3.膜分离 集,, Membrane separation是利用特殊制造的、具 有选择透过性能的膜,在外力推动下对混合物 进行分离、提纯、浓缩的一种分离方法。 2005-04-04 膜分离
1 2005-04-04 膜分离 3. 膜分离 ◼ Membrane separation是利用特殊制造的、具 有选择透过性能的膜，在外力推动下对混合物 进行分离、提纯、浓缩的一种分离方法
主要内容 3.1膜分离概述 32膜分离的基本理论 3.3膜组件的结构和特点 3.4膜分离在生物工程中的的应用 3.5液膜分离 3.6膜萃取
主要内容 3.1 膜分离概述 3.2 膜分离的基本理论 3.3 膜组件的结构和特点 3.4 膜分离在生物工程中的的应用 3.5 液膜分离 3.6 膜萃取
3.1膜分离概述 膜的定义 在一种流体相间有一薄层凝聚相物质,把流体 相分隔开来成为两部分,这一薄层物质称为膜。 是均匀的一相或是由两相以上凝聚物质所构成 的复合体,厚度应在0.5mm以下,具有两个界 面 ■膜还必须具有高度的渗透选择性 面积可以很大,也可以非常微小
3.1 膜分离概述 ◼ 膜的定义 ◼ 在一种流体相间有一薄层凝聚相物质，把流体 相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。 ◼ 是均匀的一相或是由两相以上凝聚物质所构成 的复合体，厚度应在0.5 mm以下，具有两个界 面； ◼ 膜还必须具有高度的渗透选择性； ◼ 面积可以很大，也可以非常微小
■膜分离的基础 ①根据物理性质的不同 ■根据质量、体积和几何形态差异进行分离。如 过滤( Fitration,F)、微滤( Microfiltration, MF)和超滤( Ultrafiltration,UF) RO UF ME F 0,30.5123510 5010250010 500010 蛋白质—+细菌类一孔径m)1 酶1红淀 血粉 10-111010210310 相对分子质量(万)球粒
◼ 膜分离的基础 ①根据物理性质的不同 ◼ 根据质量、体积和几何形态差异进行分离。如 过滤（Fitration，F）、微滤（Microfiltration， MF）和超滤（Ultrafiltration，UF）。 图 - 3 1
②根据化学性质的不同 物质通过分离膜的速度取决于溶解速度(从 膜表面接触的混合物中进入膜内的速度)和 进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面 的扩散速度 溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间 化学性质的差异,扩散速度除化学性质外还 与物质的分子量有关。 ■例如反渗透( Reverse Osmosis,RO)可 用于海水淡化。是因为反渗透膜是亲水性的 高聚物,水分子很容易进入膜内,而水中的 无机盐离子则较难进入
②根据化学性质的不同 ◼ 物质通过分离膜的速度取决于溶解速度 （从 膜表面接触的混合物中进入膜内的速度）和 进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面 的扩散速度。 ◼ 溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间 化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还 与物质的分子量有关。 ◼ 例如反渗透 （Reverse Osmosis，RO） 可 用于海水淡化。是因为反渗透膜是亲水性的 高聚物，水分子很容易进入膜内，而水中的 无机盐离子则较难进入
膜分离过程的推动力 表3-1主要膜分离过程的推动力 推动力 膜过程 压力差 反渗透、超滤,微滤、气体分离 电位差 电渗析 浓度差 透析、控制释放 浓度差(分压差)渗透气化 浓度差加化学反应液膜、膜传感器
◼ 膜分离过程的推动力 表3-1 主要膜分离过程的推动力 推动力 膜过程 压力差 反渗透、超滤，微滤、气体分离 电位差 电渗析 浓度差 透析、控制释放 浓度差（分压差） 渗透气化 浓度差加化学反应 液膜、膜传感器
■膜分离的特点 ①分离效能高 ②膜分离过程都不发生相变,能耗低。 ③膜分离过程的工作温度在室温附近,膜分离设 备本身没有运动的部件,结构紧凑、维修费用 低,易于自动化。 ④设备体积小,占地少。 ⑤膜分离设备可以直接插入已有的生产工艺流程
◼ 膜分离的特点 ①分离效能高。 ②膜分离过程都不发生相变，能耗低。 ③膜分离过程的工作温度在室温附近，膜分离设 备本身没有运动的部件，结构紧凑、维修费用 低，易于自动化。 ④设备体积小，占地少。 ⑤膜分离设备可以直接插入已有的生产工艺流程
■膜分离存在的问题 ①在操作中膜面会发生污染,使膜性能降低; ②膜的耐压性、耐热性、耐溶剂是有限的,故 应用范围受限制; ③仅采用膜分离技术分离效果有限,往往需要 与其他分离工艺组合起来使用
◼ 膜分离存在的问题 ①在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低； ②膜的耐压性、耐热性、耐溶剂是有限的，故 应用范围受限制； ③仅采用膜分离技术分离效果有限，往往需要 与其他分离工艺组合起来使用
膜分离的应用及市场 1950年与膜分离技术相关的工业产品年销售 量为500万美元。1981年增加到5亿美元。现 在已经超过100亿美元。在大多数企业膜的费 用占设备费用的25~40% ■根据1990年的统计:美国占55%,日本占18 6,西欧占23% 膜分离的种类繁多,它涉及不同的过程和众多 的应用领域,要想在应用和市场上取得成功, 不仅要有优良的膜及膜组件,而且还需要许多 外围部件,包括泵和监控设备这类专门的硬件 以及工程、工艺设计和特殊应用技术等软件
◼ 膜分离的应用及市场 ◼ 1950年与膜分离技术相关的工业产品年销售 量为500万美元。1981年增加到5亿美元。现 在已经超过100亿美元。在大多数企业膜的费 用占设备费用的25～40％。 ◼ 根据1990年的统计：美国占55％，日本占18 ％，西欧占23％。 ◼ 膜分离的种类繁多，它涉及不同的过程和众多 的应用领域，要想在应用和市场上取得成功， 不仅要有优良的膜及膜组件，而且还需要许多 外围部件，包括泵和监控设备这类专门的硬件 以及工程、工艺设计和特殊应用技术等软件
ED PV GS ME HEMODIALYSIS UF RO ig. 1: Membrane and module sale for different process applications. 图3-2膜分离市场份额
图3-2 膜分离市场份额