1、通过本章学习，应了解超临界流体萃取、吸附分 离、膜分离等新型分离技术的基本原理、设备类型及 结构特点，熟悉各种新型分离技术的特点。,学习目的 与要求,第九章 其他分离技术,2,9.1 概 述 9.2 超临界流体萃取 9.3 吸 附 9.4 膜分离,第九章 其他分离技术,常规分离技术：机械分离、蒸发、吸收、精馏、萃取、 干燥、吸附、结晶等。,9.1 概 述,新型分离技术：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 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、电子工业等部门需要纯度较高的原料的制取，如将稀溶液中有价值的微量组分提取出来（欲分离出去和提取
2、出来的组分的含量均为10-6级）,适于混合物中组分含量较高物系的分离,3,无论是常规分离，还是新型分离过程都是在分离装置中，对原料加入能量或分离剂，利用混合物中各组分之间某一性质的差异，使分离得以进行，产生两个以上的产品。,原料（一个或数个）,能量或分离剂,两个以上的产品（浓度不同）,4,分离方法的选择,例如对空气的分离：大规模生产用深冷蒸馏法；中等规模可用膜分离法；小规模可用吸附法。,5,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。,9.2 超临界流体萃取(Supercritical fluid extraction）,6,9.2.1 基本概念,一、超临界流体
3、,超过临界温度（Tc ）和临界压力（pc）状态的流体。,临界温度：气体物质可能被液化的最高温度。与临界温度对应的液化压力叫“临界压力”。,二、临界温度,以超过临界点的低温、高压、高密度气体作为溶剂，从液体或固体中萃取所需组分，然后采用等压变温或等温变压等方法，将溶质与溶剂分离的单元操作。,三、超临界流体萃取（SFE或SCFE）,7,14-1,Tc,pc,CO2的pT相图,8,在临界温度及临界压力下，气态与液态已无明显差别；超过临界压力时，温度降至临界温度以下就全部变为液体。,表9-1 部分物质的临界温度和临界压力,8,表9-2 超临界流体与气体、液体物性比较,9,一、超临界流体的性质,9.2.
4、2 超临界流体的特点与选择,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，又有液体密度大、溶解能力大的特点。,若气体温度超过Tc，则无论压力多高，也不会液化 当对比温度Tr(T/Tc)=0.91.2时，气体有很大的可压缩性 当对比压力pr(p/pc)=1.03时，增加压强可使气体密度很快增大到接近普通液体的密度，且密度随温度与压强的变化而连续变化 具有很高的溶解能力和快速达到传质平衡的能力 物性参数在临界点附近的变化非常敏感，微小的压强和温度变化都会引起密度的很大变化(则溶解度变化很大) 被萃取物质的化学性质和超临界流体的性质越接近，溶解度就越大,二、超临界流体
5、的特点,10,化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物发生反应 临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低 操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度 临界压力低，以节省动力费用 对被萃取物的选择性高（容易得到纯产品） 纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循环用量 货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体,三、超临界流体的选择原则,11,12,四、常用的超临界流体,表9-3 部分溶剂的临界值,12,二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨、正戊烷、甲苯等。,CO2是最理想的萃取剂 1、化学性质稳定，无毒、无臭、无腐蚀性、不燃； 2、临界温度低，临界压力不高； 3、对许多物质有好
6、的溶解能力； 4、不需加热即可分开被萃取产品； 5、不会在产品中留下异味、残毒。,13,超临界流体的溶解能力与密度直接有关，其关系如下：,五、超临界流体的溶解能力,式中 k 和 m 的数值与超临界流体及被萃取物质的化学性质有关。一般 m 为正值，即密度越大、溶解能力越大。,1) 甘氨酸 2) 弗朗鼠李甙 3) 大黄素 4) 对羟基苯甲酸 5) 1,8-二羟基蒽醌 6) 水杨酸 7) 苯甲酸,各种物质在超临界CO2中的溶解度,14,9.2.3 超临界萃取的典型流程,超临界萃取主要由萃取段和解萃段两部分组成。根据解萃段（分离器）内的操作方法的不同，可分为：,萃 取 器,分离 器,压缩机,膨胀阀,T
