新型分離技術(shù)課件

7新分離方法7.1泡末吸附分離技術(shù)7.2液膜分離技術(shù)7.3固膜分離技術(shù)7.4耦和技術(shù)7.5分離過程的選擇7新分離方法7.1泡末吸附分離技術(shù)7.1泡沫吸附分離技術(shù)基本概念泡沫分離技術(shù)就是根據(jù)表面吸附原理，籍鼓泡使溶液內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面(氣泡表面)，上浮至溶液主體上方形成泡沫層，將泡沫層與液相主體分開，就可達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)和凈化液相主體的目的。被濃縮在泡沫層的物質(zhì)可以是表面活性物質(zhì)，也可以是與表面活性物質(zhì)具有親和能力的其他物質(zhì)，如金屬陽離子、陰離子、蛋白質(zhì)、酶、染料、礦物粒子、溶液懸浮物質(zhì)等。泡沫分離技術(shù)常用于肥皂泡沫去污漬、礦物浮選、原子能工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、廢水處理等領(lǐng)域。7.1泡沫吸附分離技術(shù)基本概念7.1.1泡末吸附技術(shù)的分類7.1.1泡末吸附技術(shù)的分類7.1.2泡末分離基本原理1.泡末的形成7.1.2泡末分離基本原理1.泡末的形成7.1.2泡末分離基本原理2.泡末的結(jié)構(gòu)三泡結(jié)構(gòu)兩泡結(jié)構(gòu)四泡結(jié)構(gòu)7.1.2泡末分離基本原理2.泡末的結(jié)構(gòu)三泡結(jié)構(gòu)兩泡結(jié)構(gòu)7.1.3泡末分離流程1.非泡末分離流程溶劑消去法流程7.1.3泡末分離流程1.非泡末分離流程溶劑消去法流程7.1.3泡末分離流程2.間歇泡沫分離流程7.1.3泡末分離流程2.間歇泡沫分離流程7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——提餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——提餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——精餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——精餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——全餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——全餾式7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限1.泡末分離的優(yōu)點(diǎn)①能在很低濃度下有效地除去表面活性劑（ppm級）。②在加入表面活性劑后，可同樣有效地除去很低濃度的可捕集物。③全塔充滿穩(wěn)定泡末時，可用回流方式增加單塔分離能力。④設(shè)備簡單，操作方便，能耗低。7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限1.泡末分離的優(yōu)點(diǎn)7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限2.泡末分離的局限①溶液中表面活性劑濃度高于臨界膠束濃度時，泡末穩(wěn)定，但分離效率會降低。②在臨界膠束濃度以下能維持穩(wěn)定泡末的表面活性劑種類較少。③分離出的泡末中夾帶的表面活性劑難以返回利用。④系統(tǒng)中的返混會嚴(yán)重影響分離效率，使泡末分離的設(shè)計(jì)計(jì)算比較困難。7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限2.泡末分離的局限7.2液膜分離技術(shù)基本概念液膜分離技術(shù)就是以液膜為分離介質(zhì)、以濃差為推動力的液-液萃取與反萃過程結(jié)合為一體的分離過程。起分離作用的液膜通常為添加了表面活性劑的溶劑相，液膜兩邊的被萃相和反萃相通常都是可互溶相。液膜分離技術(shù)常用于濕法冶金工業(yè)、石油與化學(xué)工業(yè)、生化工業(yè)、制藥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。7.2液膜分離技術(shù)基本概念7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類1.