其他分離過(guò)程

其他分離過(guò)程第一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第十章其他分離過(guò)程第一節(jié)離子交換第二節(jié)萃取第三節(jié)膜分離本章主要內(nèi)容第二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日一、離子交換劑概述二、離子交換基本原理三、離子交換速度本節(jié)的主要內(nèi)容第一節(jié)離子交換

第三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）離子交換劑的分類(lèi)

一般將具有離子交換功能的物質(zhì)稱(chēng)為離子交換劑。離子交換劑可以是任何物質(zhì)，包括有機(jī)離子交換劑（天然的和合成的）和無(wú)機(jī)離子交換劑（如沸石等）。

一、離子交換劑概述第一節(jié)離子交換

離子交換樹(shù)脂分類(lèi)方法有多種：（1）按物理結(jié)構(gòu)：凝膠型、大孔型和等孔型（均）。（2）按合成單體：苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。（3）按活性基團(tuán)性質(zhì)：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂等。第四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)

離子交換樹(shù)脂是具有特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，由空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架（即母體）和附著在骨架上的許多活性基團(tuán)所構(gòu)成。

第一節(jié)離子交換

活性基團(tuán)遇水電離，分成：固定部分和活動(dòng)部分第五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）離子交換樹(shù)脂的物理化學(xué)性質(zhì)

第一節(jié)離子交換

（1）交聯(lián)度交聯(lián)度是指交聯(lián)劑的用量（用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）（2）粒度離子交換樹(shù)脂通常為球形（3）密度

真密度和視密度（4）溶脹性（5）交換容量

全交換容量：指單位質(zhì)量（或體積）的樹(shù)脂中可以交換的化學(xué)基團(tuán)的總數(shù)，亦稱(chēng)理論交換容量。

工作交換容量：指樹(shù)脂在給定工作條件下實(shí)際可利用的交換能力。第六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

（6）選擇性樹(shù)脂選擇性是指離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子親和力強(qiáng)弱的反應(yīng)。影響離子交換樹(shù)脂選擇性的因素：

離子的水化半徑：離子在水溶液中通常發(fā)生水化作用，離子在水溶液中的實(shí)際大小以水化半徑來(lái)表征。水化半徑越小的離子越易被交換。

離子的化合價(jià)：離子的化合價(jià)越高，其與樹(shù)脂的親和力越強(qiáng)，越易被樹(shù)脂交換。第七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）離子交換反應(yīng)二、離子交換基本原理第一節(jié)離子交換

1.可逆反應(yīng)固態(tài)樹(shù)脂和溶液接觸的界面發(fā)生可逆離子交換。含Ca2＋的硬水通過(guò)RNa型樹(shù)脂：食鹽水使樹(shù)脂再生：反應(yīng)式可寫(xiě)為：（10.1.1）（10.1.2）（10.1.3）第八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

2.強(qiáng)型樹(shù)脂的交換反應(yīng)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂（10.1.4）（10.1.5）（1）中性鹽分解反應(yīng)（10.1.6）（10.1.7）（2）中和反應(yīng)第九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

3.弱型樹(shù)脂的交換反應(yīng)弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和弱堿性陰離子交換樹(shù)脂（10.1.8）（10.1.9）（3）復(fù)分解反應(yīng)（10.1.10）（10.1.11）（1）非中性鹽的分解反應(yīng)第十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

（10.1.12）（10.1.13）（2）強(qiáng)酸或弱堿的中和反應(yīng)（10.1.14）（10.1.15）（3）復(fù)分解反應(yīng)第十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）離子交換平衡和選擇性系數(shù)二、離子交換基本原理第一節(jié)離子交換

1.一價(jià)離子之間的交換離子交換平衡是在一定溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，離子交換體系中固態(tài)的樹(shù)脂相和溶液相之間的離子交換反應(yīng)達(dá)到的平衡。一價(jià)離子對(duì)一價(jià)離子的交換反應(yīng)通式：（10.1.16）第十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

當(dāng)離子交換達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)為式中：，——樹(shù)脂相中的離子濃度，kmol/m3；（10.1.17），——溶液中的離子濃度，kmol/m3；平衡常數(shù)亦稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂的選擇性系數(shù)，表示離子交換樹(shù)脂對(duì)溶液中B+的親和程度和離子交換反應(yīng)的進(jìn)行方向。如果選擇性系數(shù)大于1，說(shuō)明樹(shù)脂對(duì)B+的親和力大于對(duì)A+的親和力，離子交換反應(yīng)向右進(jìn)行。第十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

選擇性系數(shù)亦可用離子摩爾分?jǐn)?shù)來(lái)表示。式中：c0——溶液中兩種交換離子的總濃度，kmol/m3；

cB

——溶液中B+的總濃度，kmol/m3；

q0——樹(shù)脂全交換容量，kmol/m3；

qB

——樹(shù)脂中B+濃度，kmol/m3。（10.1.18）則：xB＝cB/c0，yB＝qB/q0第十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

式（10.1.17）變?yōu)椋?0.1.18）如果，則B+優(yōu)先交換到樹(shù)脂相，并且隨的增加，yB增加顯著。反之，如果，則A+優(yōu)先交換到樹(shù)脂相。（交換與再生）第十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

1.二價(jià)離子對(duì)一價(jià)離子的交換二價(jià)離子對(duì)一價(jià)離子的交換反應(yīng)通式：（10.1.19）其離子交換的選擇性系數(shù)為（10.1.20）：表觀選擇性系數(shù)，無(wú)量綱。第十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

可以看出，該系數(shù)隨和q0值的增大或c0值的減小而增大，該系數(shù)大于1時(shí)，有利于B+優(yōu)先交換到樹(shù)脂相；反之，則有利于再生反應(yīng)。第十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）離子交換速度的控制步驟三、離子交換速度第一節(jié)離子交換

