第12章-其他傳質(zhì)分離過(guò)程

第十二章其他傳質(zhì)分離過(guò)程

第一節(jié)膜分離技術(shù)

膜分離？膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)？一、分離膜

分離膜？分離膜的分類(lèi)？

二、膜組件

（一）平板式膜組件

它是由許多導(dǎo)流板、膜、支撐板堆積組裝在一起。導(dǎo)流板相當(dāng)于濾框，支撐板相當(dāng)于過(guò)濾板。

（二）螺旋卷式膜組件

先做成平板膜，在的多孔支撐材料的兩側(cè)是膜，三邊密封組成一個(gè)信封狀膜袋，開(kāi)放邊為袋口，袋口與一根多孔的中心產(chǎn)品水收集管連接，在膜袋外部的上下墊一層料液隔網(wǎng)，把膜袋－隔網(wǎng)依次迭合，繞中心集水管緊密地卷起來(lái)，形成一個(gè)膜卷，裝進(jìn)圓柱形壓力容器內(nèi)，就制成了一個(gè)螺旋卷式膜組件。

（三）圓管式膜組件

它是由膜和多孔的支撐管構(gòu)成，支撐管材料一般為不銹鋼管、陶瓷管或塑料管，膜可以放在支撐管的內(nèi)側(cè)（稱(chēng)內(nèi)壓式），也可以放在支撐管的外側(cè)（稱(chēng)外壓式）

（四）中空纖維式膜組件

把大量(多達(dá)幾十萬(wàn)根)中空纖維膜裝入圓筒型耐壓容器內(nèi)，纖維束的開(kāi)口端用環(huán)氧樹(shù)脂鑄成管板，則可構(gòu)成一個(gè)完整的膜組件。

三、膜分離技術(shù)

（一）反滲透技術(shù)反滲透分離過(guò)程是利用半透膜選擇性只能透過(guò)溶劑的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力以克服溶液的滲透壓，使溶劑通過(guò)反滲透膜而從溶液中分離出來(lái)的過(guò)程。

（二）超濾技術(shù)超濾是借助于壓差，利用超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，從水中分離大分子物質(zhì)或微細(xì)粒子。

（三）電滲析技術(shù)它將陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列于正負(fù)電極之間，并用特制的隔板將其隔開(kāi)，組成除鹽(淡化)和濃縮兩個(gè)系統(tǒng)，在直流電場(chǎng)作用下，以電位差為動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái)。四、膜分離技術(shù)設(shè)備

（一）反滲透技術(shù)設(shè)備

以反滲透膜組件為主，輔以多級(jí)離心泵（增壓裝置）、壓力容器、保安過(guò)濾器、不銹鋼高壓管路管件、控制閥門(mén)、檢測(cè)和測(cè)量?jī)x表、電器控制系統(tǒng)、反沖洗、化學(xué)清洗等組成。

（二）超濾技術(shù)設(shè)備

由超濾膜組件、增壓裝置、管路管件、檢測(cè)和測(cè)量?jī)x表、控制閥門(mén)、反沖洗、化學(xué)清洗組成。

（三）電滲析技術(shù)設(shè)備

電滲析裝置由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三大部分構(gòu)成。

五、膜分離技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

（一）反滲透技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

1、純凈水、蒸餾水等制備；2、食品、醫(yī)藥、電子、造紙、電鍍、印染等工業(yè)用水及廢水處理；3、化工、生物、食品、醫(yī)藥等行業(yè)產(chǎn)品的濃縮、分離、提純；4、鍋爐用水的除鹽軟化；5、海水、苦咸水淡化。（二）超濾技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

1．純水的制備2．工業(yè)產(chǎn)品的濃縮、精制或分離。3．在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等4．工業(yè)廢水處理。（五）電滲析技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

1.在水處理方面的應(yīng)用⑴工業(yè)廢水處理⑵飲用及過(guò)程水的應(yīng)用2.食品和化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用①海水濃縮制鹽②提取乳酸新技術(shù)③在食品精制方面的應(yīng)用④金屬元素的分離⑤無(wú)機(jī)酸、堿、鹽的提純