液膜的定義及組成液膜是一層很薄的液體，它阻隔在兩個可互溶但組成不同的液相之間，一個液相中的待分離組分通過液膜的滲透作用傳遞到另一個液相中，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。液膜通常由溶劑（水或有機(jī)溶劑）、表面活性劑和添加劑組成。溶劑是構(gòu)成液膜的基體；表面活性劑親水親油基團(tuán)在溶劑中的定向排列是成膜的關(guān)鍵；添加劑的主要作用是確保膜的強(qiáng)度和提高膜的滲透性。7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類1.液膜的定義及組成7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類2.液膜的分類（1）乳化膜先將膜相與內(nèi)相制作成油包水(W/O)的乳化液，再將乳化液投入到外相中，形成W/O/W雙乳化液。這樣，中間的有機(jī)相層就成為分隔兩水相的液膜。7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類2.液膜的分類7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類（2）支撐膜支撐架選擇多微孔(微米級)親油性材料，先配制好膜相，將支撐架放入膜相中浸潤，使各微孔中充滿成膜液而形成液膜。將浸潤后的支撐架置于容器中，在兩側(cè)分別加入濃相和稀相，就形成了支撐液膜萃取體系。7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類（2）支撐膜7.2.2液膜分離機(jī)理1.選擇性滲透在液膜設(shè)計(jì)時，根據(jù)被分離組分的性質(zhì)，選擇能溶解它的溶劑成膜，其余組分則不能溶解于膜相，從而達(dá)到分離的目的。7.2.2液膜分離機(jī)理1.選擇性滲透7.2.2液膜分離機(jī)理2.滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)在內(nèi)相中包含能與外相被分離組分反應(yīng)的物質(zhì)，當(dāng)被分離物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)相后立即被反應(yīng)掉。這樣就保持內(nèi)相中被分離組分含量始終很低，維持較高的傳質(zhì)推動力。7.2.2液膜分離機(jī)理2.滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)7.2.2液膜分離機(jī)理3.膜相化學(xué)反應(yīng)在膜相中包含能與外相被分離組分反應(yīng)的物質(zhì)，內(nèi)相中包含更強(qiáng)的反應(yīng)物質(zhì)。這樣膜相生成的產(chǎn)物在內(nèi)相中再被反應(yīng)，同時還原出膜相中原來的反應(yīng)物，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的反應(yīng)傳質(zhì)過程。7.2.2液膜分離機(jī)理3.膜相化學(xué)反應(yīng)7.2.2液膜分離機(jī)理4.膜相吸附在膜相中包含能吸附外相被分離組分的物質(zhì)，外相中的被分離組分被吸附在膜相的外表層。吸附完成后，分離出包裹內(nèi)相的乳化層，破乳后，所吸附的物質(zhì)就轉(zhuǎn)移到內(nèi)相溶液中實(shí)現(xiàn)分離。7.2.2液膜分離機(jī)理4.膜相吸附7.2.3液膜分離操作過程萃取液萃余液反萃液反萃劑原料液萃取劑乳化器成膜相破乳器萃取器7.2.3液膜分離操作過程萃取液萃余液反萃液反萃劑原料液萃7.3固膜分離技術(shù)基本概念固膜分離技術(shù)簡稱為膜分離技術(shù)，就是以固體膜為分離介質(zhì)、借助膜兩側(cè)的能量差(如壓力差、濃度差、電位差等)為推動力，將待分離組分從流體主題中分離出來的過程。起分離作用的固體膜可以是有機(jī)膜、無機(jī)膜、生物膜或復(fù)合膜，分離對象可以是液體或氣體。固膜分離技術(shù)廣泛用于石油、化工、生化、制藥、食品、環(huán)保等領(lǐng)域。7.3固膜分離技術(shù)基本概念7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.2膜分離的基本工作原理1.反滲透7.3.2膜分離的基本工作原理1.反滲透7.3.2膜分離的基本工作原理2.超過濾分離膜濃相稀相分離膜濃相稀相滲透型膜分離原理圖過濾型膜分離原理圖7.3.2膜分離的基本工作原理2.