膜分離工程第十二章膜器和膜過程設(shè)計(jì)

膜分離工程第十二章膜器和膜過程設(shè)計(jì)第1頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月回顧化工設(shè)計(jì)化工過程設(shè)計(jì)的目標(biāo)及內(nèi)容美國(guó)國(guó)家顧問團(tuán)在其“化學(xué)工程的新領(lǐng)域”著作中，簡(jiǎn)明闡述了化工過程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)：確定最佳流程及最佳操作條件，達(dá)到最優(yōu)投入產(chǎn)出比。在定量計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)，考慮安全、健康、環(huán)保(S.H.E)的因素，確定出一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)方案?；み^程設(shè)計(jì)的內(nèi)容：其基本核心內(nèi)容是化工工藝設(shè)計(jì)，其附帶內(nèi)容是針對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)，對(duì)它的配套部分如公用工程、外管設(shè)計(jì)等進(jìn)行深入設(shè)計(jì)和完善。第2頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月化工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟第一步：流程組織（過程合成）第二步：物料衡算及熱量衡算第三步：設(shè)備設(shè)計(jì)及選型第四步：PFD圖及PID圖的設(shè)計(jì)與繪制第五步：車間流程的平立面布置設(shè)計(jì)第六步：主要材料表及概（預(yù)）算（工藝部分）第七步：對(duì)流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析第八步：編寫工藝設(shè)計(jì)說明書內(nèi)循環(huán)優(yōu)化外循環(huán)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，要做許多回合的優(yōu)化調(diào)整。第3頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月物料衡算與熱量衡算物料衡算（MaterialBalance），簡(jiǎn)稱“MB”熱量衡算（HeatBalance），簡(jiǎn)稱“HB”能量衡算（EnergyBalance），簡(jiǎn)稱“EB”物料衡算與能量衡算的聯(lián)立計(jì)算（CombinedBalance），簡(jiǎn)稱“CB”MB與HB計(jì)算是化工工藝設(shè)計(jì)中最基本，也是最主要的計(jì)算內(nèi)容。作業(yè)（平時(shí)成績(jī)）：歸納總結(jié)列出物料恒算、熱量恒算基本方程，基本知識(shí)要點(diǎn)第4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)任務(wù)

產(chǎn)量，進(jìn)料液組成，餾出液組成設(shè)計(jì)內(nèi)容塔設(shè)備尺寸，塔板數(shù)，板間距，管路，泵，冷凝器，再沸器。。。。。。有關(guān)計(jì)算物料衡算，熱量衡算，傳質(zhì)方程。。。。。。以精餾為例第5頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜過程流程圖第6頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜過程設(shè)計(jì)內(nèi)容膜組件-設(shè)備設(shè)計(jì)整個(gè)流程-工藝設(shè)計(jì)非工藝設(shè)計(jì)膜過程設(shè)計(jì)相當(dāng)于工藝流程的設(shè)計(jì)膜器設(shè)計(jì)相當(dāng)于化工設(shè)備設(shè)計(jì)非工藝設(shè)計(jì)第7頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜過程設(shè)計(jì)層次通常將膜過程開發(fā)分為四個(gè)層次：膜單元膜器（膜組件）膜器組合總的工藝過程第8頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)

原料液的處理量、截留率等

設(shè)計(jì)內(nèi)容1.膜種類2.選擇合適的膜器，膜器面積、類型，膜器排列方式，所需膜器數(shù)，膜器排列，流體走向，膜器材質(zhì)，管路，泵功率，工藝參數(shù)，膜的清洗，以及成本核算等。3.前處理工藝，后處理工藝

第9頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)中考慮的因素膜分離過程的設(shè)計(jì)，要考慮（1）通過膜的傳遞性質(zhì)，而且要考慮濃差極化和壓力損失對(duì)組件操作的影響；（2）要考慮過程中溫降（比如氣體分離J-T[焦耳-湯姆遜]效應(yīng)過程）（3）膜組件的形式、排列、流體流向以及每種膜分離過程所具有的特征

