納濾反滲透膜分離試驗(yàn)

1、化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：專業(yè)：班級:姓名學(xué)號實(shí)驗(yàn)組號實(shí)驗(yàn)日期指導(dǎo)教師成績實(shí)驗(yàn)名稱納濾反滲透膜分離實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解膜的結(jié)構(gòu)和影響膜分離效果的因素，包括膜材質(zhì)、壓力和流量等。2. 了解膜分離的主要工藝參數(shù)，掌握膜組件性能的表征方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1.膜分離簡介膜分離是以對組分具有選擇性透過功能的膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加（或存在）一種或多種推動(dòng)力，使原料中的某組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達(dá)到混合物的分離，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的提取、濃縮、純化等目的的一種新型分離過程。其推動(dòng)力可以為壓力差（也稱跨膜壓差）、濃度差、電位差、溫度差等。膜分離過程有多種，不同的過程所采用的膜及施加的推動(dòng)力不同，通常稱進(jìn)料

2、液流側(cè)為膜上游、透過液流側(cè)為膜下游。微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）與反滲透（R0）都是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，當(dāng)膜兩側(cè)施加一定的壓差時(shí)，可使一部分溶劑及小于膜孔徑的組分透過膜，而微粒、大分子、鹽等被膜截留下來，從而達(dá)到分離的目的。四個(gè)過程的主要區(qū)別在于被分離物粒子或分子的大小和所采用膜的結(jié)構(gòu)與性能。微濾膜的孔徑范圍為0.0510口m,所施加的壓力差為0.015-0.2MPa；超濾分離的組分是大分子或直徑不大于O.lpm的微粒，其壓差范闈約為0.10.5MPa；反滲透常被用于截留溶液中的鹽或其他小分子物質(zhì)，所施加的壓差與溶液中溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量及濃度有關(guān),通常的壓差在2MPa左右

3、，也有高達(dá)lOMPa的：介于反滲透與超濾之間的為納濾過程，膜的脫鹽率及操作壓力通常比反滲透低，一般用于分離溶液中相對分子質(zhì)量為幾百至幾千的物質(zhì)。2.納濾和反滲透機(jī)理對于納濾，篩分理論被廣泛用來分析其分離機(jī)理。該理論認(rèn)為，膜表面具有無數(shù)個(gè)微孔，這些實(shí)際存在的不同孔徑的孔眼像篩子一樣，橫留住分子直徑大于孔徑的溶質(zhì)和顆粒，從而達(dá)到分離的目的。應(yīng)當(dāng)指出的是，在有些情況下，孔徑大小是物料分離的決定因數(shù)；但對另一些情況，膜材料表面的化學(xué)特性卻起到了決定性的截留作用。如有些膜的孔徑既比溶劑分子大，又比溶質(zhì)分子大，本不應(yīng)具有截留功能，但令人意外的是，它卻仍具有明顯的分離效果。由此可見，膜的孔徑大小和膜表面的化

4、學(xué)性質(zhì)將分別起著不同的截留作用。反滲透是一種依靠外界壓力使溶劑從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)滲透的膜分離過程，其基本機(jī)理為Sourirajan在Gibbs吸附方程基礎(chǔ)上提出的優(yōu)先吸附一毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理，而后乂按此機(jī)理發(fā)展為定量的表面力一孔流動(dòng)模型（詳見教材）。3.膜性能的表征一般而言，膜組件的性能可用截留率（R）、透過液通量（J）和溶質(zhì)濃縮倍數(shù)（N）來表示。R=c£2Cpxl00%（121）式中，R一截流率；%原料液的濃度，kmol/m3：S透過液的濃度,kmol/m3o對于不同溶質(zhì)成分，在膜的正常工作壓力和工作溫度下，截留率不盡相同，因此這也是工業(yè)上選擇膜組件的基本參數(shù)之一。）啜（L/nEh）

5、（122）式中，J透過液通量，L/（m2h）Vp-透過液的體積，L；S一膜面積，m2；t分離時(shí)間，ho其中，q=¥，即透過液的體積流量，在把透過液作為產(chǎn)品側(cè)的某些膜分離過程中（如污水凈化、海水淡化等），該值用來表征膜組件的工作能力。一般膜組件出廠，均有純水通量這個(gè)參數(shù)，即用H常H來水（顯然鈣離子、鎂離子等成為溶質(zhì)成分）通過膜組件而得出的透過液通量。N二空（123）cp式中，N溶質(zhì)濃縮倍數(shù)；”濃縮液的濃度，kmol/m、%一透過液的濃度，kmol/m3o該值比較了濃縮液和透過液的分離程度，在某些以獲取濃縮液為產(chǎn)品的膜分離過程中（如大分子提純、生物酶濃縮等），是重要的表征參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)裝

6、置本實(shí)驗(yàn)裝置均為科研用膜，透過液通量和最大工作壓力均低于工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際使用情況，實(shí)驗(yàn)中不可將膜組件在超壓狀態(tài)下工作。主要工藝參數(shù)如表1-1膜組件膜材料膜面積/m"最大工作壓力/Mpa納濾（NF）芳香聚纖胺0.40.7反滲透（R0）芳香聚纖胺0.40.7表1-1膜分離裝置主要工藝參數(shù)反滲透可分離分子量為100級別的離子，學(xué)生實(shí)驗(yàn)常取0.5%濃度的硫酸鈉水溶液為料液,濃度分析采用電導(dǎo)率儀，即分別取各樣品測取電導(dǎo)率值，然后比較相對數(shù)值即可（也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)前做得的濃度一電導(dǎo)率值標(biāo)準(zhǔn)曲線獲取濃度值）。圖1T膜分離流程示意圖1料液灌；2低壓泵：3高壓泵；4預(yù)過濾器：5預(yù)過濾液灌：6配液灌：7清液灌；