①邊界水膜內(nèi)的遷移②交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散③離子交換④交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的擴(kuò)散⑤邊界水膜內(nèi)的遷移其中①⑤稱(chēng)為液膜擴(kuò)散步驟，或稱(chēng)為外擴(kuò)散；②和④為樹(shù)脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散，或稱(chēng)為孔道擴(kuò)散步驟；③稱(chēng)為交換反應(yīng)步驟。離子交換速度實(shí)際上是由液膜擴(kuò)散或者孔道擴(kuò)散步驟控制。第十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日判斷離子交換過(guò)程是由液膜擴(kuò)散還是顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制，可采用Helfferich準(zhǔn)數(shù)（He）或Vermeulen準(zhǔn)數(shù)（Ve）進(jìn)行確定。第一節(jié)離子交換

1.Helfferich準(zhǔn)數(shù)（He）He＝1，表示液膜擴(kuò)散與顆粒內(nèi)擴(kuò)散兩種控制因素同時(shí)存在，且作用相等；He>>1，表示液膜擴(kuò)散所需要之半交換周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒內(nèi)擴(kuò)散時(shí)之半交換周期，故為液膜擴(kuò)散控制；He<<1，表示為顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制。（10.1.21）根據(jù)液膜擴(kuò)散控制與顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制兩種模型得到的半交換周期，即交換率達(dá)到一半時(shí)所需要的時(shí)間之比，得到：第十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)離子交換

1.Vermeulen準(zhǔn)數(shù)（Ve）Ve<0.3，為顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制；Ve>3.0，為液膜擴(kuò)散控制；0.3<Ve<3.0，為兩種因素皆起作用的中間狀態(tài)。（10.1.22）Pe—彼克來(lái)準(zhǔn)數(shù)，定義式為（10.1.23）第二十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）離子交換速度的表達(dá)式第一節(jié)離子交換

（10.1.24）——單位時(shí)間單位體積樹(shù)脂的離子交換量，kmol/m3；——總的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；——與粒度均勻程度有關(guān)的系數(shù)；——分別表示同一種離子在溶液相和樹(shù)脂相中的濃度，kmol/m3；——樹(shù)脂顆粒的孔隙率；——樹(shù)脂顆粒的粒徑，m；——擴(kuò)散距離，m。式中：第二十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）離子交換速度的影響因素第一節(jié)離子交換

（1）離子性質(zhì)：化合價(jià)越高，其孔道擴(kuò)散速率越慢；水合半徑越大，擴(kuò)散速率越慢。（2）樹(shù)脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度大，離子在樹(shù)脂網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散慢。（3）樹(shù)脂的粒徑：粒徑小整體交換速率快，但顆粒太小，會(huì)增加樹(shù)脂層阻力，且反洗樹(shù)脂容易流失。（4）水中離子濃度：濃度高，其在水膜中的擴(kuò)散很快，離子交換速率受孔道擴(kuò)散控制。反之，為液膜擴(kuò)散控制。（5）溶液溫度：溫度升高有利于提高離子交換速率。（6）流速或攪拌速率：增加樹(shù)脂表面水流流速或增加攪拌速率，在一定程度上可提高液膜擴(kuò)散速率，但增加到一定程度以后，其影響變小。第二十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日(1)離子交換在環(huán)境工程領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？(2)離子交換劑的分類(lèi)有哪些？(3)離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？(4)影響離子交換樹(shù)脂選擇性的因素有哪些？(5)離子交換反應(yīng)有哪些主要類(lèi)型？本節(jié)思考題第一節(jié)離子交換

第二十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日(6)離子交換過(guò)程有哪些主要步驟，可能的控制步驟是什么？(7)如何判斷離子交換速度的控制步驟？(8)哪些主要因素影響離子交換速度？本節(jié)思考題第一節(jié)離子交換

第二十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)萃取一、萃取分離的特點(diǎn)二、萃取過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)三、萃取劑的選擇四、萃取過(guò)程的流程與計(jì)算本節(jié)的主要內(nèi)容第二十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日一、萃取分離的特點(diǎn)利用混合液中被分離組分A在兩相中分配差異的性質(zhì)，使該組分從混合液中分離。該過(guò)程稱(chēng)為液-液萃取，或溶劑萃取，或液體萃取。萃取過(guò)程是物質(zhì)由一相轉(zhuǎn)到另一相的傳質(zhì)過(guò)程。溶劑B稱(chēng)為稀釋劑第二節(jié)萃取第二十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日可在常溫下操作，無(wú)相變；萃取劑選擇適當(dāng)可以獲得較高分離效率；對(duì)于沸點(diǎn)非常相近的物質(zhì)可以進(jìn)行有效分離；利用萃取的方法分離混合液時(shí)，混合液中的溶質(zhì)既可是揮發(fā)性物質(zhì)，也可以是非揮發(fā)性物質(zhì)，如無(wú)機(jī)鹽類(lèi)等。萃取分離的特點(diǎn)第二節(jié)萃取第二十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日萃取法主要用于水處理，通常用于萃取工業(yè)廢水中有回收價(jià)值的溶解性物質(zhì)；從染料廢水中提取有用染料；從洗毛廢水中提取羊毛脂；含酚廢水的萃取處理等。在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用第二節(jié)萃取第二十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在萃取操作中至少涉及三個(gè)組分：待分離混合液中的溶質(zhì)A、稀釋劑B和加入的萃取劑S達(dá)到平衡時(shí)的兩個(gè)相均為液相：萃取相和萃余相當(dāng)萃取劑和稀釋劑部分互溶時(shí)，萃取相和萃余相均含有三個(gè)組分，因此表示平衡關(guān)系時(shí)要用三角相圖。二、萃取過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)萃取第二十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日三角形任何一個(gè)邊上的任一點(diǎn)均代表一個(gè)二元混合物，如E點(diǎn)。三角形內(nèi)的任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混合物，如M點(diǎn)。純?nèi)苜|(zhì)純稀釋劑純?nèi)軇┫鄕mA=0.4xmB=0.3xmS=0.3第二節(jié)萃?。ㄒ唬┤切蜗鄨D（a）（b）第三十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在萃取操作中，根據(jù)組分間互溶度的不同，可分為以下三種情況：溶質(zhì)A可溶于稀釋劑B和萃取劑S中，但稀釋劑B和萃取劑S之間不互溶。溶質(zhì)A可溶于稀釋劑B和萃取劑S中，但B和S之間部分互溶。組分A、B完全互溶，但B、S及A、S之間部分互溶。第I類(lèi)物系：第(1)和第(2)情況（以下主要討論）第II類(lèi)物系：第(3)情況