第10頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月通常根據(jù)膜過程和分離體系的特性選擇合適形式的膜組件；然后根據(jù)膜內(nèi)、膜表面的傳質(zhì)方程及濃度、流速、壓力、溫度沿膜面分布的微分方程組求解膜分離性能(如分離因子、滲透流率、回收率等)與膜組件幾何尺寸的關(guān)系，以對(duì)組件的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)求得完成一定分離任務(wù)所需膜面積和級(jí)聯(lián)數(shù)

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是什么？膜內(nèi)傳質(zhì)方程和膜表面?zhèn)髻|(zhì)方程是膜分離過程的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)!!第11頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜器(分離單元)------裝置的核心部件一系列膜器以串聯(lián)或并聯(lián)方式連在一起構(gòu)成級(jí);過程設(shè)計(jì)的任務(wù)-----將膜器適當(dāng)組合，以最低制作成本體現(xiàn)一種最優(yōu)設(shè)計(jì);工程師需要知道的若干知識(shí)第12頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月所有膜過程工藝的核心是膜本身、以及在膜上和膜中發(fā)生的局部傳遞過程。對(duì)于膜組件來說，還必須考慮場(chǎng)量(例如濃度等參數(shù))沿工藝流程段的變化情況，在膜裝置中要對(duì)膜組件進(jìn)行組合連接。最后，在總工藝過程的情況下，就必須考慮膜裝置與其它配套分離設(shè)施之間的最佳耦合濃度(前處理后處理工藝)。工程師需要知道的若干知識(shí)第13頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看，以下兩個(gè)特征對(duì)于所有的膜過程都是至關(guān)重要的：

①膜的選擇性，即將混合物中的組分分離開來的能力，例如，將醇和水分離開來，或?qū)Ⅺ}離子和水分離開來；

②膜的效率(生產(chǎn)能力)，即在一定的操作條件下可達(dá)到的滲透物通量。上述兩個(gè)特征參數(shù)中．相對(duì)而言，效率是第二位的。因?yàn)樵谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)，低的效率可以通過加大膜面積來平衡；但如果選擇性較低的話，則會(huì)導(dǎo)致需要多級(jí)的過程?！闱闆r下，這樣處理與大多數(shù)現(xiàn)行的其他分離工藝相比較是沒有競(jìng)爭(zhēng)能力的。工程師需要知道的若干知識(shí)第14頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月利用膜的選擇性和分離任務(wù)的不同，希望得到的產(chǎn)物既可以是滯留物的形式、也可以是滲透物的形式。O2/N2工程師需要知道的若干知識(shí)第15頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜的通量和選擇性都是局部參數(shù)。一般情況下，這此參數(shù)在工程化裝置(膜組件)中沿膜會(huì)有明顯的變化。例如：三端頭組件的分離原理。工程師需要知道的若干知識(shí)在這里，進(jìn)料流體被分離成兩股不同組成的物料：一股為滯留物，另一股為滲透物。從圖可以清楚地看出，進(jìn)料中難滲透(被截留)組分的濃度沿組件隨膜面積的增大而增大。因此．就會(huì)引起這樣的結(jié)果；即使膜的局部選擇性是恒定的，難滲透組分在滲透邊產(chǎn)生的局部濃度也會(huì)有相應(yīng)的上升，而在滲透口出處，滲透物的濃度為平均濃度。第16頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

通量和選擇性又是由膜中的質(zhì)量傳遞過程決定的。目前普遍認(rèn)為，主要有兩種不同的機(jī)理支配著膜中的質(zhì)量傳遞和滲透過程：①通過微孔的傳遞—在最簡(jiǎn)單的情況下是單純的對(duì)流傳遞：②基于擴(kuò)散的傳遞—要傳遞的組分首先必須被溶解在膜相中。因此，理想化的處理，可以把膜看作為單純的多孔膜或單純的溶解—擴(kuò)散膜(致密膜)。但是，這里必須強(qiáng)調(diào)指出，在實(shí)際的膜過程中，這兩種基本的傳遞機(jī)理完全可以同時(shí)出現(xiàn)。工程師需要知道的若干知識(shí)第17頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月如果只考慮膜本身的質(zhì)量傳遞，在溶解-擴(kuò)散-膜的情況下，就是只考慮活性層中的質(zhì)量傳遞，則膜過程的效率往往會(huì)被過高估計(jì)。除了膜本身的傳遞阻力之外，還有下列因素在膜過程設(shè)計(jì)中具有重要意義：①進(jìn)料邊和滲透邊的壓力損失（推動(dòng)力損失）；②濃差極化；③多孔支撐層的傳遞阻力；④對(duì)于滲透汽化過程還要考慮傳熱過程。膜上的傳遞阻力

