1、第四章 新型节能设备方法l热管换热器l热泵l膜分离l蓄热器l变压吸附4.3 膜分离4.3.1 4.3.1 膜分离概念膜分离概念压力压力(1)(1)膜分离技术发展的历史膜分离技术发展的历史 膜分离技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途、甚至会导致一次工业革命的重大生产技术，所以可称为前沿技术，是世界各国研究的热点。如果将20世纪50年代初视为现代高分子膜分离技术研究的起点，截止现在，其发展致可分为三个阶段：50年代为奠定基础阶段；60年代和70年代为发展阶段，80年代至今为发展深化阶段。目前，研制和开发出的分离膜及应用技术有很多种，如微虑、超虑、反渗透、渗透蒸发等(2)膜分离技
2、术在分离工程中的重要作用膜分离技术在分离工程中的重要作用 物质的识别与透过；物质的识别与透过；界面；界面；反应场。反应场。物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；在因素；作为界面，膜将透过液和保留液作为界面，膜将透过液和保留液(料液料液)分为互不混合的两分为互不混合的两相；相；作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。提高膜分离的选择性和分离
3、速度。生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材性的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很料发生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多，代表了膜分离技术的发展方向。多，代表了膜分离技术的发展方向。4.3.2 膜的定义和分类膜的定义和分类1 1、膜（分离膜）的定义、膜（分离膜）的定义 分离膜可看作是分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它。它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分
4、离膜绝大多数是固膜。可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。厚度要远小于其比表面积。2 2、膜的分类、膜的分类 按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜材料分：按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟 乙烯膜、聚乙烯膜等乙烯膜、聚乙烯膜等 无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等 按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜按分离机理分：多孔膜
5、、无孔膜和载体膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜膜结构膜结构1.1.孔道结构孔道结构2.2.膜的孔道特性膜的孔道特性3.3.水通量水通量膜结构膜结构1.孔道结构 膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。膜的孔道结构对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。早期的膜多为对称膜(symmetric membrane)，即膜截面的膜厚方向上孔道结构均匀。对称膜的传质阻力大，透过通量低，并且容易污染，清洗困难。60年代开发的不对称膜解决了上述对称膜的弊端，从而开创了膜分离技术发展的新篇章。不对称膜(asymmetric membr
6、ane)主要由起膜分离作用的表面活性层(0.20.5）和起支撑强化作用的惰性层(50100m)构成。惰性层孔径很大，对透过流体无阻力，由于不对称膜起膜分离作用的表面活性层很薄，孔径微细，因此透过通量大、膜孔不易堵塞、容易清洗。日前的超滤和反渗透膜多为不对称膜。高分子微滤膜以对称膜为主。新型无机陶瓷微滤膜多为不对称膜。膜结构膜结构对称膜不对称膜膜结构膜结构2.2.膜的孔道特性膜的孔道特性 膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过超滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显微镜直接观察测定。电子显微镜直接观察测定
7、。Millipore公司公司PTGC超滤膜的超滤膜的孔径分布孔径分布膜结构膜结构3.水通量水通量 水通量是在一定的条件下水通量是在一定的条件下(一般压力为一般压力为0.1MPa0.1MPa，温度为，温度为2020度度)通过测量透过一定量纯水所通过测量透过一定量纯水所需的时间来测定。需的时间来测定。l在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要采用与工艺相适应的膜面清洗方法;l从目前获得的膜性能来看，其耐药性、耐热性、耐溶剂能力都是有限的，故使用范围受限;l单独采用膜分离技术效果有限，因此往往都将膜分离工艺与其他分离工艺组合起来使用。膜膜 过过 程程 分离机理分离机理 分离对象分离对象 孔径（
8、孔径（nm）粒子过滤粒子过滤 体积大小体积大小 固体粒子固体粒子 10000微微 滤滤 体积大小体积大小 0.0510m的固体粒子的固体粒子 5010000超超 滤滤 体积大小体积大小10001000000 道尔顿道尔顿 250 的大分子，胶体的大分子，胶体纳纳 滤滤 溶解扩散溶解扩散 离子、分子量离子、分子量100的有机物的有机物 2反反 渗渗 透透 溶解扩散溶解扩散 离子、分子量离子、分子量100的有机物的有机物 0.5渗透蒸发渗透蒸发 溶解扩散溶解扩散 离子、分子量离子、分子量100的有机物的有机物 CO2COCH4N2H2。在PSA法脱碳装里中，采用对CO2具有良好吸附和解吸性能的吸附剂。当变换气在一定压力下通过吸附床层时，吸附剂将选择吸附强吸附质CO2，而难吸附组分如H2、N2、CH4、CO等从吸附塔出口端排出，作为脱除了CO2的气体输出。
