、二页，本课件共有81页膜结构膜结构3.水通量水通量 水通量是在一定的条件下水通量是在一定的条件下水通量是在一定的条件下水通量是在一定的条件下(一般压力为一般压力为0.1MPa0.1MPa0.1MPa0.1MPa，温度为温度为20202020度度度度)通过测量透过一定量纯水所需的时间来通过测量透过一定量纯水所需的时间来测定。测定。第十三页，本课件共有81页第十四页，本课件共有81页4.3.3膜分离技术优点 处理效率高，设备易于放大；处理效率高，设备易于放大；处理效率高，设备易于放大；处理效率高，设备易于放大；可在室温或低温下操作，适宜于热敏感可在室温或低温下操作，适宜于热敏感可在室温或低温下操作

15、，适宜于热敏感可在室温或低温下操作，适宜于热敏感 物质分离浓缩；物质分离浓缩；物质分离浓缩；物质分离浓缩；化学与机械强度最小，减少失活；化学与机械强度最小，减少失活；化学与机械强度最小，减少失活；化学与机械强度最小，减少失活；无相转变，省能；无相转变，省能；无相转变，省能；无相转变，省能；有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率；选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率；选择合适膜与操

16、作参数，可得到较高回收率；选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率；系统可密闭循环，防止外来污染；系统可密闭循环，防止外来污染；系统可密闭循环，防止外来污染；系统可密闭循环，防止外来污染；不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。成本，并减少对环境的污染。成本，并减少对环境的污染。成本，并减少对环境的污染。第十五页，本课件共有81页存在的问题存在的问题l l在操作中膜面会发生污染，使膜性能降

17、低，故有必要采用与工艺相适应的膜面清洗方法;l l从目前获得的膜性能来看，其耐药性、耐热性、耐溶剂能力都是有限的，故使用范围受限;l l单独采用膜分离技术效果有限，因此往往都将膜分离工艺与其他分离工艺组合起来使用。第十六页，本课件共有81页4.3.4 各种膜分离技术分离范围膜膜膜膜 过过过过 程程程程分离机理分离机理分离机理分离机理 分离对象分离对象分离对象分离对象孔径（孔径（孔径（孔径（nmnm）粒子过滤粒子过滤粒子过滤粒子过滤体积大小体积大小体积大小体积大小固体粒子固体粒子固体粒子固体粒子1000010000微微微微滤滤滤滤体积大小体积大小体积大小体积大小0.05100.0510 mm的固

18、体粒子的固体粒子的固体粒子的固体粒子50100005010000超超超超滤滤滤滤体积大小体积大小体积大小体积大小1000100000010001000000道尔顿道尔顿道尔顿道尔顿250250的大分子，胶体的大分子，胶体的大分子，胶体的大分子，胶体纳纳纳纳滤滤滤滤溶解扩散溶解扩散溶解扩散溶解扩散离子、分子量离子、分子量离子、分子量离子、分子量100100的有机物的有机物的有机物的有机物22反反反反 渗渗渗渗 透透透透 溶解扩散溶解扩散溶解扩散溶解扩散离子、分子量离子、分子量离子、分子量离子、分子量100100的有机物的有机物的有机物的有机物0.50.5渗透蒸发渗透蒸发渗透蒸发渗透蒸发溶解扩散溶

19、解扩散溶解扩散溶解扩散 离子、分子量离子、分子量离子、分子量离子、分子量100100的有机物的有机物的有机物的有机物0.5CO2 2COCHCOCH4N2 2H2。在在PSAPSA法脱碳装里中，采用对法脱碳装里中，采用对CO2 2具有良好吸附和解吸性具有良好吸附和解吸性能的吸附剂。当变换气在一定压力下通过吸附床层时，能的吸附剂。当变换气在一定压力下通过吸附床层时，吸附剂将选择吸附强吸附质吸附剂将选择吸附强吸附质CO2 2，而难吸附组分如，而难吸附组分如H H2 2、N N2 2、CH4、CO等从吸附塔出口端排出，作为脱除了等从吸附塔出口端排出，作为脱除了CO2 2的气体输出。的气体输出。第八十一页，本课件共有81页