（二）溶解度曲線與聯(lián)結(jié)線第二節(jié)萃取第三十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日萃取相E及萃余相R：達(dá)到平衡時(shí)的共軛液相。聯(lián)結(jié)線：連線RE，都互不平行P點(diǎn)：臨界混溶點(diǎn)，溶液為均相在含有溶質(zhì)A和稀釋劑B的原混合液中加入適量的萃取劑S，經(jīng)充分混合，達(dá)到平衡。如果改變萃取劑的用量，將會(huì)建立新的平衡。溶解度曲線把三角形分為兩個(gè)區(qū)，曲線以?xún)?nèi)為兩相區(qū)，以外為均相區(qū)。萃取相萃余相第二節(jié)萃取第三十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日輔助曲線：連接F、G、H，得輔助曲線。利用輔助曲線，可以求任一平衡液相的共軛相，如從R點(diǎn)求E點(diǎn)。溶解度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)少時(shí)，如何處理？第二節(jié)萃取第三十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）杠桿規(guī)則混合物M分成任意兩個(gè)相，或由任意兩個(gè)相E和R混合成一個(gè)相M,則表示組成的點(diǎn)M、E和R在一直線上。式中，E、R、M—混合液E、R及M的質(zhì)量，E+R＝M。杠桿規(guī)則M：點(diǎn)E和R的“和點(diǎn)”；E(或R)：點(diǎn)M與R（或E）的“差點(diǎn)”由其中的任意二點(diǎn)求得第三點(diǎn)。表示了混合物M和兩個(gè)相E和R之間的質(zhì)量與組成間的關(guān)系。第二節(jié)萃?。?0.2.1）ABS第三十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日若在原料液F中加入純?nèi)軇㏒，則表示混合液組成的點(diǎn)M視溶劑加入量的多少沿FS線變化，根據(jù)杠桿規(guī)則：萃取過(guò)程在三角相圖中的表示由聯(lián)結(jié)線和溶解度曲線可得萃取相E和萃取相R的組成。第二節(jié)萃取（10.2.2）ABS第三十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日1.分配曲線將三角形相圖上各組相對(duì)應(yīng)的共扼平衡液層中溶質(zhì)A的組成轉(zhuǎn)移到xm-ym直角坐標(biāo)上，所得的曲線稱(chēng)為分配曲線。分配曲線表達(dá)了溶質(zhì)A在相互平衡R相與E相中的分配關(guān)系。

（四）分配曲線與分配系數(shù)第二節(jié)萃取第三十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.分配系數(shù)溶質(zhì)A在兩相中的平衡關(guān)系可以用相平衡常數(shù)k來(lái)表示。ymA——溶質(zhì)A在萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；xmA——溶質(zhì)A在萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。k通常稱(chēng)為分配系數(shù)。該值隨溫度與溶質(zhì)的組成而異。當(dāng)溶質(zhì)濃度較低時(shí)，k接近常數(shù)，分配曲線接近直線。第二節(jié)萃取（10.2.3）第三十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）萃取劑的選擇性系數(shù)萃取劑的選擇性是指萃取劑對(duì)原料混合液中兩個(gè)組分的溶解能力的大小，可以用選擇性系數(shù)來(lái)表示：ymA，ymB——分別為組分A和B在萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xmA，xmB——分別為組分A和B在萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)若>1,表示溶質(zhì)A在萃取相中的相對(duì)含量比在萃余相中高。愈大，組分A與B的分離愈容易。若＝1，則組分A與B在兩相中的組成比例相同，該溶液不能用萃取方法分離。三、萃取劑的選擇第二節(jié)萃?。?0.2.4）式中：第三十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日1.萃取劑的選擇性2.萃取劑的物理性質(zhì)：密度、界面張力、黏度3.萃取劑的化學(xué)性質(zhì)4.萃取劑回收的難易：一般常用的回收方法是蒸餾，如果不宜用蒸餾，可以考慮采用其他方法，如反萃取、結(jié)晶分離等。5.廢水常用的萃取劑：苯及焦油類(lèi)、酯類(lèi)（醋酸丁酯、三甲酚磷酸酯等）、醇類(lèi)（二）萃取劑的選擇第二節(jié)萃取第三十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）單級(jí)萃取單級(jí)萃取是液-液萃取中最簡(jiǎn)單、也是最基本的操作方式。

混合器分層器萃取相分離設(shè)備萃余相分離設(shè)備四、萃取過(guò)程的流程和計(jì)算第二節(jié)萃取

第四十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日單級(jí)萃取可以間歇操作，也可以連續(xù)操作。理論級(jí)：萃取相和萃余相之間達(dá)到平衡。級(jí)效率：?jiǎn)渭?jí)操作實(shí)際的級(jí)數(shù)和理論級(jí)的差距。單級(jí)萃取過(guò)程的計(jì)算：

已知：待處理的原料液量和組成、萃取劑組成、萃余相組成、相平衡數(shù)據(jù)