第18頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月哪些傳遞阻力起主導(dǎo)作用，取決于推動(dòng)力是如何產(chǎn)生的：物態(tài)和壓力等級(jí)起著決定性作用。為此，用針對(duì)推動(dòng)力導(dǎo)出的關(guān)系式來進(jìn)行討論是很適合的，這些關(guān)系式指出了在具體的膜過程中哪些傳遞阻力起著主導(dǎo)作用。可以看出，體系的壓力損失會(huì)明顯導(dǎo)致推動(dòng)力降低，特別是在以部分真空形式實(shí)現(xiàn)推動(dòng)力的膜過程中，即使是很小的壓力損失也會(huì)因其推動(dòng)力的大幅度下降。膜上的傳遞阻力

第19頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜內(nèi)傳質(zhì)過程在對(duì)組件和過程進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及將膜過程與其它傳統(tǒng)工藝過程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)的工作中，用數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行關(guān)聯(lián)是必不可少的，所有裝置設(shè)計(jì)和過程模擬都是以質(zhì)量、物料（特定組分）、動(dòng)量和能量的守恒方程為基礎(chǔ)的。傳質(zhì)過程的模擬

這些守恒方程必須以微分形式來表達(dá)，因?yàn)檫^程中的重要參數(shù)，如濃度、物料流量、溫度（對(duì)于滲透汽化過程）沿膜段是發(fā)生變化的。第20頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

但是，平衡方程單獨(dú)還不能進(jìn)行計(jì)算。還必須附加某些不僅可以定性而且可以精確定量的描述膜中傳質(zhì)過程的關(guān)聯(lián)式。這樣的關(guān)系式描述了有關(guān)組分通過膜的傳質(zhì)方程與操作條件的依賴關(guān)系：即作為沿組件而變化的體系內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力、濃度）和外部狀態(tài)函數(shù)（比如溢流速度）。然而，對(duì)于通過膜的傳質(zhì)過程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述是非常困難的，主要是由于在所有相關(guān)組分之間（包括膜基質(zhì)在內(nèi)）存在很多相互作用影響，這些相互影響導(dǎo)致了明顯的非理想型和偶聯(lián)效應(yīng)。。傳質(zhì)過程的模擬

第21頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于工程技術(shù)目的來說，有以下兩種模擬方法可供選用：（1）對(duì)于實(shí)際體系（混合物和膜）進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)作回歸分析，這種分析覆蓋了整個(gè)感新區(qū)的范圍；傳質(zhì)過程的模擬

第一種方法將體系看成是一種“黑匣子”，這樣處理雖然很簡(jiǎn)單，然而卻含有缺點(diǎn)：為了得到可靠的評(píng)估結(jié)論，必需要有非常緊密的試驗(yàn)網(wǎng)點(diǎn)。此外，由于參數(shù)絲毫沒有物理意義，所以在測(cè)試點(diǎn)之外的范圍進(jìn)行外推，是很冒險(xiǎn)的。第22頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于工程技術(shù)目的來說，有以下兩種模擬方法可供選用：（2）用實(shí)際體系（混合物和膜）進(jìn)行試驗(yàn)，但與適宜的模型概念進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這種模型應(yīng)該包含過程中出現(xiàn)的各種重要的物理-化學(xué)現(xiàn)象。傳質(zhì)過程的模擬

第二種方法則更強(qiáng)調(diào)從物理意義上理解分離過程，同時(shí)該法在其他的方面也有突出的優(yōu)點(diǎn)。比如，確定模型參數(shù)所必需的實(shí)驗(yàn)數(shù)目明顯少于回歸分析法，更重要的是，外推所冒的風(fēng)險(xiǎn)要小很多，因?yàn)閷?duì)測(cè)試點(diǎn)之外范圍的分離過程的描述，從定性上來說是正確的。對(duì)于工程技術(shù)設(shè)計(jì)來說，半經(jīng)驗(yàn)性的模型證明是很適用的，這種模型以用實(shí)際體系進(jìn)行的滲透實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，同時(shí)吸收了具有物理化學(xué)背景的理想化模型概念。第23頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月傳質(zhì)過程的模擬

