膜分離設(shè)備（膜組件）

項(xiàng)目五膜分離及設(shè)備操作學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)一、典型的膜分離過(guò)程任務(wù)二、膜分離設(shè)備（膜組件）任務(wù)三、膜分離操作與控制能力目標(biāo)：1.能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)膜分離操作過(guò)程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象作出正確解釋?zhuān)?.能完成化工生產(chǎn)中膜分離過(guò)程的生產(chǎn)準(zhǔn)備和工藝方案確定（工藝文件的準(zhǔn)備、膜分離設(shè)備的檢查、工藝參數(shù)和方案確定）；3.能夠操作化工生產(chǎn)中典型膜分離設(shè)備（設(shè)備開(kāi)停車(chē)操作、設(shè)備運(yùn)行操作）；4.能進(jìn)行化工生產(chǎn)中膜分離設(shè)備保養(yǎng)與簡(jiǎn)單維護(hù)；5.能夠?qū)どa(chǎn)中膜分離設(shè)備操作異常及事故進(jìn)行判斷，并做出正確處理。知識(shí)目標(biāo)：1.掌握基本的膜分離原理和方法，能闡述微濾、超濾、納濾、反滲透等膜分離設(shè)備的工作過(guò)程、用途、結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)性能，能針對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)備選型；2.膜分離設(shè)備的板框式、螺旋卷、管式等組件形式的結(jié)構(gòu)、原理、使用、維護(hù)的一般知識(shí)，能利用所學(xué)知識(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程；3.自主探索膜分離的新方法和有關(guān)新技術(shù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)膜分離設(shè)備操作

任務(wù)描述：

膜是具有選擇性分離功能的材料，利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過(guò)程稱(chēng)作膜分離。膜分離是一門(mén)分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾及過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)單、易于控制等特征，因此，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。本項(xiàng)目要求學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)膜分離操作的原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)有一個(gè)正確的認(rèn)知，同時(shí)能夠熟練操作運(yùn)行控制膜分離設(shè)備、并對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的維護(hù)。膜分離設(shè)備操作任務(wù)二膜分離設(shè)備（膜組件）一、膜組件的形式之一——板框式二、膜組件形式之二——螺旋卷式三、膜組件的形式之三——圓管式四、膜組件形式之四——中空纖維式膜組件(MembraneModule)將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個(gè)單元稱(chēng)為膜組件。膜組件的結(jié)構(gòu)及型式取決于膜的形狀,工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。膜分離基本原理2.1膜組件的形式之一——板框式板框式也稱(chēng)平板式，它是由許多板和框(plateandframe)堆積組裝在一起而得名，其外觀類(lèi)似普通的板框式壓濾機(jī)(filterpress)。它是膜分離歷史上最早問(wèn)世的一種膜組件形式。(1)、板框式(Plate-and-Frame)膜組件膜被放置在墊有濾紙的多孔的支撐板上，兩塊多孔的支撐板疊壓在一起形成的料液流道空間，組成一個(gè)膜單元，單元與單元之間可并聯(lián)或串聯(lián)連接。不同的板框式設(shè)計(jì)的主要差別在于料液流道的結(jié)構(gòu)上。截留液透過(guò)液料液膜支撐板隔板平板式膜組件板框式膜組件特點(diǎn)(1)組裝簡(jiǎn)單。它可以將膜及板框并列排成直立式，也可以堆積成橫放式，可以根據(jù)產(chǎn)水量增減的需要，簡(jiǎn)單地通過(guò)增減膜的層數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)膜及板框形狀多樣。根據(jù)需要可做成圓形、橢圓形和長(zhǎng)方形，更換膜比較容易。(3)水流通道較大，雜物不易堵塞，抗污染能力較強(qiáng)。另外，還可以將進(jìn)水通道加工成各種形狀的凹凸波紋，迫使水流湍動(dòng)，減少濃差極化，提高分離效率。(4)對(duì)膜機(jī)械強(qiáng)度要求較高，如果沒(méi)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，將難以安裝、更換和承受水流壓力。另外，需要密封的邊界較長(zhǎng)，對(duì)各零件的加工精度要求高，從而增加了成本。美國(guó)下游技術(shù)有限公司Ultra－FloTM超濾設(shè)備這種板框式UF設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備膜面積可達(dá)42m2，由Suntar公司獨(dú)家引進(jìn)，廣泛用于Vc生產(chǎn)過(guò)程中。Ultra－FloTM超濾設(shè)備2.2膜組件形式之二——螺旋卷式螺旋卷式(簡(jiǎn)稱(chēng)卷式)膜組件的結(jié)構(gòu)是由中間為多孔支撐材料，兩邊是膜的“雙層結(jié)構(gòu)”裝配組成的。其中三個(gè)邊沿被密封而粘結(jié)成膜袋狀，另一個(gè)開(kāi)放的邊沿與一根多孔中心產(chǎn)品水(液)收集管連接，在膜袋外部的原水側(cè)再墊一層網(wǎng)眼型間隔材料（隔網(wǎng)），也就是把膜~多孔支撐體~膜~原水側(cè)隔網(wǎng)依次疊合，繞中心集水管緊密地卷在一起，形成一個(gè)膜元件，再裝進(jìn)圓柱型壓力容器里，構(gòu)成一個(gè)螺旋卷式膜組件。目前，螺旋卷式膜組件被廣泛地應(yīng)用于多種膜分離過(guò)程。膜、料液通道網(wǎng)、以及多孔的膜支撐體等通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一起，然后將其裝入能承受壓力的外殼中制成膜組件。通過(guò)改變料液和過(guò)濾液流動(dòng)通道的形式，這類(lèi)膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可被設(shè)計(jì)成多種不同的形式。螺旋卷式膜組件特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的有效面積大（830~1660m2/m3）缺點(diǎn)是當(dāng)原液中含有懸浮固體時(shí)使用有困難；不易密封，同時(shí)膜組件的制作工藝復(fù)雜、要求高，尤其是用于高壓操作時(shí)難度更大。一旦有一處破損，要更換整個(gè)膜組件/programs/view/-9ErHM7kOr4/卷式膜“包層”橫截面圖裝有3個(gè)串聯(lián)的卷式膜組件的壓力容器示意圖各種規(guī)格的卷式膜元件2.3膜組件的形式之三——圓管式所謂圓管式膜是指在圓筒狀支撐體的內(nèi)側(cè)或外側(cè)附上一層半透膜而得到的圓管形分離膜，再將一定數(shù)量的這種膜管以一定方式聯(lián)成一體而組成，其外形狀極類(lèi)似于列管式換熱器。管式膜組件有外壓式和內(nèi)壓式兩種。對(duì)內(nèi)壓式膜組件，膜被直接澆鑄在多孔的不銹鋼管內(nèi)或用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料管內(nèi)。加壓的料液流從管內(nèi)流過(guò)，透過(guò)膜的滲透溶液在管外側(cè)被收集。內(nèi)壓管式：料液多孔管膜對(duì)外壓式膜組件，膜則被澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。加壓的料液流從管外側(cè)流過(guò)，滲透溶液則由管外側(cè)滲透通過(guò)膜進(jìn)入多孔支撐管內(nèi)。無(wú)論是內(nèi)壓式還是外壓式，都可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成串聯(lián)或并聯(lián)裝置。料液外壓管式：膜管式膜特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)狀態(tài)好，流速易控制；安裝、拆卸、換膜和維修均較方便；能處理含有懸浮固體的溶液；機(jī)械雜質(zhì)清除比較容易；合適的流動(dòng)狀態(tài)可減少濃差極化和污染。缺點(diǎn)：與平板膜比較，管膜的制備條件較難控制；單位體積內(nèi)有效膜面積?。还芸诘拿芊庖脖容^困難。價(jià)錢(qián)較貴管式膜組件構(gòu)造英國(guó)PCI公司管式膜設(shè)備廈門(mén)Suntar公司管式膜設(shè)備Tububarsystemforindustrialwastewater共544根膜管管式膜組件大致規(guī)格