計(jì)算：所需的萃取劑量、萃取相和萃余相量和組成

第二節(jié)萃取第四十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日以溶質(zhì)A為對(duì)象建立物料平衡關(guān)系式：或S、B——萃取劑用量、原料液中稀釋劑量；kg或kg/sXmF——原料液溶質(zhì)A質(zhì)量比，XmF

=

A/B；YmE——溶質(zhì)A在萃取相中的質(zhì)量比，YmE=A/S；XmR——溶質(zhì)A在萃余相中的質(zhì)量比，XmR=A/B。1.萃取劑與稀釋劑不互溶的體系第二節(jié)萃?。?0.2.5）或中，第四十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日聯(lián)立分配曲線方程和物料平衡方程，即可得到萃取劑用量和溶質(zhì)在萃取相中的組成。溶質(zhì)在兩液相間的分配曲線如下：第二節(jié)萃取如果分配系數(shù)不隨溶液組成而變，則有：

（10.2.6）第四十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.萃取劑與稀釋劑部分互溶的體系，如何計(jì)算？則：由萃取劑量求組成xmR?（1）.根據(jù)已知平衡數(shù)據(jù)在三角相圖中畫(huà)出溶解度曲線及輔助曲線。（2）.在AB邊上根據(jù)原料液的組成xmF確定F點(diǎn)，根據(jù)所用萃取劑組成確定S點(diǎn)（假設(shè)為純萃取劑），連接FS。（3）.由已知的xmR（萃余相中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）定出點(diǎn)R,再利用輔助曲線求出E點(diǎn)，連接RE直線，與FS交點(diǎn)為M。萃取相萃余相第二節(jié)萃取ABS第四十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）多級(jí)錯(cuò)流萃取

萃余相原料液萃取劑萃取劑和稀釋劑之間不互溶體系第二節(jié)萃取第四十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于第1級(jí)，作溶質(zhì)A的物料衡算：由上式得：

第1級(jí)操作線

任意一個(gè)萃取級(jí)n的操作線方程：物料平衡第二節(jié)萃取（10.2.8）（10.2.7）（10.2.9）第四十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日直到萃余相的組成Xmn等于或小于所要求的XmR為止。重復(fù)操作線的次數(shù)即為理論級(jí)數(shù)。理論級(jí)數(shù)如何求？已知原料液組成：XmF萃取劑量：S萃取劑組成：Ym0第二節(jié)萃取第四十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）多級(jí)逆流萃取

原料液萃取劑萃取相中溶質(zhì)含量高，接近與原料液相平衡的程度萃余相中溶質(zhì)含量低，接近與新鮮萃取劑相平衡的程度第二節(jié)萃取第四十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第1級(jí)至i級(jí)的物料衡算方程為:操作線1.理論級(jí)數(shù)的計(jì)算第二節(jié)萃取（10.2.10）（10.2.11）第四十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D解法求多級(jí)逆流萃取所需的理論級(jí)數(shù)第二節(jié)萃取第五十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日萃取劑用量的確定影響萃取效果和設(shè)備費(fèi)用。萃取劑用量少，所需理論級(jí)數(shù)多，設(shè)備費(fèi)用大；反之，萃取劑用量大，所需的理論級(jí)數(shù)少，萃取設(shè)備費(fèi)用低，但萃取劑回收設(shè)備大，相應(yīng)的回收萃取劑的費(fèi)用高。在多級(jí)逆流操作中對(duì)于一定的萃取要求存在著一個(gè)最小萃取劑比和最小萃取劑用量Smin。當(dāng)萃取劑用量減少到Smin時(shí)，所需的理論級(jí)數(shù)為無(wú)窮大。2.最小萃取劑用量的計(jì)算第二節(jié)萃取第五十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日萃取劑用量S值越小，理論級(jí)數(shù)越多。萃取劑的最小用量：圖解法求最小萃取劑用量第二節(jié)萃?。?0.2.12）第五十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日連續(xù)萃取多用塔式裝置，種類(lèi)很多，包括：填料塔、篩板塔、往復(fù)振動(dòng)篩板塔、離心萃取機(jī)等。（四）連續(xù)逆流萃取第二節(jié)萃取第五十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)萃取往復(fù)振蕩篩板塔第五十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在連續(xù)逆流萃取計(jì)算中，主要是要確定塔徑和塔高。塔徑取決于兩液相的流量與塔中兩相適宜的流速。塔高的計(jì)算有兩種方法：

1.理論級(jí)當(dāng)量高度法理論級(jí)當(dāng)量高度He：指相當(dāng)于一個(gè)理論級(jí)萃取效果的塔段高度。由實(shí)驗(yàn)研究或根據(jù)實(shí)際裝置的數(shù)據(jù)求得。理論級(jí)數(shù)：NT塔高H=NTHe

第二節(jié)萃取第五十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.傳質(zhì)單元法將萃取塔分隔成無(wú)數(shù)個(gè)微元段，對(duì)微元段中溶質(zhì)從料液到萃取相中的傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行分析。第二節(jié)萃取第五十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日溶質(zhì)從萃余相進(jìn)入萃取相的量等于萃取相中溶質(zhì)的增量：E——萃取相流量，kg/s；ab——單位塔體積中兩相界面積，m2/m3；——塔截面面積，m2；Ky——總傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2