7、8一濃液灌：9一清液流量計(jì)：10一濃液流量計(jì)；11一膜組件；12一壓力表；13一排水閥四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）用清水清洗管路，通電檢測高低壓泵，溫度、壓力儀表是否正常工作。（2）在配料槽中配置實(shí)驗(yàn)所需料液，打開低壓泵，料液經(jīng)預(yù)過濾器進(jìn)入預(yù)過濾液槽。（3）低壓預(yù)過濾510min后，開啟高壓泵，分別將清液、濃液轉(zhuǎn)子流量計(jì)打到一定的開度，實(shí)驗(yàn)過程中可分別取樣。（4）若采用大流量物料（與實(shí)驗(yàn)量產(chǎn)有關(guān)），可在底部料槽中配好相應(yīng)濃度料液。（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，可在配料槽中配置消毒液（常用1%甲醛，根據(jù)物料特性）打入各膜芯中。（6）對于不同膜分離過程實(shí)驗(yàn)，可采用安裝不同膜組件實(shí)現(xiàn)。五、原始數(shù)據(jù)記錄原始數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)條件

8、電導(dǎo)率A(ms/cm)室溫壓力皿原料液透過液濃縮液()(MPa)10.40.826.070.136.9910.40.85.950.077.26六、數(shù)據(jù)處理（1）料液濃度計(jì)算：常溫常壓下，電導(dǎo)率與溶液濃度關(guān)系曲線如圖1所示:UO口conductivity（ms/cm）圖i電導(dǎo)率與溶液濃度關(guān)系曲線電導(dǎo)率與溶液濃度模型：c=0.6253k-0.0195式中k為電導(dǎo)率，單位ms/cm；C為溶液濃度，單位XlO-'g/cm'。原料液濃度Co-O.6253*6.07-0.0195=3.776071*10-3(g/cm3)二0.026584561kmol/m3透過液濃度CP=0.6253*0

9、.13-0.0195=0.061789*10-3(g/cm3)=0.000435011kmol/m3濃縮液濃度CR=0.6253*6.99-0.0195=4.351347*10-3(g/cm3)=0.030634659kmol/m3(g/cm3)(g/cm3)(g/cm3)原料液濃度Co=O.6253*5.95-0.0195=3.701035*10-3=0.026056287kmol/m3透過液濃度Cp=O.6253*0.07-0.0195=0.024271*10-3=0.000170874kmol/m3濃縮液濃度Cr=O.6253*7.26-0.0195=4.520178*1()7=0.03

10、1823275kmol/m3(2)膜組件性能表征：利用公式：/?=£oZ2lxio()%計(jì)算截留率幾式中，R截流率；,。一原料液的濃度，kmol/ms：與一透過液的濃度，kmol/m3o截留率R。R=生#X100%=00265?,：1,35011*100%=98.3637%Cq0.026584561截留率R。R=空0X100%=00260比,70874*M。=99.3442%Cq0.026056287七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，計(jì)算結(jié)果R為98%和99%,截留率較好，與理論值有一定差距，說明過濾膜有一定雜質(zhì)堵塞。實(shí)驗(yàn)較為成功，存在一定誤差，誤差分析：存在一定的操作誤差，對

11、低濃度取樣后的儀器沒有高濃度潤洗，儀器顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定進(jìn)行讀數(shù)，造成讀數(shù)誤差。八、思考題1 .常用膜分離技術(shù)有哪些？其特點(diǎn)和用途各是什么？答：微濾，超濾，納濾，反滲透?！緸V：特點(diǎn)：微濾利用微孔膜將濾液中大于膜孔徑的微粒、細(xì)菌及懸浮物資等截留下來達(dá)到澄清的膜技術(shù)。用途：醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)（明膠、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高純水、城市污水、工業(yè)廢水、飲用水、生物技術(shù)、生物發(fā)酵等。超濾：特點(diǎn)：以壓力差為推動(dòng)力，通過膜的篩分作用截留溶液中大于膜孔的大分子溶質(zhì)。用途：早期的工業(yè)超濾應(yīng)用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，如今超濾技術(shù)已經(jīng)涉及食品加工、飲料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物制劑、中藥

12、制劑、臨床醫(yī)學(xué)、印染廢水、食品工業(yè)廢水處理、資源回收、環(huán)境工程等眾多領(lǐng)域。納濾：特點(diǎn)：用于從有機(jī)溶液中脫除氯化鈉等單價(jià)無機(jī)鹽離子，理論可截留摩爾質(zhì)量大于200的有機(jī)溶質(zhì)，使之與鹽離子分離。用途：食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細(xì)化工、環(huán)保工業(yè)等。反滲透：特點(diǎn)：是利用膜兩側(cè)溶液中的鹽溶質(zhì)濃度不同所產(chǎn)生的滲透壓，使低鹽濃度側(cè)的水滲透過膜，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的濃縮，飲用水的制備。用途：由于反滲透分離技術(shù)的先進(jìn)、高效和節(jié)能的特點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門都得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于水處理和熱敏感性物質(zhì)的濃縮，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下：食品工業(yè)、牛奶工業(yè)、飲料工業(yè)、植物（農(nóng)產(chǎn)品）深加工、