上海交通大学：《食品工程原理》课程教学资源（PPT课件）第十章 膜分离

第十章 膜分离

第十章 膜分离

本章学习目的与要求 ◼ 了解膜分离的基本原理、各种膜分离的 机理和各种分离膜的构造与特性 ◼ 了解膜组件的构成、膜分离装置及典型 流程。 ◼ 了解各种因素对膜分离的影响。 ◼ 掌握膜分离过程中浓差极化与膜污染的 产生原因与消除方法。 ◼ 重点掌握膜分离装置的选用

本章学习目的与要求 ◼ 了解膜分离的基本原理、各种膜分离的 机理和各种分离膜的构造与特性 ◼ 了解膜组件的构成、膜分离装置及典型 流程。 ◼ 了解各种因素对膜分离的影响。 ◼ 掌握膜分离过程中浓差极化与膜污染的 产生原因与消除方法。 ◼ 重点掌握膜分离装置的选用

10-1 概述 ❖ 按膜的孔径、传质动力和传递机理 ◼膜分离过程 过程 孔径 推动力 传递机制 微滤 0.02~10μm 压力差约为105Pa 筛分 超滤 0.001~0.02μm 相对分子质量103~106 压力差105~106Pa 筛分 纳滤 >1nm 相对分子量200~1000 压力差5×105~1.5×106Pa 溶解扩散 Donnan效应 反渗透 0.1~1nm 压力差106~107Pa 优先吸附、毛细管流动、溶 解-扩散 气体分离 无孔 压力差106~107Pa 溶解-扩散 渗析 1~3nm 浓度差 筛分加上扩散度差 电渗析 相对分子质量<200 电位差 反离子迁移 渗透蒸发 无孔 分压差、浓度差 溶解-扩散

10-1 概述 ❖ 按膜的孔径、传质动力和传递机理 ◼膜分离过程 过程 孔径 推动力 传递机制 微滤 0.02~10μm 压力差约为105Pa 筛分 超滤 0.001~0.02μm 相对分子质量103~106 压力差105~106Pa 筛分 纳滤 >1nm 相对分子量200~1000 压力差5×105~1.5×106Pa 溶解扩散 Donnan效应 反渗透 0.1~1nm 压力差106~107Pa 优先吸附、毛细管流动、溶 解-扩散 气体分离 无孔 压力差106~107Pa 溶解-扩散 渗析 1~3nm 浓度差 筛分加上扩散度差 电渗析 相对分子质量<200 电位差 反离子迁移 渗透蒸发 无孔 分压差、浓度差 溶解-扩散

◼ 按动力本质分 ❖ 以静压力差为推动力的过程 ➢ 微滤（microfiltration, MF) ➢ 超滤（ultrafiltration, UF） ➢ 反渗透（reverse osmosis, RO) ➢ 纳滤（nanofiltration, NF) ❖ 以蒸汽分压为推动力的过程 ➢ 膜蒸馏（membrane distillation, MD) ➢ 渗透蒸发（pervaporation, PV） ❖ 以浓度差为推动力的过程 ➢ 渗析（dialysis, D) ❖ 以电位差为推动力的过程 ➢ 电渗析（electrodialysis, ED)

◼ 按动力本质分 ❖ 以静压力差为推动力的过程 ➢ 微滤（microfiltration, MF) ➢ 超滤（ultrafiltration, UF） ➢ 反渗透（reverse osmosis, RO) ➢ 纳滤（nanofiltration, NF) ❖ 以蒸汽分压为推动力的过程 ➢ 膜蒸馏（membrane distillation, MD) ➢ 渗透蒸发（pervaporation, PV） ❖ 以浓度差为推动力的过程 ➢ 渗析（dialysis, D) ❖ 以电位差为推动力的过程 ➢ 电渗析（electrodialysis, ED)

◼ 膜的分类

◼ 膜的分类

◼ 常见膜 均质膜 非对称性膜 微孔对称性膜

◼ 常见膜 均质膜 非对称性膜 微孔对称性膜

◼ 常见膜 铝膜 聚酰胺转相膜 纳米管膜

◼ 常见膜 铝膜 聚酰胺转相膜 纳米管膜

◼ 膜性能 ❖分离透过性 ➢分离效率 ➢渗透通量 ➢通量衰减系数 ❖物化稳定性 ➢膜强度 ➢压力 ➢温度 ➢pH ➢耐受性 1 p b c R c = − ' 1 w b c R c = − 0 m J J  = 

◼ 膜性能 ❖分离透过性 ➢分离效率 ➢渗透通量 ➢通量衰减系数 ❖物化稳定性 ➢膜强度 ➢压力 ➢温度 ➢pH ➢耐受性 1 p b c R c = − ' 1 w b c R c = − 0 m J J  = 

10-2 反渗透 ◼ 反渗透的基本原理 渗 透 与 反 渗 透

10-2 反渗透 ◼ 反渗透的基本原理 渗 透 与 反 渗 透

反渗透的传质机理 ▪轻键模型 水分子逐渐从膜面进入膜内，最后透过膜；溶 质通过高分子链间空穴，以空穴型扩散透过膜

反渗透的传质机理 ▪轻键模型 水分子逐渐从膜面进入膜内，最后透过膜；溶 质通过高分子链间空穴，以空穴型扩散透过膜