構(gòu)型直徑/mm管狀膜＞10

毛細(xì)管0.5~10.0

中空纖維＜0.5不同管徑下單位體積的膜面積

管半徑/mm單位體積膜面積/m2/m3

53600.53,6000.0536,0002.4膜組件形式之四——中空纖維式將大量的中空纖維安裝在一個(gè)管狀容器內(nèi)，中空纖維的一端以環(huán)氧樹(shù)脂與管外殼壁固封制成膜組件。中空纖維膜組件的最大特點(diǎn)是單位裝填膜面積比所有其他組件大，

最高可達(dá)到30000m2/m3。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。料液從中空纖維組件的一端流人，沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng)，透過(guò)液則滲透通過(guò)中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔，然后從纖維在環(huán)氧樹(shù)脂的固封頭的開(kāi)端引出，原液則從膜組件的另一端流出。中空纖維式膜是一種極細(xì)的空心膜管，其本身不需要支撐材料即可耐受很高的壓力，它實(shí)際是一根厚壁的環(huán)柱體，纖維的外徑有的細(xì)如人發(fā)，約為50~200μm，內(nèi)徑為25~42μm特點(diǎn)：1）可耐高壓；2）單位體積內(nèi)的有效膜表面積比率高；3）壽命較長(zhǎng)（可達(dá)5年）；4）可做成一種效率高、成本低、體積小和重量輕的膜分離裝置；5）不足之處是中空纖維膜的制作技術(shù)復(fù)雜，管板制作也較困難，同時(shí)不能處理含懸浮固體的料液（原水）。各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能比較：膜組件管式膜中空纖維膜組件卷式膜組件平板式膜組件優(yōu)點(diǎn)湍流流動(dòng)抗堵塞性好易于清洗壓力損失小裝填密度很高單位膜面積的制造費(fèi)用相對(duì)較低耐壓穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉裝填密度相對(duì)較高（＜1000㎡/m3

）由于有進(jìn)料分隔板，物料交換效果良好可更換單對(duì)膜片不易污染平板膜無(wú)需粘合即可使用缺點(diǎn)裝填密度?。?00㎡/m3)需用彎頭連接對(duì)堵塞敏感在某些情況下纖維管中的壓力損失較大滲透流體流動(dòng)路徑較長(zhǎng)難以清洗膜必須是可焊接或可粘貼的需要很多密封由于流體的流向轉(zhuǎn)折而造成