不對(duì)稱膜必須“一層一層地”來研究，例如，可將不對(duì)稱膜看作為由溶解-擴(kuò)散膜和多孔膜一層一層組合而成的，相互連接的隔膜。理想化模型有很多，比如孔模型、溶解-擴(kuò)散模型、細(xì)孔毛細(xì)管模型等，詳見有關(guān)專著。第24頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜組件的選擇第25頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜組件的選擇所有膜裝置的核心部分都是膜組件，即按一定技術(shù)要求將膜組裝在一起的組合構(gòu)件。在開發(fā)膜組件的過程中，必須考慮以下幾個(gè)基本要求（其中有部分是相互矛盾的）：●適量均勻的溢流（無靜水區(qū)）●具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性●裝填密度大●制造成本低●易于清洗●更換膜的成本盡可能的低●壓力損失小第26頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜組件的選擇膜組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須遵循上述要求，但考慮到使用目的的不同，設(shè)計(jì)時(shí)的側(cè)重面也就不同，所以在市場(chǎng)上可以買到一系列完全不同設(shè)計(jì)類型的膜組件。如果從結(jié)構(gòu)單元來看，可以將膜組件分為兩種構(gòu)造類型與六種結(jié)構(gòu)形式第27頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月板框式膜器膜器裝填密度：100-400m2/m3膜組件的選擇優(yōu)點(diǎn)可更換膜片不易污染平板膜無需粘合劑即可使用缺點(diǎn)需要很多密封由于流體的流向轉(zhuǎn)折而造成較大的壓力損失裝填密度較小

100～400m2/m3應(yīng)用領(lǐng)域UF,MF,RO,PV,ED,MD第28頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月板框式膜器膜組件的選擇板框式膜組件流道示意圖第29頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月卷式膜器膜器裝填密度：300-1000m2/m3膜組件的選擇優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉

裝填密度高300～1000m2/m3由于有物料分隔板，物料交換效果好缺點(diǎn)滲透邊的流動(dòng)路徑較長(zhǎng)難清洗膜必須是可焊接或可粘貼的應(yīng)用領(lǐng)域

RO,NF，PV,GP第30頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月管狀膜器裝填密度高不能自支撐，裝填密度低膜組件的選擇特征Di=6~25mm>10進(jìn)料流體走管內(nèi)有支撐管優(yōu)點(diǎn)湍流流動(dòng)，對(duì)堵塞不敏感易于清洗膜組件中的壓力損失小缺點(diǎn)裝填密度小<300m2/m3造價(jià)高應(yīng)用領(lǐng)域MF，UF,RO蜂窩陶瓷膜組件第31頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月毛細(xì)管膜器膜組件的選擇特征Di=0.5~6mm膜管直徑進(jìn)料流體可走管內(nèi)和管外自支撐優(yōu)點(diǎn)裝填密度高600～1200m2/m3，介于管式、中空纖維之間制造費(fèi)用低缺點(diǎn)大多數(shù)條件下為層流（物料交換性能差）抗壓強(qiáng)度較小應(yīng)用領(lǐng)域MF，GP，PV毛細(xì)管膜組件與中空纖維膜組件的形式相同，其差異僅在于膜的規(guī)格不同。第32頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月中空纖維膜器膜組件的選擇特征Di=0.04~0.5mm進(jìn)料流體可走管內(nèi)和管外自支撐優(yōu)點(diǎn)裝填密度很高1200～30000m2/m3制造費(fèi)用低耐壓穩(wěn)定性好缺點(diǎn)對(duì)堵塞很敏感應(yīng)用領(lǐng)域GP，RO第33頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月中空纖維膜器適用場(chǎng)合-原料比較干凈（氣體分離、海水淡化----需預(yù)處理）膜組件的選擇第34頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月新膜器開發(fā)-最大限度減少污染和濃差極化改變流道形狀（橫向流代替切向流-強(qiáng)化傳質(zhì)）第35頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月各種膜器對(duì)不同工藝過程的適用性盡管各種膜器的造價(jià)相差很多，但各自有各自的用途。雖然管式膜器是最昂貴的一種構(gòu)型，但它特別適用于高污染的體系，因?yàn)檫@種膜器便于控制和清洗。相反，中空纖維膜器很容易污染且清洗困難。對(duì)于中空纖維膜器，原料的預(yù)處理非常關(guān)鍵。第36頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜器的選擇例：滲透汽化膜過程若采用中空纖維膜，其直徑應(yīng)適當(dāng)粗若采用卷式，則透過側(cè)流道應(yīng)比較寬第37頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月需要知道的常識(shí)第38頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月滲透汽化過程要盡量減少透過側(cè)的阻力，透過側(cè)應(yīng)該有較大的空間需要知道的常識(shí)發(fā)展的眼光看問題第39頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜組件設(shè)計(jì)與優(yōu)化的原則