超過濾分離膜濃相稀相分7.3.3膜的特性和構(gòu)件1.膜的特性指標(biāo)（1）高滲透流率衡量膜處理能力的重要指標(biāo)。（2）明顯的截留率衡量膜分離能力的重要指標(biāo)。（3）穩(wěn)定性和耐用性衡量膜質(zhì)量的重要指標(biāo)。（4）抗堵性衡量膜適應(yīng)性的重要指標(biāo)。7.3.3膜的特性和構(gòu)件1.膜的特性指標(biāo)7.3.3膜的特性和構(gòu)件2.膜的結(jié)構(gòu)（1）對稱性膜膜層內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻一致。（2）非對稱性膜膜層內(nèi)部具有層次性結(jié)構(gòu)，各層的孔徑和空隙率不相同。7.3.3膜的特性和構(gòu)件2.膜的結(jié)構(gòu)7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（1）板框式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（1）板框7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（2）管式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（2）管式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（3）螺旋板式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（4）中空纖維式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（4）中空纖維式7.3.4膜的分離流程1.多級海水淡化流程——反滲透膜分離7.3.4膜的分離流程1.多級海水淡化流程——反滲透膜7.3.4膜的分離流程2.膜分離的完全級聯(lián)流程7.3.4膜的分離流程2.膜分離的完全級聯(lián)流程7.3.5電滲析簡介1.電滲析使用的膜電滲析使用的分離膜為離子交換膜。離子交換膜分陰離子交換膜和陽離子交換膜，兩種膜通常需配套使用。7.3.5電滲析簡介1.電滲析使用的膜7.3.5電滲析簡介2.電滲析工藝過程1-料液2-陰極3-陽極4-陰極廢水5-陽極廢水6-稀產(chǎn)品水7-濃產(chǎn)品水A-陰極膜C-陽極膜7.3.5電滲析簡介2.電滲析工藝過程1-料液7.4耦合分離技術(shù)基本概念耦合分離技術(shù)是針對一些難分離體系采取的一類組合分離技術(shù)。如前面介紹過的萃取精餾技術(shù)就是萃取和精餾耦合的分離技術(shù)。由于耦合分離技術(shù)采用了組合分離技術(shù)，因而具有所組合的分離技術(shù)的優(yōu)勢，可突破單一分離技術(shù)選擇性分離上存在的不足。7.4耦合分離技術(shù)基本概念7.6.1滲透蒸發(fā)耦合分離物料泵膜蒸發(fā)器真空泵加熱器冷凝器滲透膜乙醇-水乙醇冷凝水不凝氣載氣含水乙醇的精制7.6.1滲透蒸發(fā)耦合分離物料泵膜蒸發(fā)器真空泵加熱器冷凝7.6.2親和超濾耦合分離技術(shù)END蛋白質(zhì)的精制洗脫劑吸附池超濾器洗脫器超濾器再生器蛋白質(zhì)混合液再生劑雜質(zhì)蛋白產(chǎn)品蛋白親和劑親和劑7.6.2親和超濾耦合分離技術(shù)END蛋白質(zhì)的精制洗脫劑吸7新分離方法7.1泡末吸附分離技術(shù)7.2液膜分離技術(shù)7.3固膜分離技術(shù)7.4耦和技術(shù)7.5分離過程的選擇7新分離方法7.1泡末吸附分離技術(shù)7.1泡沫吸附分離技術(shù)基本概念泡沫分離技術(shù)就是根據(jù)表面吸附原理，籍鼓泡使溶液內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面(氣泡表面)，上浮至溶液主體上方形成泡沫層，將泡沫層與液相主體分開，就可達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)和凈化液相主體的目的。被濃縮在泡沫層的物質(zhì)可以是表面活性物質(zhì)，也可以是與表面活性物質(zhì)具有親和能力的其他物質(zhì)，如金屬陽離子、陰離子、蛋白質(zhì)、酶、染料、礦物粒子、溶液懸浮物質(zhì)等。泡沫分離技術(shù)常用于肥皂泡沫去污漬、礦物浮選、原子能工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、廢水處理等領(lǐng)域。