7、1,T2,利用不同压力下超临界流体萃取能力（溶解度）的差异，通过改变压力使溶质与超临界流体分离。 特点：在萃取器和分离器内： T1 = T2，p1 p2 ；最方便。,15,萃取相从萃取器抽出； 经膨胀阀压力降低使萃取剂与溶质在分离器分离； 气相萃取剂经压缩机压缩回到萃取器循环使用,一、等温变压流程,二、等压变温流程,萃 取 器,分离 器,泵,加热器,T1,T2,利用不同温度下超临界流体萃取能力（溶解度）的差异，通过改变温度使溶质与超临界流体分离。 特点：在萃取器和分离器内： T1 T2，p1= p2 。,16,萃取相从萃取器抽出； 经加热器加热使萃取剂与溶质在分离器分离； 气相萃取剂经冷却压缩
8、后回到萃取器循环使用,三、等温等压吸附流程,17,萃 取 器,分 离 器,泵,T1,T2,在分离器内放置仅吸附溶质而不吸超临界流体的吸附剂，通过吸附过程来达到溶质与超临界流体分离的目的。 特点：在萃取器和分离器内： T1= T2，p1= p2,吸附剂,萃取相从萃取器抽出； 经装有吸附剂（只吸附溶质）的分离器使萃取剂与溶质分离； 气相萃取剂经压缩后回到萃取器循环使用,压缩机,萃取釜,制冷MVC-760L,二氧化碳循环泵,18,超临界萃取在石油残渣中油品的回收、咖啡豆中脱除咖啡因、啤酒花中有效成分的提取等过程中已成功地应用于大规模生产。,1、超临界CO2分离提取天然产物中的有效成分,超临界CO2萃
9、取操作温度较低，能避免天然产物中有效成分的分解。可用于,咖啡豆中脱除咖啡因 名贵香花中提取精油 啤酒花及胡椒等物料中提取香味成分或香精 大豆中提取豆油等,19,9.2.4 超临界萃取技术的应用,生产过程：先用机械法清洗咖啡豆，去除灰尘和杂质；接着加蒸汽和水预泡，提高其水分含量达30%50%；然后将预泡过的咖啡豆装入萃取塔，不断往塔中送入CO2(操作温度7090，压力1622MPa，密度0.40.65g/cm2)，咖啡因就逐渐被萃取出来。带有咖啡因的CO2被送往水洗塔，使咖啡因转入水相。然后水相中咖啡因用蒸馏法加以回收，CO2则循环使用。,萃取塔,咖啡豆中脱除咖啡因,20,啤酒花中的有用成份是挥
10、发性油和软树脂中的葎草酮及-酸 采用超临界流体萃取法制造啤酒浸膏时，首先把啤酒花磨成粉状，使之更易与溶剂接触。然后装入萃取罐，密封后通入超临界CO2，操作温度3538，压力830MPa。达到萃取要求后，浸出物随CO2一起被送至分离罐，经过降压分离得到含浸膏99%的黄绿色产物。据报道，虽然用超临界法萃取啤酒花的成本较常规溶剂处理法的成本高，但用前者得到的是高质量、富含风味物的浸膏，同时避免了使用可能致癌的化学物质。,啤酒花中有效成分萃取,21,酒花被誉为“啤酒的灵魂”，成为啤酒酿造不可缺少的原料之一。 它使啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力。,2.稀水溶液中有机物的分离,22,许
11、多反应产物中有效成分的浓度很低，用精馏或蒸发进行浓缩的能耗很大。用超临界CO2萃取可将有机物从水相转入CO2相，以达到节能的目的。,用超临界CO2萃取氨基酸，去除抗生素等医药产品中的丙酮等有机溶剂以及从单细胞蛋白游离物中提取脂类等。,4.活性炭的再生,用超临界CO2萃取法可解决传统的高温再生或化学再生中存在的高费用、吸附剂损失以及二次污染等问题。,3.超临界萃取在生化工程中的应用,9.3.1 基本概念,吸附分离：将多孔性固体物质与流体(气体或液体)混合物进行接触，有选择地使流体中的一种或多种组分附着于固体的内外表面，从而达到与其它组分分离的目的。,吸附剂（固体）：具有多孔结构和很大的比表面积。
12、,吸附质,9.3 吸 附,23,吸附过程,吸附过程分为三步： 吸附质扩散至吸附剂颗粒表面-外扩散 经孔隙扩散至内表面-内扩散 吸附质被吸附-这一过程通常很快,24,9.3.2 吸附分类,物理吸附,化学吸附,吸附力：范德华力 特点：被吸附的分子不是附着在吸附剂表面的特定位置上，而是稍能在介质表面上作自由移动，常常为多层吸附。,吸附力：化学键力 特点：需要在较高温度下进行，选择性较强，为单分子层吸附。化学吸附在催化中起重要作用，分离过程中极少使用。,吸附力：静电力。 特点：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；离子带电荷越多，它在吸附剂表面吸附力越强。,25,9.3.2 吸附分类