對(duì)于膜組件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化來說，只考慮局部傳質(zhì)特性是不夠的，這是由于受以下因素的影響：●跨膜的物料傳遞●進(jìn)料邊及滲透邊流動(dòng)狀況必需考慮的新的著眼點(diǎn)是組件中的場(chǎng)量（如質(zhì)量通量，濃度，壓力，在某些情況下還有溫度）會(huì)沿進(jìn)料和滲透物流動(dòng)方向連續(xù)地發(fā)生變化。表中列出了這些重要的參數(shù)和計(jì)算所需的衡算關(guān)系。為了進(jìn)行組件計(jì)算，必需針對(duì)進(jìn)料邊和滲透邊的狀態(tài)以微分形式建立衡算式，并且結(jié)合局部有效的傳遞關(guān)系式根據(jù)實(shí)際的邊界條件來求解。第40頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月膜組件設(shè)計(jì)與優(yōu)化的原則

在討論組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常首先應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn)問題：（1）組件中的流體流動(dòng)導(dǎo)向（2）進(jìn)料邊或者滲透邊的軸向返混（3）進(jìn)料邊或者滲透邊的壓力損失。第41頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月組件中的流體流動(dòng)導(dǎo)向?qū)τ谀承┙M件類型，構(gòu)造形式就規(guī)定了流體的流動(dòng)導(dǎo)向。例如，在卷繞式膜組件中經(jīng)常為交叉流形式；而對(duì)于另外一些組件類型，流動(dòng)形式是可以自由選擇的。例如，毛細(xì)管膜組件和空心纖維膜組件可以任選并流、逆流或交叉流形式進(jìn)行操作。理論上來說，在工程化的膜組件中可以有五種不同形式的流體流動(dòng)導(dǎo)向

。第42頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月組件中的流體流動(dòng)導(dǎo)向圖中定義的流體流動(dòng)形式顯然只是理想化的極端情形。實(shí)際上會(huì)出現(xiàn)混合形式，而且是由于實(shí)際組件的結(jié)構(gòu)偏離理想幾何結(jié)構(gòu)引起的。在熱交換器中，原則上來說，逆流形式要優(yōu)于其他的流動(dòng)形式；但在膜組件中，因?yàn)槭菨舛群蛪毫Q定推動(dòng)力，所以逆流形式不一定是最好的！第43頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月概括起來，對(duì)于膜組件的設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化來說，考慮以下的方程和假設(shè)條件就足夠了：●進(jìn)料邊和滲透物邊的質(zhì)量和物料平衡●滲透物邊的壓力損失特性●進(jìn)料邊的濃差極化●膜的特性●局部的滲透物特性符合“自由流出”情況下的滲透物特性。第44頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月組件的優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)在進(jìn)行膜組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)還要求從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)考慮問題。例如，應(yīng)該考慮下列各項(xiàng)費(fèi)用：●膜材料和間隔材料(膜基材料)●制造膜組件需要的其他材料（密封材料，耐壓管，粘合材料等等）●工藝步驟（例如纖維管束的粘合）●膜組件的套管固定●膜的更換●裝置的操作（例如泵功）氣體與滲透汽化。第45頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月組件的優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)