7.1泡沫吸附分離技術(shù)基本概念7.1.1泡末吸附技術(shù)的分類7.1.1泡末吸附技術(shù)的分類7.1.2泡末分離基本原理1.泡末的形成7.1.2泡末分離基本原理1.泡末的形成7.1.2泡末分離基本原理2.泡末的結(jié)構(gòu)三泡結(jié)構(gòu)兩泡結(jié)構(gòu)四泡結(jié)構(gòu)7.1.2泡末分離基本原理2.泡末的結(jié)構(gòu)三泡結(jié)構(gòu)兩泡結(jié)構(gòu)7.1.3泡末分離流程1.非泡末分離流程溶劑消去法流程7.1.3泡末分離流程1.非泡末分離流程溶劑消去法流程7.1.3泡末分離流程2.間歇泡沫分離流程7.1.3泡末分離流程2.間歇泡沫分離流程7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——提餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——提餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——精餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——精餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——全餾式7.1.3泡末分離流程3.連續(xù)泡末分離流程——全餾式7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限1.泡末分離的優(yōu)點(diǎn)①能在很低濃度下有效地除去表面活性劑（ppm級）。②在加入表面活性劑后，可同樣有效地除去很低濃度的可捕集物。③全塔充滿穩(wěn)定泡末時，可用回流方式增加單塔分離能力。④設(shè)備簡單，操作方便，能耗低。7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限1.泡末分離的優(yōu)點(diǎn)7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限2.泡末分離的局限①溶液中表面活性劑濃度高于臨界膠束濃度時，泡末穩(wěn)定，但分離效率會降低。②在臨界膠束濃度以下能維持穩(wěn)定泡末的表面活性劑種類較少。③分離出的泡末中夾帶的表面活性劑難以返回利用。④系統(tǒng)中的返混會嚴(yán)重影響分離效率，使泡末分離的設(shè)計(jì)計(jì)算比較困難。7.1.4泡末分離的優(yōu)點(diǎn)與局限2.泡末分離的局限7.2液膜分離技術(shù)基本概念液膜分離技術(shù)就是以液膜為分離介質(zhì)、以濃差為推動力的液-液萃取與反萃過程結(jié)合為一體的分離過程。起分離作用的液膜通常為添加了表面活性劑的溶劑相，液膜兩邊的被萃相和反萃相通常都是可互溶相。液膜分離技術(shù)常用于濕法冶金工業(yè)、石油與化學(xué)工業(yè)、生化工業(yè)、制藥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。7.2液膜分離技術(shù)基本概念7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類1.液膜的定義及組成液膜是一層很薄的液體，它阻隔在兩個可互溶但組成不同的液相之間，一個液相中的待分離組分通過液膜的滲透作用傳遞到另一個液相中，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。液膜通常由溶劑（水或有機(jī)溶劑）、表面活性劑和添加劑組成。溶劑是構(gòu)成液膜的基體；表面活性劑親水親油基團(tuán)在溶劑中的定向排列是成膜的關(guān)鍵；添加劑的主要作用是確保膜的強(qiáng)度和提高膜的滲透性。7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類1.液膜的定義及組成7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類2.液膜的分類（1）乳化膜先將膜相與內(nèi)相制作成油包水(W/O)的乳化液，再將乳化液投入到外相中，形成W/O/W雙乳化液。這樣，中間的有機(jī)相層就成為分隔兩水相的液膜。7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類2.液膜的分類7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類（2）支撐膜支撐架選擇多微孔(微米級)親油性材料，先配制好膜相，將支撐架放入膜相中浸潤，使各微孔中充滿成膜液而形成液膜。