s)ym*——與組成為xm的萃余相呈相平衡的萃取相組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第二節(jié)萃?。?0.2.13）式中：第五十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)萃取相中溶質(zhì)濃度較低，且萃取相和稀釋劑不互溶時(shí)，E可認(rèn)為不變，Ky也可以取平均值作為常數(shù)。HOE——稀溶液時(shí)萃取相總傳質(zhì)單元高度，m；NOE——稀溶液時(shí)萃取相總傳質(zhì)單元數(shù)；ym0——原始萃取劑中溶質(zhì)組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ymE——最終萃取劑中溶質(zhì)組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第二節(jié)萃?。?0.2.14）式中：第五十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日本節(jié)總結(jié)萃取平衡的概念分配曲線與分配系數(shù)的概念萃取過(guò)程的操作線萃取工藝的計(jì)算單級(jí)、多級(jí)錯(cuò)流、多級(jí)逆流第二節(jié)萃取第五十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日(1)萃取分離的原理和特點(diǎn)是什么？(2)萃取分離在環(huán)境工程領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？(3)說(shuō)明三角形相圖中各區(qū)域點(diǎn)（三角形頂點(diǎn)、三條邊上的點(diǎn)以及三角形內(nèi)的點(diǎn)）的物理意義。(4)說(shuō)明三角形相圖中溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線是如何得到的。哪些區(qū)域是均相，哪些是多相，相的組成如何計(jì)算（稀釋劑和萃取劑完全不互溶）？(5)說(shuō)明單級(jí)萃取過(guò)程在三角形相圖上如何表示。本節(jié)思考題第二節(jié)萃取第六十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日(6)說(shuō)明如何從三角形相圖的溶解度曲線得到分配曲線，分配系數(shù)的物理意義。(7)萃取劑的選擇原則是什么？(8)畫(huà)圖說(shuō)明單級(jí)萃取、多級(jí)錯(cuò)流萃取和多級(jí)逆流萃取分配曲線和操作線的不同關(guān)系。(9)多級(jí)逆流萃取的理論級(jí)數(shù)如何確定？(10)萃取劑用量的確定有哪些考慮？本節(jié)思考題第二節(jié)萃取第六十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日一、膜分離概述二、膜分離過(guò)程中的傳遞過(guò)程三、反滲透和納濾四、超濾和微濾五、電滲析六、其他膜分離本節(jié)的主要內(nèi)容第三節(jié)膜分離

第六十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）膜分離過(guò)程的分類(lèi)根據(jù)推動(dòng)力的不同：壓力差：微濾、超濾、反滲透、氣體分離、滲透蒸發(fā)濃度差：滲析電位差：電滲析、膜電解溫度差：膜蒸餾一、膜分離概述第三節(jié)膜分離

第六十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）膜分離特點(diǎn)膜分離過(guò)程不發(fā)生相變，能耗較低，能量轉(zhuǎn)化效率高?？稍诔叵逻M(jìn)行，特別適于對(duì)熱敏感物質(zhì)的處理。不需要投加其他物質(zhì)，可節(jié)省化學(xué)藥劑，并有利于不改變分離物質(zhì)原有的屬性。在膜分離過(guò)程中，分離和濃縮同時(shí)進(jìn)行，能回收有價(jià)值的物質(zhì)。膜分離裝置簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離，適應(yīng)性強(qiáng)，操作容易且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。第三節(jié)膜分離

第六十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）膜種類(lèi)

按分離機(jī)理分類(lèi)：

反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等按膜的性質(zhì)分類(lèi)：

天然膜（生物膜）和合成膜（有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜）按膜的形狀分類(lèi)：

平板膜（Flatmembrane）、管式膜（Tubularmembrane）、中空纖維膜（Hollowfiber

membrane）按膜的結(jié)構(gòu)分類(lèi)：對(duì)稱(chēng)膜（Symmetricmembrane）、非對(duì)稱(chēng)膜（Asymmetricmembrane）和復(fù)合膜（Compositemembrane）第三節(jié)膜分離

第六十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)稱(chēng)膜橫斷面示意圖

膜的厚度大致在10～200m范圍內(nèi)，其傳質(zhì)阻力由膜的總厚度決定，降低膜的厚度有利于提高滲濾速率。第三節(jié)膜分離

第六十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日非對(duì)稱(chēng)膜由厚度為0.1～0.5m的致密表皮層及厚度為50～150m的疏松多孔支撐層組成。非對(duì)稱(chēng)膜的傳質(zhì)阻力主要由很薄的致密表皮層決定。由于非對(duì)稱(chēng)膜表皮層比均致膜的厚度薄很多，故其滲透速率比對(duì)稱(chēng)膜大。非對(duì)稱(chēng)膜橫斷面圖

第三節(jié)膜分離

第六十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）膜分離的表征參數(shù)

膜分離的特征通常用兩個(gè)參數(shù)來(lái)表征：滲透性和選擇性。1.滲透性

滲透性也稱(chēng)為通量和滲透速率，表示單位時(shí)間通過(guò)單位面積膜的滲透物的通量體積通量Nv：?jiǎn)挝粸閙3/(m2·s)質(zhì)量通量和物質(zhì)的量通量：?jiǎn)挝环謩e為kg/(m2·s)和kmol/(m2·s)。

二、膜分離過(guò)程中的傳遞過(guò)程第三節(jié)膜分離

第六十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.選擇性

指膜將混合物中的組分分離開(kāi)來(lái)的能力。對(duì)于溶液脫鹽或脫除微粒、高分子等物質(zhì)，可用截留率表示，截留率定義為：膜對(duì)液體混合物或氣體混合物的選擇性通常以分離因子表示，分離因子A/B定義為：yA和yB——組分A和B在滲透物中的摩爾分?jǐn)?shù)；xA和xB——組分A和B在過(guò)濾原料中的摩爾分?jǐn)?shù)。第三節(jié)膜分離

（10.3.1）（10.3.2）式中，第六十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在選擇分離因子時(shí)應(yīng)使其值大于1。如果A組分通過(guò)膜的速度大于B組分，則分離因子表示為A/B；反之，則為B/A如果A/B＝B/A＝1，則不能實(shí)現(xiàn)A組分和B組分的分離第三節(jié)膜分離