13、,变温吸附,变压吸附,特点： 低温吸附，高温脱附,特点： 高压吸附，低压脱附,26,9.3.3 吸附应用,气体和液体的深度干燥,从废水或废气中除去有害的物质,吸附应用,气体的分离和精制,有机烷烃和芳烃的分离和精制,食品、药品和有机石油产品的脱色、除臭,27,一、工业吸附对吸附剂的要求,28,9.3.4 吸附剂的选择与再生,巨大的吸附面积：表面积越大，吸附能力越强。例如硅胶为500 m2/g，活性炭为1000 m2/g。 较高的选择性：选择性愈高，一次吸附的分离愈完全。例如木炭对SO2和NH3的吸附能力远远大于对空气的吸附能力，故能从空气中吸附分离SO2和NH3，使空气净化。 一定的机械强度：一
14、定的机械强度和耐磨性可防止在运输和操作过程中过多破碎，造成操作中流体通道的阻塞或流体污染。 适当的物理特性：流体阻力较小，流动性较好，适当的堆密度等 一定的稳定性：具有化学稳定性和热稳定性，以适应较大范围的操作条件。 价廉易得,二、常用吸附剂,29,1、各种活性土 (漂白土、铁钒土和酸性白土等) 由天然矿物经硫酸处理活化，再干燥粉碎后制成。其主要成分为硅藻土。多用于植物油或石油产品的脱色、脱硫和干燥等。,2、活性氧化铝由含水氧化铝加热脱水制成，为一种极性吸附剂。由于对水分子的吸附能力较大，故多用于气体或液体的干燥。,3、硅胶一种亲水性吸附剂。硅胶是无定形多孔水合二氧化硅，多用于气体或液体的脱水
15、。,二、常用吸附剂,30,4、活性炭 由动物骨骼、煤、椰壳、核桃壳或木材等经炭化、活化后制成。为非极性吸附剂，具有疏水性，可用于溶剂蒸气的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭等。,5、分子筛能选择性地让尺寸小于孔径的分子进入微孔，起到筛选分子的作用。常见的分子筛有天然沸石和上百种合成沸石，具有较高的化学稳定性和吸附选择性，属于强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精制，混合物的吸附分离等。,吸附剂的再生，即吸附剂脱附，对吸附过程是非常重要的，通常采用的方法：提高温度或降低吸附质在气相中的分压，吸附质将以原来的形态从吸附剂上回到气相或液相，这种现象称为“脱附”，所以物理吸附过程是可逆的
16、。吸附分离过程正是利用物理吸附的这种可逆性来实现混合物的分离。,三、吸附剂的再生,31,9.3.5 吸附相平衡,吸附相平衡：吸附剂与吸附质在一定条件下长时间接触后达到饱和，吸附质在气(液)、固两相中的浓度不再随时间改变，此时吸附剂的吸附量称为平衡吸附量。,吸附等温线：在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量q与气(液)相中的吸附质组分分压 p (或吸附质的浓度c)的关系曲线。,32,33,一、变温吸附：吸附通常在环境温度进行，而解吸在直接或间接加热吸附剂的条件下完成，利用温度的变化实现吸附和脱附再生循环操作。 二、变压吸附：在较高组分分压的条件下选择性吸附气体混合物中的某些组分，然后降低压力或抽真空
17、使吸附剂脱附，利用压力的变化完成循环操作。 三、溶剂置换 ： 在恒温恒压下，可用溶剂将已达吸附饱和的吸附剂床层中的吸附质冲洗出来，同时使吸附剂脱附再生。常用的溶剂有水、有机溶剂等各种极性或非极性物质。,9.3.6 吸附操作流程,34,变压吸附简介,在恒温条件下，吸附剂对气体混合物中被吸附组分的吸附容量随分压的升高而增加，随分压的下降而减少。 利用压强变化来进行吸附和脱附的分离操作即为变压吸附 在较高的分压下吸附，在较低的分压下脱附。,对一定的吸附剂而言,压力变化愈大,吸附质脱除得越多。,操作方法 1、常压吸附，减压脱附； 2、加压吸附，常压脱附； 3、加压吸附，减压脱附。,35,气体干燥 分离
18、空气 分离二氧化碳和甲烷 回收一氧化碳 回收精制氢气 生产合成氨原料气 正构和异构烷烃的分离,变压吸附的应用,36,固定床吸附器,换热器,37,9.4.1 概述,以膜为分离介质，在压力差（或浓度差、电位差、温度差等）推动下，利用体系中各组分对膜的渗透速率的差异来实现分离、提纯或浓缩的新型分离技术。,一、膜分离的概念,分离膜(固膜、液膜)： 具有选择透过性,9.4 膜分离( MEMBRANE SEPARATION ),38,被公认为是2021世纪中期最有发展前途的高新技术之一,39,“膜”的定义如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层“凝聚相物质”把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是“
