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膜分离装置

吉林英联.JPG非标装置,可根据工艺要求进行设计、加工、安装及调试。

简介:

    膜技术在日常生活中也日益显示出它的重要作用和光明前景。膜技术作为新型分离技术已广泛应用于气体分离、物料分离和水处理,其中水处理领域对膜产品的需求量最大。以饮用水为例,自从人们发现自来水含有三卤甲烷、农药、洗涤剂以及自来水管、水塔的二次污染后,就开始用反渗透膜制备纯净水。但是由于纯净水制作成本较高,而且在去除水中有害物质的同时,也把对人体有益的无机盐剔除掉了。于是,人们又用纯膜装置生产出具有矿泉水和纯净水两者优点的、具有生物活性的、可直接生饮的过滤水。

    超滤膜技术既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、等有害物质,又可透析对人体有益的无机盐,已广泛应用于牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯 、蔗糠脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中,而且还广泛应用于医疗针剂水、输液水、洗瓶水、外科手术洗洁水的制备。因其克服了蒸馏水中含有细菌尸体的缺点,且具有生物活性,所以更有利于病人恢复健康而备受医学界推崇。

    富氧膜以其分离气体的特殊功能,产生富氧空气,现在广泛应用于医院、养鱼场、工业发酵与氧化等场所,尤其在高山缺氧地区特别需要。

膜技术正在把我们的生活带入一个更新的时代。

定义:

    在某种推动力的作用下,利用某种隔膜特定的透过性能,使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离

分离溶质时一般叫渗析;分离溶剂时一般叫渗透。

特点:

根据推动力的不同,膜分离有下列几种:

  • 浓度差:扩散渗析

  • 电位差:电渗析

  • 压力差:反渗透(RO, reverse osmosis):MW<100, 0.2-0.3nm, 2 – 3 A0

  • 纳滤(NF, nanofiltration):MW: 100-1000, 0.5-5 nm

  • 超滤(UF, ultrafiltration):MW: 1000—百万, 5 nm-0.2 μm

  • 微滤(MF, microfiltration):0.2-1 μm

膜分离的特点:

  • 可在常温下操作,没有相变;

  • 浓缩分离同时进行;

  • 不需投加其他物质,不改变分离物质的性质;

  • 适应性强,运行稳定。

发展:

    《中国膜产业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》显示,经过50多年的发展,我国膜产业已经步入快速成长期。超滤微滤反渗透等膜技术在能源电力、有色冶金、海水淡化给水处理污水回用及医药食品等领域的工程应用规模迅速扩大,多个具有标志性意义的大型膜法给水工程、污水回用工程及海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业总产值已经从1994年2亿元上升到2011年近400亿元。

    随着国家节能减排要求和居民对饮水质量要求的不断提高,国内对水处理尤其是深度水处理的需求越来越迫切,作为水处理的核心元件——膜的应用将越来越广泛,市场总量也将越来越大。

    国家环保总局环境规划院预测,我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入将分别达1.05万亿元和1.39万亿元,其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达4355亿元和4590亿元。在此背景下,广泛应用于污水处理的膜技术在未来十年间将迎来大发展。

    此外,“十二五”以来,我国不断加大分离膜的研发和产业化推进力度,在开发分离膜新膜种和膜制造技术创新以及膜技术的工程应用方面走在了世界前列。2010年来,国家发改委、科技部和工信部等部委已将膜技术列入“十二五”重大产业技术予以专项支持。

    在市场需求及产业政策的双重推动下,我国膜技术产业将迎来产值可观的“黄金十年”,预计这十年内我国膜法水处理工程将以40%的年增长率高速发展,膜产品产值年增长率也将达到20%以上,远远高于国际平均水平,届时中国膜市场将占全球膜市场总需求量的15%-20%。

水质直接影响着人们的健康。膜技术以其原理简单,操作方便,超强的净化效果被用于苦咸水淡化处理和软化水处理行业中。因此膜技术在水处理行业得到了广泛的应用和推崇。下面我们来了解一下膜技术的发展。

膜技术的发展:

  • 低污染膜:

    膜污染是反渗透膜技术应用中的最大危害。目前已有几种抗污染性能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜在膜技术领域问世。

  • 超低压膜:

    由于节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点,自1999年以来超低压膜在膜技术领域应用比重日益增大,这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为突出,大型装置中应用超低压膜也呈上升趋势。

  • 带正电荷的反渗透膜:

    现在广泛应用的低压、超低压复合膜的材质均为芳香族聚酸胺,其膜表面均带有负电荷,膜技术的发展带来了表面带正电荷的低压复合膜,这种膜目前主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。

  • 耐高温、食品级、卫生级反渗透膜:

    普通水处理膜技术采用反渗透膜的使用温度均为0~45℃,但在需要耐90℃高温杀菌的特殊场合,可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外,各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜技术也开始在国内应用。

电渗析

原理

在直流电场作用下,利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择透过性,分离溶质和水。

阴膜只让阴离子通过;阳膜只让阳离子通过。

阴极:

还原反应:2H+ +2e → H2↑

阴极室溶液呈碱性,结垢

阳极:

氧化反应:4OH- → O2↑+2H2O +4e

或 2Cl-→Cl2↑+2e

阳极室溶液呈酸性,腐蚀

特点:只能将电解质从溶液中分离出去。不能去除有机物等。

离子交换膜

离子交换树脂:树脂与离子之间发生交换反应

离子交换膜:对溶液中的离子具有选择透过的特性


  • 按其结构分为:异相膜、均相膜。

异相膜:离子交换树脂磨成粉末,加入粘合剂,滚压在纤维网上。

均相膜:离子及交换树脂的母体材料制成连续的膜状物,作为底膜,然后在上面嵌接上活性基团。

  • 按离子选择性分:

阳离子交换膜(一般为聚苯乙烯磺酸型):R-SO3H,在水中电离后,呈负电性

阴离子交换膜(聚苯乙烯季胺型):R-CH2 N(CH3)3OH,电离后,呈正电性

  • 离子交换膜选择透过性主要是由于:

    1)膜的孔隙结构;2)活性交换基团的作用。

  • 离子交换膜是电渗析的关键部分,良好的电渗析应在于:

    1)高的离子选择性;2)渗水性差;3)导电性好;4〕化学稳定性和机械强度。

编辑

膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料,它能把流体分隔成不相通的两个部分,使其中的一种或几种物质能透过,而将其他物质分离出来。膜技术是环境保护和环境治理的首选技术。在食品工业中也正在发挥着重要的作用。

膜是膜技术的核心,膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。

分类:

  • 按材料来源分:天然膜和合成膜,合成膜又分为有机膜与无机膜。

  • 按结构分有七类:

    均质膜致密膜,为结构均匀的致密膜。

    对称微孔膜,平均孔径为0.02~10μm。按成膜方法不同,有三种类型的微孔膜,即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜。

    非对称膜。膜断面为不对称结构,是工业上应用最多的膜。

    复合膜。在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。

    离子交换膜

    荷电膜。

    液膜。包括支撑液膜和乳状液膜

  • 按形状分:平板膜、管式膜、中空纤维膜和卷式膜

膜技术在日常生活中也日益显示出它的重要作用和光明前景。自从人们发现自来水含有三卤甲烷、农药、洗涤剂以及自来水管、水塔的二次污染后,就开始用反渗透膜制备纯净水。但是由于纯净水制作成本较高,而且在去除水中有害物质的同时,也把对人体有益的无机盐剔除掉了。于是,人们又用纯膜装置生产出具有矿泉水和纯净水两者优点的、具有生物活性的、可直接生饮的过滤水。

膜分离                        


    膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别,下图简单示意了四种不同的膜分离过程:(箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留):

微滤

微滤(MF)—— 又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯聚砜聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

超滤

超滤(UF)—— 是介于微滤纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05μm至1000μm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过,达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、COD等有害物质,又可透析对人体有益的无机盐,已广泛应用于


牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯 、蔗糠脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中,而且还广泛应用于医疗针剂水、输液水、洗瓶水、外科手术洗洁水的制备。因其克服了蒸馏水中含有细菌尸体的缺点,且具有生物活性,所以更有利于病人恢复健康而备受医学界推崇。

富氧膜以其分离气体的特殊功能,产生富氧空气,目前广泛应用于医院、养鱼场、工业发酵与氧化等场所,尤其在高山缺氧地区特别需要。 膜技术正在把我们的生活带入一个更新的时代。

纳滤

纳滤(NF) 是介于超滤反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在80~1000的范围内,孔径为几纳米,因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

    对于纳滤而言,膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60~90%,相应截留分子量范围在100~1000,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100~1000Dal的纳滤膜。纳滤膜对二价离子,功能性糖类,小分子素,多肽,头孢菌素等物质的截留性高于98%,而对一些单价离子,小分子酸碱,醇等有30-50%的透过性能,常用于溶质的分级,溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整,溶液体系的浓缩等流体物质的分离、精制、浓缩、脱盐等工艺过程中。比如结晶母液的回收,树脂解析液的浓缩,热敏性物质的浓缩纯化等。

纳滤膜分离技术常被用于取代传统的冷冻干燥、薄膜蒸发离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。

浓缩提出技术可采用的膜组件主要有:卷式膜,管式膜,中空纤维膜

采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点:

  • 浓缩纯化过程在常温下进行,无相变,无化学反应,不带入其他杂质及造成产品的分解变性,特别适合于热敏性物质。

  • 可脱除产品的盐分,减少产品灰分,提高产品纯度,相对于溶剂脱盐,不仅产品品质更好,且收率还能有所提高。

  • 工艺过程收率高,损失少4. 可回收溶液中的酸,碱,醇等有效物质,实现资源的循环利用

  • 设备结构简介紧凑,占地面积小,能耗低

  • 操作简便,可实现自动化作业,稳定性好,维护方便

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