第七十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日1.推動(dòng)力在膜分離過(guò)程中，膜是過(guò)濾原料和滲透物兩個(gè)均相之間的一個(gè)有選擇性的屏障。過(guò)濾混合液中的滲透組分在某種或某幾種推動(dòng)力的作用下，從高位相向低位相傳遞。傳遞過(guò)程推動(dòng)力的大小與兩相之間的位差，即位梯度有關(guān)。作用在膜兩側(cè)的平均推動(dòng)力＝位差（G）/膜厚（）。（二）膜傳遞過(guò)程的推動(dòng)力及一般表述第三節(jié)膜分離

第七十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日G(c,p,T,E)膜過(guò)濾原料滲透物位差主要有：壓力差（p）濃度差（c）溫度差（T）電位差（E）

化學(xué)位差電化學(xué)位差膜分離過(guò)程的推動(dòng)力第三節(jié)膜分離

第七十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在等溫條件下，某一組分i的化學(xué)位與壓力和濃度的關(guān)系可用下式表示：i——混合物中組分i的化學(xué)位；i0——純組分的化學(xué)位，為常數(shù)；bi——組分i的活度；Vi——組分i的摩爾體積；p——壓力。則化學(xué)位差可進(jìn)一步表示為：

化學(xué)位的計(jì)算第三節(jié)膜分離

（10.3.3）（10.3.4）式中：第七十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.膜傳遞過(guò)程的一般表述通量N與推動(dòng)力之間的關(guān)系可以用下式表示：

K為傳遞系數(shù)，dG/dz為推動(dòng)力，即位梯度。該方程不僅用于描述傳質(zhì)方程，也可以用于表征熱通量、體積通量、動(dòng)量通量及電通量。

第三節(jié)膜分離

（10.3.5）第七十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日膜分離過(guò)程的類(lèi)型不同，其作用的機(jī)理也不同。目前在膜的傳遞過(guò)程中，普遍認(rèn)為，主要有兩種不同的機(jī)理支配著膜中的質(zhì)量傳遞和滲透過(guò)程。通過(guò)微孔的傳遞——多孔模型基于擴(kuò)散的傳遞——溶解-擴(kuò)散模型（三）膜傳遞過(guò)程模型第三節(jié)膜分離

第七十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日1.多孔模型

多孔模型是借助Kozeny-Carman方程來(lái)描述流體透過(guò)膜的過(guò)程。該模型可以用于描述多孔膜中的傳遞過(guò)程。多孔膜一般用于微濾和超濾過(guò)程。第三節(jié)膜分離

第七十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在該模型中，是將多孔膜簡(jiǎn)化成一個(gè)由一系列平行的毛細(xì)管體系組成的膜結(jié)構(gòu)dm

NV’NV料液滲透液結(jié)構(gòu)參數(shù)：孔隙率單位體積的比表面積a、/m2·m-3多孔膜的模型第三節(jié)膜分離

第七十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日假定在毛細(xì)管中的流動(dòng)可以用Hagen-Poiseuille定律來(lái)描述：根據(jù)Kozeny-Carman模型，假設(shè)膜孔是緊密堆積球所構(gòu)成的體系：又，膜單位面積的滲透通量：

則：K第三節(jié)膜分離

（10.3.6）（10.3.7）（10.3.8）第七十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.溶解-擴(kuò)散模型主要用于描述致密膜（無(wú)孔膜）的傳遞過(guò)程（滲透蒸發(fā)、氣體分離）。溶劑和溶質(zhì)透過(guò)膜的過(guò)程分為3步：溶劑和溶質(zhì)的滲透能力取決于物質(zhì)在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)。即：滲透系數(shù)（K）＝溶解度系數(shù)（H）擴(kuò)散系數(shù)（D）

第三節(jié)膜分離

溶劑和溶質(zhì)在膜上游側(cè)吸附溶解；溶劑和溶質(zhì)在化學(xué)位梯度下，以分子擴(kuò)散形式透過(guò)膜；透過(guò)物在膜下游側(cè)表面解吸。第七十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日假設(shè)滲透物的溶解度與濃度無(wú)關(guān)，滲透物在膜中的溶解服從Henry定律，即膜中滲透物濃度c與外界壓力p之間存在線性關(guān)系：對(duì)于滲透物在膜中的擴(kuò)散，可以用Fick定律表示：

第三節(jié)膜分離

（10.3.9）（10.3.10）第八十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日該式表明滲透物通過(guò)膜的通量正比于膜兩側(cè)壓差，反比于膜厚。對(duì)于溶解-擴(kuò)散機(jī)理應(yīng)更進(jìn)一步研究溶解度、擴(kuò)散系數(shù)和滲透系數(shù)的影響。上述兩式聯(lián)立并對(duì)膜厚

積分，得：第三節(jié)膜分離

（10.3.12）第八十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日反滲透和納濾是借助于半透膜對(duì)溶液中相對(duì)低相對(duì)分子質(zhì)量溶質(zhì)的截留作用，以高于溶液滲透壓的壓差為推動(dòng)力，使溶劑滲透透過(guò)半透膜。反滲透和納濾在本質(zhì)上非常相似，分離所依據(jù)的原理也基本相同。兩者的差別僅在于所分離的溶質(zhì)的大小。反滲透：脫鹽；納濾：脫鹽、小分子有機(jī)物反滲透和納濾膜可視為介于多孔膜（微濾、超濾）與致密膜（滲透蒸發(fā)、氣體分離）之間的過(guò)程。三、反滲透和納濾第三節(jié)膜分離

第八十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）溶液滲透壓

溶液中溶劑的化學(xué)位可以用理想溶液的化學(xué)位公式表示：x——溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。溶液中溶質(zhì)濃度越高，溶劑化學(xué)位越低。溶液溶劑第三節(jié)膜分離