將浸潤后的支撐架置于容器中，在兩側(cè)分別加入濃相和稀相，就形成了支撐液膜萃取體系。7.2.1液膜的結(jié)構(gòu)與分類（2）支撐膜7.2.2液膜分離機(jī)理1.選擇性滲透在液膜設(shè)計(jì)時，根據(jù)被分離組分的性質(zhì)，選擇能溶解它的溶劑成膜，其余組分則不能溶解于膜相，從而達(dá)到分離的目的。7.2.2液膜分離機(jī)理1.選擇性滲透7.2.2液膜分離機(jī)理2.滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)在內(nèi)相中包含能與外相被分離組分反應(yīng)的物質(zhì)，當(dāng)被分離物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)相后立即被反應(yīng)掉。這樣就保持內(nèi)相中被分離組分含量始終很低，維持較高的傳質(zhì)推動力。7.2.2液膜分離機(jī)理2.滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)7.2.2液膜分離機(jī)理3.膜相化學(xué)反應(yīng)在膜相中包含能與外相被分離組分反應(yīng)的物質(zhì)，內(nèi)相中包含更強(qiáng)的反應(yīng)物質(zhì)。這樣膜相生成的產(chǎn)物在內(nèi)相中再被反應(yīng)，同時還原出膜相中原來的反應(yīng)物，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的反應(yīng)傳質(zhì)過程。7.2.2液膜分離機(jī)理3.膜相化學(xué)反應(yīng)7.2.2液膜分離機(jī)理4.膜相吸附在膜相中包含能吸附外相被分離組分的物質(zhì)，外相中的被分離組分被吸附在膜相的外表層。吸附完成后，分離出包裹內(nèi)相的乳化層，破乳后，所吸附的物質(zhì)就轉(zhuǎn)移到內(nèi)相溶液中實(shí)現(xiàn)分離。7.2.2液膜分離機(jī)理4.膜相吸附7.2.3液膜分離操作過程萃取液萃余液反萃液反萃劑原料液萃取劑乳化器成膜相破乳器萃取器7.2.3液膜分離操作過程萃取液萃余液反萃液反萃劑原料液萃7.3固膜分離技術(shù)基本概念固膜分離技術(shù)簡稱為膜分離技術(shù)，就是以固體膜為分離介質(zhì)、借助膜兩側(cè)的能量差(如壓力差、濃度差、電位差等)為推動力，將待分離組分從流體主題中分離出來的過程。起分離作用的固體膜可以是有機(jī)膜、無機(jī)膜、生物膜或復(fù)合膜，分離對象可以是液體或氣體。固膜分離技術(shù)廣泛用于石油、化工、生化、制藥、食品、環(huán)保等領(lǐng)域。7.3固膜分離技術(shù)基本概念7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.1膜分離技術(shù)的分類7.3.2膜分離的基本工作原理1.反滲透7.3.2膜分離的基本工作原理1.反滲透7.3.2膜分離的基本工作原理2.超過濾分離膜濃相稀相分離膜濃相稀相滲透型膜分離原理圖過濾型膜分離原理圖7.3.2膜分離的基本工作原理2.超過濾分離膜濃相稀相分7.3.3膜的特性和構(gòu)件1.膜的特性指標(biāo)（1）高滲透流率衡量膜處理能力的重要指標(biāo)。（2）明顯的截留率衡量膜分離能力的重要指標(biāo)。（3）穩(wěn)定性和耐用性衡量膜質(zhì)量的重要指標(biāo)。（4）抗堵性衡量膜適應(yīng)性的重要指標(biāo)。7.3.3膜的特性和構(gòu)件1.膜的特性指標(biāo)7.3.3膜的特性和構(gòu)件2.膜的結(jié)構(gòu)（1）對稱性膜膜層內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻一致。（2）非對稱性膜膜層內(nèi)部具有層次性結(jié)構(gòu)，各層的孔徑和空隙率不相同。7.3.3膜的特性和構(gòu)件2.膜的結(jié)構(gòu)7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（1）板框式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（1）板框7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（2）管式7.3.3膜的特性和構(gòu)件3.膜構(gòu)件（2）管式7.3.3膜的特