第二節(jié)離子交換

離子交換？一、離子交換樹(shù)脂

（一）離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)

①根據(jù)離子交換樹(shù)脂中活性基團(tuán)的性質(zhì)②根據(jù)離子交換樹(shù)脂根據(jù)外觀形狀及物理性質(zhì)③根據(jù)聚合物的單體④根據(jù)用途

（二）離子交換樹(shù)脂的交換容量

總交換容量：表示每單位數(shù)量(重量或體積)樹(shù)脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。工作交換容量：表示在某一定的應(yīng)用條件下樹(shù)脂表現(xiàn)出來(lái)的交換容量。再生交換容量：表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹(shù)脂的交換容量。

（三）離子交換樹(shù)脂的選擇性

常見(jiàn)離子的選擇性次序?yàn)椋孩購(gòu)?qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)陽(yáng)離子的選擇性順序Fe3+>Al3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>H+>Li+·②弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)陽(yáng)離子的選擇性順序H+>Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+③強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂對(duì)陰離子的選擇性順序SO42－>NO3－

>Cl－

>HCO3－

>OH－

>F－>HSiO3－④弱堿性陰離子交換樹(shù)脂對(duì)陰離子的選擇性順序OH－>檸檬酸根3－

>SO42－

>酒石酸根2－

>草酸根2－

>PO43－

>NO2－

>Cl－

>醋酸根－

>HCO3（四）離子交換樹(shù)脂的物理性質(zhì)

1.離子交換樹(shù)脂顆粒形狀2.離子交換樹(shù)脂顆粒粒度3.離子交換樹(shù)脂的密度4.離子交換樹(shù)脂的含水率5.離子交換樹(shù)脂的膨脹性6.耐用性（五）離子交換樹(shù)脂的選用

一般從以下幾方面考慮：1、原水的水質(zhì)2、出水的水質(zhì)3、離子交換樹(shù)脂的交換容量

4、離子交換設(shè)備的類(lèi)型

二、離子交換的基本原理

（一）離子交換平衡

1.離子交換過(guò)程過(guò)程通常分為五個(gè)階段:①交換離子從溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂顆粒表面；②交換離子在樹(shù)脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散；③交換離子與結(jié)合在樹(shù)脂活性基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換反應(yīng)；④被交換下來(lái)的離子在樹(shù)脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散；⑤被交換下來(lái)的離子在溶液中擴(kuò)散。2.離子交換平衡

在一定溫度下，溶液相與樹(shù)脂相在交換設(shè)備內(nèi)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間接觸后，其交換反應(yīng)達(dá)到的平衡狀態(tài)稱(chēng)為離子交換平衡。

（二）離子交換速度

離子的交換過(guò)程可以分為五個(gè)步驟:步驟③是交換反應(yīng)。步驟①和⑤是離子在溶液中的外部擴(kuò)散步驟②和④是離子在樹(shù)脂顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散也就是說(shuō)離子交換過(guò)程受外部擴(kuò)散、內(nèi)部擴(kuò)散和交換反應(yīng)三個(gè)步驟速度的影響。

影響離子交換速度的因素：

①樹(shù)脂的顆粒大小

②樹(shù)脂的交聯(lián)度

③樹(shù)脂的強(qiáng)弱和樹(shù)脂層裝填的松緊度

④離子的濃度

⑤離子的電荷數(shù)和大小

⑥溶液的溫度

⑦攪拌或提高流速

三、離子交換設(shè)備

離子交換裝置系統(tǒng)通常包括離子交換器、除碳器和再生系統(tǒng)的設(shè)備等。

（一）固定床離子交換器

固定床離子交換是將樹(shù)脂裝在交換柱內(nèi)，欲處理的溶液不斷地流過(guò)樹(shù)脂層，離子交換的各項(xiàng)操作均在柱內(nèi)進(jìn)行。

（二）連續(xù)床離子交換器

移動(dòng)床離子交換器

流動(dòng)床離子交換器

1、移動(dòng)床離子交換器

移動(dòng)床離子交換器實(shí)際上是一種介于固定床和流動(dòng)床之間的半連續(xù)式離子交換器，離子交換樹(shù)脂