（10.3.13）式中：第八十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在反滲透過(guò)程中，溶液的滲透壓是非常重要的數(shù)據(jù)。對(duì)于多組分體系的稀溶液，可用擴(kuò)展的范特霍夫滲透壓公式計(jì)算溶液的滲透壓。ci——溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度；n——溶液中的組分?jǐn)?shù)。滲透壓計(jì)算第三節(jié)膜分離

（10.3.14）式中：第八十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)溶液濃度增大時(shí)，溶液偏離理想程度加大，需要修正。如：

i——滲透壓系數(shù)，來(lái)校正偏離程度。在實(shí)際應(yīng)用中，常用以下簡(jiǎn)化方程：

xi——溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；w——常數(shù)，可查表。第三節(jié)膜分離

（10.3.15）（10.3.16）第八十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）反滲透和納濾過(guò)程機(jī)理1.氫鍵理論第三節(jié)膜分離

第八十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流機(jī)理當(dāng)水溶液與多孔膜接觸時(shí)，如果膜的物化性質(zhì)使膜對(duì)水具有選擇性吸水斥鹽的作用，則在膜與溶液界面附近的溶質(zhì)濃度就會(huì)急劇下降，而在膜界面上形成一層吸附的純水層。在壓力作用下，優(yōu)選吸附的水就會(huì)滲透通過(guò)膜表面的毛細(xì)孔，從而獲得純水。當(dāng)膜毛細(xì)孔孔徑接近或等于純水層厚度t

兩倍時(shí)，滲透通量最高；2t稱(chēng)為膜的“臨界孔徑”

第三節(jié)膜分離

第八十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日3.溶解-擴(kuò)散模型根據(jù)該模型水的滲透速率或滲透體積通量Nv的計(jì)算式如下：

p——膜兩側(cè)壓力差；——溶液滲透壓差；Dwm——溶劑在膜中的擴(kuò)散系數(shù)；Cw——溶劑在膜中的溶解度；Vw——溶劑的摩爾體積；Kw——溶劑的滲透系數(shù)，是溶解度和擴(kuò)散系數(shù)的函數(shù)。上式表明：隨著壓力升高水通量線性增加。

第三節(jié)膜分離

（10.3.17）式中：第八十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日溶質(zhì)的擴(kuò)散通量可近似地表示為:DAm——溶質(zhì)A在膜中的擴(kuò)散系數(shù)；cAm——溶質(zhì)A在膜中的濃度。第三節(jié)膜分離

（10.3.18）式中：第八十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日由于膜中溶質(zhì)的濃度cAm無(wú)法測(cè)定，故通常用溶質(zhì)在膜和液相主體之間的分配系數(shù)k與膜外溶液的濃度來(lái)表示，假設(shè)膜兩側(cè)的k值相等，于是上式可表示：kA——溶質(zhì)A在膜和液相主體之間的分配系數(shù)；cAF，cAP——分別為膜上游溶液中和透過(guò)液中溶質(zhì)的濃度；KA——溶質(zhì)A的滲透系數(shù)。溶質(zhì)通量幾乎不受壓差影響，而只取決于膜兩側(cè)濃度差。

第三節(jié)膜分離

（10.3.19）式中：第九十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）反滲透和納濾膜過(guò)程計(jì)算1.膜通量溶劑（水）通量：溶質(zhì)通量：第三節(jié)膜分離

（10.3.20）（10.3.21）第九十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日2.截留率

膜材料的選擇通過(guò)常數(shù)Kw和KA直接影響分離效率。如果要實(shí)現(xiàn)高效的分離，常數(shù)Kw應(yīng)盡可能大，而KA盡可能小。即膜材料必須對(duì)溶劑的親合力高，而對(duì)溶質(zhì)的親合力低。因此，在反滲透過(guò)程中，膜材料的選擇十分重要。這與微濾和超濾有明顯區(qū)別。也稱(chēng)為脫鹽率又因?yàn)閏p＝Nn/NV,則：第三節(jié)膜分離

（10.3.22）第九十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日3.過(guò)程回收率

透過(guò)液與原料液體積之比稱(chēng)為回收率：VP，VF——透過(guò)液和原料液的體積。第三節(jié)膜分離

（10.3.23）式中：第九十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日在微濾和超濾過(guò)程中采用的膜一般為多孔膜。超濾膜的孔徑在0.05m～1nm，微濾膜孔徑在10～0.05m超濾：主要分離生物大分子微濾：主要分離懸浮物微粒、細(xì)菌等微濾或超濾的基本分離過(guò)程主要有：①在膜表面及微孔內(nèi)被吸附（一次吸附）；②在膜孔中停留而被去除（阻塞）；③在膜面被機(jī)械截留（篩分）。而一般認(rèn)為物理篩分起主導(dǎo)作用四、微濾和超濾第三節(jié)膜分離

第九十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日通過(guò)微濾或超濾膜的水通量可由Darcy定律描述：其中滲透系數(shù)Kw包括孔隙率、孔徑（孔徑分布）等結(jié)構(gòu)因素及滲透液黏度的影響。對(duì)于在多孔體系中的滲流的描述，可以參見(jiàn)多孔模型。（一）分離過(guò)程的基本傳遞理論第三節(jié)膜分離

（10.3.24）第九十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）濃差極化與凝膠層在超濾過(guò)程中，被膜所截留的通常為大分子，大分子溶液的滲透壓較小，由濃度變化引起的滲透壓變化對(duì)分離過(guò)程的影響不大，可以不予考慮。第三節(jié)膜分離

第九十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日但超濾過(guò)程中的濃差極化對(duì)通量的影響則十分明顯。一旦膜投入運(yùn)行，濃差極化現(xiàn)象不可避免，但是可逆的。濃差極化和凝膠層形成現(xiàn)象第三節(jié)膜分離

第九十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)超濾膜的物料平衡算式為：從邊界層透過(guò)膜的溶質(zhì)通量