首先，必須選出一個(gè)目標(biāo)參數(shù)。多數(shù)情況下這種目標(biāo)參數(shù)是要使產(chǎn)品費(fèi)用降到最低，但在實(shí)際工作中，常常并不是以這種復(fù)雜的“使產(chǎn)品費(fèi)用降到最低”為目標(biāo)函數(shù)，而是選擇某些較簡(jiǎn)單的目標(biāo)函數(shù)（如使能量降到最低，或使所需的膜表面積降到最低，或使所需的空間降到最低），這樣處理往往已足以達(dá)到要求。接著，必須注明可變的優(yōu)化參數(shù)（例如幾何結(jié)構(gòu)，壓力，溫度），并預(yù)先確定變化范圍。由此便確定了問題的邊界條件（例如最小和最大的壓力和溫度）。最后，必須用適宜的方法對(duì)所形成的方程組進(jìn)行解答。

第46頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月裝置設(shè)計(jì)、組件的排布與連接第47頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月在大多數(shù)情況下，要圓滿解決一個(gè)分離任務(wù)，常常需要聯(lián)合使用好幾個(gè)膜組件，如果要使產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格達(dá)到要求；或是既要求有高的產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)又要達(dá)到高的收率，就必須要設(shè)計(jì)多級(jí)的裝置。無論一個(gè)過程有多少級(jí)數(shù)，對(duì)于每一級(jí)來說都應(yīng)弄清楚，是將所需的膜組件按串聯(lián)形式排布，還是按并聯(lián)形式排布？第48頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)連接法和串聯(lián)連接法（一級(jí)多段）只要在有兩套膜組件的情況下，就必須作出決定，是要將膜組件按串聯(lián)方式連接，還是按并聯(lián)方式連接。在有多個(gè)膜組件的情況下，也可以將串聯(lián)連接方式和并聯(lián)連接方式組合起來。在串聯(lián)連接的情況下，所有的進(jìn)料流體依次流經(jīng)全部膜組件，而并聯(lián)排布的膜組件則要對(duì)原料流體進(jìn)行分配。如果可以忽略壓力損失和濃差極化效應(yīng)的話，就分離結(jié)果而言，這兩種連接方式是等值的。第49頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月超/微濾系統(tǒng)工藝流程——多級(jí)第50頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)連接法和串聯(lián)連接法但是，根據(jù)分離任務(wù)的不同和膜組件效率的差異，就會(huì)提出這樣的問題：應(yīng)該以多少數(shù)目的組件來進(jìn)行并聯(lián)或者串聯(lián)連接？

第51頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月單級(jí)內(nèi)的組件排布（1）

首先，根據(jù)進(jìn)料的入口通量將適當(dāng)數(shù)目的膜組件并聯(lián)連接成一個(gè)組塊，原則應(yīng)使進(jìn)料通量不超越所使用的膜組件的上限值，但盡可能地大些。由于后續(xù)組塊的進(jìn)料通量總是依次遞減的（減去滲透物的通量），所以在大多數(shù)情況下，后續(xù)組塊中要并聯(lián)連接的組塊數(shù)目也相應(yīng)減少，以使流過組件的通量保持穩(wěn)定。這樣的處理方法導(dǎo)致了所謂的“杉樹（圣誕樹）結(jié)構(gòu)”，在用于海水淡化的RO-裝置中就經(jīng)常采用這種結(jié)構(gòu)?！吧紭浣Y(jié)構(gòu)”的膜組件排布第52頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月上面描述的膜組件排布法也可以被組合在一套裝置中。經(jīng)常采用的辦法是，在按“杉樹結(jié)構(gòu)”排布的裝置的最后組塊中安排一個(gè)再循環(huán)泵，以確保給這個(gè)膜組件提供足夠的進(jìn)料通量。第53頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第一套裝置由杉樹結(jié)構(gòu)組成，采用了五個(gè)組塊。共有68個(gè)膜組件，其相應(yīng)的膜面積為441㎡，滯留物的濃度為5.04w.﹪,而平均滲透物濃度達(dá)到0.128w.﹪。第二套裝置總共用了108個(gè)膜組件（相應(yīng)于702㎡膜面積）