19、膜”。这里所谓的“凝聚相物质”可以是固态的，也可以是液态或气态的。膜本身可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体。,“膜”至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。,39,二、膜分离技术发展简史,19世纪中叶，Graham发现透析现象 20世纪30年代，德国建立世界首座生产微滤膜的工厂 20世纪50年代，电渗析工业发展起来 20世纪60年代，世界上第一张反渗透膜面世 20世纪70年代，超滤技术发展起来 20世纪80年代，气体分离技术发展迅速 20世纪90年代，纳滤技术发展
20、起来,40,三、膜分离技术的特点及应用,优点： 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 分离效率高，设备体积较小 不污染产品和环境,缺点： 膜强度通常较差，寿命不长 膜易污染,膜分离比以重力为基础的离心机分离收率高30%以上；比以滤布为介质的板框等分离精度高一个数量级；比化学萃取工序简单、无相变、无污染；比蒸馏分离、蒸发浓缩能耗低8090%等。,41,适用场合：,化学性质及物理性质相似的组分 结构（或取代基位置）相似的异构物混合物 含有热敏性组分的混合物 浓度极稀溶液，如饮用水净化、工业用水处理，食品、饮料用水净化、除菌，生物活性物质回收、精制等,常规分离方法不能经济、合理地
21、进行分离的时候。,42,近二三十年来，膜科学和膜技术发展极为迅速，目前已成为工农业生产、国防、科技和人民日常生活中不可缺少的分离方法，越来越广泛地应用于化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、轻纺、海水淡化等领域。,43,9.4.2 分离膜的种类,固膜目前工业上应用多为固膜,液膜目前主要用在废水处理的中试规模,气膜目前处于研究阶段,按膜的物态分,天然膜,合成膜,无机膜,有机高分子膜,固膜,一、固膜的种类,44,目前工业上以此为主,按膜的材质分：,一、固膜的种类,对称膜,不对称膜,固膜,按膜的结构分：,复合膜,45,又称均质膜，指膜截面上孔径大小与孔径分布基本一致的膜。主要用于研究，工业实用价
22、值不大。,表面为极薄的致密层,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，目前应用以此为主。,一、固膜的种类,多孔膜,致密膜,固膜,按膜的结构分：,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。,分离机理是溶解-扩散原理，体现在反渗透、气体分离、渗透汽化中。,46,均质膜（转相膜）：表面层和支撑层由同种聚合物构成。,聚酰胺均质膜断面电镜照片,二、几种膜的结构（断面电镜照片）,相转化法制膜是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。,47,非对称膜：是指在渗透方向上结构不均匀的膜，由两层组成，表面层极薄，为微孔直径极小或
23、无孔的活性层（起分离作用），支撑层孔径较大，空隙率较高（不起分离作用）。传质阻力主要在极薄的表面层，其通量比对称膜大很多。,不对称超滤膜断面电镜照片,二、几种膜的结构（断面电镜照片）,48,不对称陶瓷膜,陶瓷膜表面SEM照片,二、几种膜的结构（断面电镜照片）,49,无机膜：制膜材料主要是金属、金属氧化物、多孔玻璃、陶瓷等无机物。与有机膜相比，无机膜具有耐高温，不可压缩，耐有机溶剂，透过量大，污染较少，孔径分布较窄和寿命长等优点，缺点是膜脆易碎，设备费用大。,膜分离设备一般由已组装好的膜器件、泵、管路、过滤器、阀门和仪表等组成。其中膜器件是膜分离设备的核心部分。,膜器件（组件）,将膜以某种形式组
24、装在一个基本单元设备内，在一定推动力的作用下完成混合物中各组分的分离的装置。对不同的膜分离过程需用不同的膜器件。,工业上常见的膜器件,板框式 圆管式 螺旋卷式 中空纤维式,9.4.3 膜分离设备,50,是最早商品化的膜组件。板式膜组件的膜单元由刚性的支撑板、膜片及置于支撑板与膜片之间的透过液隔网组成。,一、板框式膜组件,海水淡化的装置,51,一、板框式膜组件,在多孔支撑板两侧覆以平板膜，采用密封环和两个端板密封、压紧。海水从下部进入组件后，沿膜表面逐层流动，其中纯水透过膜到达膜的另一侧，经支撑板上的小孔汇集在边缘的导流管后排出，而未透过的浓缩咸水从上部排出。,52,优点：组装方便，膜的清洗更换