對(duì)流傳質(zhì)進(jìn)入邊界層的溶質(zhì)通量

從邊界層向主體溶液的擴(kuò)散通量

根據(jù)邊界條件：z=0,

c=cb;

z=bl,

c＝cm，積分上式可得：第三節(jié)膜分離

（10.3.25）（10.3.26）第九十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)以摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)，濃差極化模型方程變?yōu)椋?/p>

當(dāng)xp<<xb和xm時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為：當(dāng)膠體或大分子溶質(zhì)在膜表面上的濃度超過(guò)其在溶液中的溶解度時(shí)，便會(huì)在膜表面形成凝膠層，此時(shí)的濃度稱(chēng)為凝膠濃度cg

。一旦凝膠層形成后，滲透速率就與超濾壓差無(wú)關(guān)。濃差極化比，其值越大，濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重。

第三節(jié)膜分離

（10.3.27）（10.3.28）第九十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于有凝膠層存在的超濾過(guò)程，常用阻力模型表示。若忽略溶液的滲透壓，膜阻力為Rm、濃差極化層阻力為Rp及凝膠層阻力為Rg，則有：由于Rg>>Rp，則：第三節(jié)膜分離

（10.3.29）（10.3.30）第一百頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于微濾過(guò)程，可將沉積在膜表面上的顆粒層視為濾餅層。可將濾餅層的阻力Rc取代式（10.3.29）中的凝膠層阻力Rg

。第三節(jié)膜分離

第一百零一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）電滲析過(guò)程的基本原理五、電滲析第三節(jié)膜分離

電滲析中使用的是陽(yáng)離子交換膜（簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)膜，以符號(hào)CM表示）和陰離子交換膜（簡(jiǎn)稱(chēng)陰膜，以符號(hào)AM表示）。陰、陽(yáng)離子交換膜具有帶電的活性基團(tuán)，能選擇性地分別使陰離子或陽(yáng)離子透過(guò)。陰膜陽(yáng)膜第一百零二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（二）電滲析中的傳遞過(guò)程第三節(jié)膜分離

電滲析中，反離子的遷移是主要的傳遞過(guò)程。但在電滲析的傳遞過(guò)程中，還存在其他復(fù)雜的傳遞現(xiàn)象。①反離子遷移②同性離子遷移③電解質(zhì)的濃差擴(kuò)散④水的（電）滲析⑤壓差滲漏⑥水的電解第一百零三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（三）離子交換膜第三節(jié)膜分離

1.離子交換膜的種類(lèi)磺酸型陽(yáng)膜的示意為：（1）按活性基團(tuán)分類(lèi)陽(yáng)離子交換膜（簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)膜）、陰離子交換膜（簡(jiǎn)稱(chēng)陰膜）和特種膜。季胺型陰膜的示意為：基膜活性基團(tuán)基膜固定離子可交換離子基膜活性基團(tuán)基膜固定離子可交換離子第一百零四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)膜分離

（2）按膜的結(jié)構(gòu)分類(lèi)異相膜（或稱(chēng)非均相膜）：容易制造，價(jià)格便宜，但選擇性較差，膜電阻也大。均相膜：優(yōu)良的電化學(xué)性能和物理性能，近年來(lái)離子交換膜的主要發(fā)展方向。半均相膜（3）按材料性質(zhì)分類(lèi)有機(jī)離子交換膜和無(wú)機(jī)離子交換膜第一百零五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)膜分離

2.對(duì)離子交換膜的性能要求（1）具有較高的選擇透過(guò)性：這是衡量離子交換膜性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，其定義式為式中：——陽(yáng)膜對(duì)陽(yáng)離子的選擇透過(guò)率，％；

——陽(yáng)離子在溶液中的遷移數(shù)；

——陽(yáng)離子在陽(yáng)膜內(nèi)的遷移數(shù)，理想膜的應(yīng)等于1。（10.3.36）第一百零六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)膜分離

（2）較好的化學(xué)穩(wěn)定性（3）較低的離子反擴(kuò)散和滲水性（4）較高的機(jī)械強(qiáng)度（5）較低的膜電阻第一百零七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)膜分離

3.離子交換膜的選擇透過(guò)機(jī)理離子交換膜在化學(xué)性質(zhì)上和離子交換樹(shù)脂很相像，都是由某種聚合物構(gòu)成的，含有由可交換離子組成的活性基團(tuán)。以陽(yáng)離子交換膜為例：第一百零八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（四）電滲析過(guò)程中的濃差極化和極限電流密度第三節(jié)膜分離

邊界層和主流層之間出現(xiàn)濃度差（cb-cm）。當(dāng)電流密度增大到一定程度時(shí)，離子遷移被強(qiáng)化，使膜邊界層內(nèi)Cl-濃度cm趨于零時(shí)，邊界層內(nèi)的水分子就會(huì)被電離成H+和OH-，OH-將參與遷移，以補(bǔ)充Cl-的不足。這種現(xiàn)象即為濃差極化現(xiàn)象。使cm趨于零時(shí)的電流密度稱(chēng)為極限電流密度。以NaCl溶液在電滲析中的遷移過(guò)程為例：第一百零九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，2022年，8月28日（一）氣體膜分離六、其他膜分離第三節(jié)膜分離

氣體膜分離是一種很簡(jiǎn)單的氣體混合物的分離技術(shù)。常用的氣體分離膜有多孔膜和致密膜兩種。一般認(rèn)為氣體通過(guò)多孔膜與致密膜的機(jī)理是不同的，分別可用多孔擴(kuò)散機(jī)理和溶解-擴(kuò)散機(jī)理解釋。1.多孔擴(kuò)散機(jī)理氣體在多孔膜中的傳遞機(jī)理包括分子擴(kuò)散、黏性流動(dòng)、Knudsen