25、比较容易，料液流通截面较大，不易堵塞，同一设备可视生产需要而组装不同数量的膜。 缺点：需密封的边界线长，为保证膜两侧的密封，对板框及其起密封作用的部件的加工精度要求高。每块板上料液的流程短，通过板面一次的透过液相对量少，所以为了使料液达到一定的浓缩度，需经过板面多次，或者料液需多次循环。,一、板框式膜组件,53,二、螺旋卷式膜组件,1-密封圈；2-渗透物收集管；3、4-浓缩物；5、9-进料-分隔板；6、8-膜；7-渗透物-分隔板；10-膜的粘合；11-外壳；12-渗透槽,螺旋卷式膜组件是将做好的平板膜密封成膜袋，在两膜袋间衬以网状间隔材料并紧密地卷绕在多孔中心管上制成。,54,1-水力管 2-
26、组件 3-密封 4-进料连接管,特点：螺旋卷式膜组件的结构紧凑，单位体积的有效膜面积较大(可达6501600m2/m3)，制作工艺相对比较简单，安装和操作也比较方便。适合在低流速，低压力下操作。由于不易清洗，对原料的预处理要求较高。,55,56,三、管式膜组件,进料,不透过物,渗透物,渗透物,管式膜内径通常在12.525mm，长度0.66.4m,三、管式膜组件,57,四、中空纤维式膜组件,将几十万根或更多的中空纤维束的一端封死，另一端固定在管板上，再装入圆筒型耐压容器内制成。,58,中空纤维膜截面成圆环形，外径一般为40250m，外径与内径之比多为24。,聚丙烯腈中空纤维膜电子显微镜照片,中空
27、纤维超滤膜断面电镜图,中空纤维膜的实质是管式膜，两者的主要差异是中空纤维为无支撑体的自支撑膜，管式膜则有支撑体。,59,四、中空纤维式膜组件,材质为聚偏氟乙烯 (PVDF) 的微滤膜组件,中空纤维超滤膜组件,60,无机陶瓷膜膜管,61,无机陶瓷膜膜管,62,9.4.4 微滤、超滤、反渗透及浓差极化现象,微滤（MF）、超滤（ UF）、反渗透（RO）四者共同点和异同点：,微滤（MF）是世界上开发应用最早的膜分离技术。,共同点：,异同点：,推动力均为压差。,膜的孔径分布范围不同 分离机理不同：,微滤、超滤属筛分原理 反渗透属溶解-扩散原理,63,应用：,微滤：制药行业的过滤除菌、电子工业用的高纯度水
28、的制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； 反渗透：海水制淡水、乳品加工等。,64,渗透现象：纯溶剂通过半透膜由纯溶剂一侧向溶液一侧的自 发流动过程。 渗透压：渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差 。 反渗透：在浓溶液一侧加压，使膜两侧的压差大于溶液的渗透压(p )，溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧流动。,一、反渗透（Reverse Osmosis,RO）,65,二、浓差极化现象,浓差极化现象不可避免 浓差极化现象的存在不利于传质：被截留的组分在膜表面附近形成凝胶层，使传质阻力大大增加。,被截留的组分在膜的表面富积，而主体区的浓度较小，这种现象称为浓差极化。,66,浓差极化
29、的影响,1.加快了溶质透过膜的渗析，使透过一侧的水质变差； 2.使膜表面处溶液浓度升高，导致溶液的渗透压升高，因此反渗透操作压力亦必须相应提高； 3.膜表面处溶液浓度升高，易使溶质在膜表面沉积下来，使膜的传质阻力大为增加，膜的渗透通量下降。此时提高压力反而会增加沉积层的厚度。,1.提高料液的流速。可使边界层减薄，传质系数增大。而流速增大，输送料液的能耗亦大，因此对于浓差极化不明显的料液，尽量减小膜的表面流速。 2.在料液流道内设置湍流促进器。可增强料液的湍流程度，提高传质系数； 3.提高料液温度。可使分子运动加快，降低黏度，也可以使浓差极化得到部分的控制。,浓差极化的控制,67,三、超滤与微滤
30、,1、超滤与微滤都是在压力差作用下根据膜孔径的大小进行筛分的分离过程。,2、基本原理：在一定压力差作用下，当含有高分子溶质A和低分子B的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质（如无机盐类）透过膜，作为透过液被收集起来，而大于膜孔的高分子溶质（如有机胶体等）则被截留，作为浓缩液被回收，从而达到溶液的净化、分离和浓缩的目的。,68,能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程称为超滤；截留0.1m更大分子(通常为分散粒子)的膜分离过程称为微滤。 超滤操作的压差为0.10.6Pa，微滤操作的压差为0.10.3MPa。,3、超滤与微滤的差别,微滤和超滤中使用的膜都是多孔膜。超滤膜多数为
31、非对称结构，膜孔径范围为1nm0.05m，系由一极薄具有一定孔径的表皮层和一层较厚具有海绵状和指孔状结构的多孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。微滤膜有对称和非对称两种结构，孔径范围为0.0510m。,69,操作过程中无相变化，且一般在常温低压下进行，故能耗很低，约为蒸发或冷冻法的1/21/3 物质在浓缩过程中不发生质变，因而适用于保味和热敏性物质的处理 设备体积小，结构简单，故投资费用低 工艺流程简单，易于操作和管理 能将不同分子量的物质分级,4、超滤的特点,应用:超滤作为一种膜分离技术，在工业生产、医药卫生和环境保护等领域得到了广泛的应用。如海水淡化和超纯水的制备、无菌液体食品的制造
32、、血液超滤净化、药物的浓缩和净化、乳制品的浓缩以及废水处理等。,70,反渗透、超滤和微滤技术的原理和操作特点比较,71,四、气体膜分离(Gas Permeation,GP),气体膜分离是在膜两侧压力差的作用下，利用气体混合物中各组分在膜中渗透速率的差异而实现分离的过程。,特点：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。,72,应用：合成氨尾气中回收氢气（Prism膜），从天然气中分离 CO2、回收浓缩氦气；空气中富氧空气或氮气；以金属钯膜制取超纯氢；水果保鲜系统；空气、有机蒸气或天然气的脱湿；燃烧废气中CO2的回收和燃烧废气脱硫等。,五、渗透汽化
33、和蒸气渗透,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5060年代，以Kammermyer，Binning，Michaels和Long，Neel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的70年代至80年代初。迄今为止，在世界各地已建成140余套工业装置。,1、渗透汽化（PV，Pervaporation）,73,渗透汽化原理：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游侧汽化去除，从而达到混合物的分离提纯的一种膜分离技术。过程属溶解-扩散机理。,吸附,扩散渗透,汽化,膜,溶液,7
34、4,渗透汽化的应用：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，如在沸点相近或恒沸物的分离（苯-环己烷、苯乙烯-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、无水乙醇的生产、有机物中微量水分的脱除等）。,特点：渗透汽化的操作简单，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。,75,膜污染是限制膜分离过程广泛使用的一个重要因素。膜污染使膜的透过速率不断降低，且使低分子量溶质（盐）的截留率增加，而最终使流动通道堵塞。所以制造不易发生膜污染的分离膜是非常重要的。,膜被压实，从而使膜的通道减少。操作压差越大，这一 因素的影响越明显。膜被压实本不是真正意义
35、上的膜污 染，但因其与膜污染有同样的效果，故也归于此； 膜孔的有效直径因被某些溶质阻塞而减小，或部分孔道 被完全堵塞； 膜表面附着一层凝胶层。,1、形成原因,六、膜污染（Membrane fouling）,76,2、解决方法,选好膜的种类，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。 选择适宜的膜组件，采用错流、湍流强化器，以保持较好的流动状态（流速适当大）； 对料液进行必要的预处理，例如预过滤，预灭菌及调 节适当的pH值等； 适时清洗，可以进行反冲（back flush）和化学清洗（无机酸、有机酸，螯合剂）。但应注意频繁的清洗会 影响膜的寿命； 外加场控制，如电场、离心力场和超声场。,77,大型反渗透设备,电渗析器,78,药物提纯设备,79,中空纤维反渗透膜装置,80,中空纤维膜连续微滤系统（CMF）,81,81,本 章 小 结,重点掌握每种新型分离方法的原理、特点 浓差极化及其影响,82,祝同学们学习愉快！,
