反滲透過程ppt課件(已修改)
2025-05-18 18:03 本頁面
【正文】 第四章 反滲透過程 反滲透 (Reverse Osmosis)是最早工業(yè)化的膜分離過程之一，在壓力的推動下，液體混合物中的溶劑 (如水 )和溶質(zhì)以不同的速率透過膜，在膜的透過側(cè)得到比較純凈的溶劑，而在膜的進料側(cè)得到濃縮的進料溶液。 反滲透同其它分離方法相比的優(yōu)點 : ? 不發(fā)生相變； ? 設(shè)備簡單； ? 占地少能耗低等。 從海水、苦咸水的脫鹽開始的， 現(xiàn)在又有許多新的應(yīng)用，如食品、醫(yī)藥工業(yè)中的濃縮，超純水的制造，鍋爐水的軟化，城市污水處理及對微生物、細菌和病毒進行控制等。 ? 反滲透的基本原理 ? 反滲透過程的主要性能參數(shù) ? 反滲透過程的膜與膜組件 ? 濃差 (度 )極化 ? 膜的污染 ? 反滲透過程的基本流程 ? 反滲透過程的應(yīng)用及經(jīng)濟性 ? 反滲透過程的研究方向 反滲透的基本原理 ? 滲透、滲透壓與反滲透的概念 ? 滲透壓的計算 ? 反滲透發(fā)生的條件 ? 描述反滲透過程的機理模型 滲透、滲透壓與反滲透的概念 用一張只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的理想膜將容器分成兩部分，在膜的兩側(cè)分別注入純?nèi)軇┖腿苡腥苜|(zhì)的溶液，當(dāng)兩側(cè)具有同樣的高度時，如圖 41(a)， 溶劑側(cè)中的溶劑將自發(fā)地穿過膜流入溶液一側(cè)，這種現(xiàn)象叫滲透(osmosis)。 隨著溶劑不斷地流入，溶液側(cè)的液面將不斷升高，最后當(dāng)兩側(cè)液面差為 H時，溶劑將停止透過膜，體系處于平衡狀態(tài)，如圖 41(b)， H高度溶液所產(chǎn)生的壓頭，稱為該溶液的滲透壓 π， π=ρgH。若在 (a)容器的溶液上方加一個壓力 p，且 p π，如圖 41(c)， 則溶液中的溶劑透過膜向純?nèi)軇﹤?cè)流動，這一現(xiàn)象稱之為反滲透 (Reverse Osmosis)， 亦稱為高濾。 (hyper filtration)。 滲透壓的計算 滲透壓是溶液的物理性質(zhì)之一，只與溶液的種類、濃度、溫度等參數(shù)有關(guān)，而與膜無關(guān)。 ? 理想溶液 ? 真實溶液 理想溶液 理想溶液的滲透壓可以根據(jù) Van‘ t Hoff公式計算 式中 : i— Vant Hoff 系數(shù)，當(dāng)電解質(zhì)完全解離時，其值等于單位摩爾濃度溶液中解離的陰陽離子的總摩爾濃度； Cs— 溶液中溶質(zhì)的摩爾濃度， mol/L； T— 絕對溫度， K； TiCRTiC ss 0 8 2 0 ??? (atm) (41) 如求 25℃ ，濃度為 溶液的滲透壓時，因 NaCl完全電離，則 i= 所以： π= 2 298=(atm) TiCRTiC ss 0 8 2 0 ??? 對于同樣重量濃度的溶液，大分子量的高分子溶液要比鹽之類小分子量溶液的滲透壓小得多。 用反滲透進行濃縮時，小分子量溶液的濃縮濃度一般不超過 15%， 大分子量溶液不超過 20%， 以免產(chǎn)生過高的滲透壓。 TiCRTiC ss 0 8 2 0 ???真實溶液 計算真實溶液的滲透壓，常用方法 : ? 滲透系數(shù)法 ? 凝固點下降法 ? 簡化法 滲透系數(shù)法 引入滲透系數(shù) φ以校正真實溶液的非理想性，在文獻中可查到各種溶質(zhì)的 φ值 : RTiC s?? ? (42) 凝固點下降法 式中 : ΔTf=Tf*Tf， 凝固點下降 Tf*純?nèi)軇┠厅c濃度 Tf 溶液的凝固點濃度 Δhf融化潛熱 VB溶劑的偏摩爾體積 可以由凝固點下降求得滲透壓 : TTThTVffffb ?????*? (43) 簡化法 為了方便起見，常將式 (42)簡化成如下形式 : π=BXA (44) 式中 :XA溶質(zhì)的摩爾分數(shù)； B比例常數(shù)， 表 41中列出一些常見的溶質(zhì) 水體系的 B值。 表 41 某些溶質(zhì) 水體系的 B值 溶 質(zhì) B 103 atm/mol分數(shù)， 25℃ 溶 質(zhì) B 103 atm/mol分數(shù)， 25℃ 尿 素 K2SO4* 甘 油 NaNO3 砂 糖 NaCl CuSO4* Na2SO4* MgSO4* Ca(NO3)2 NH4Cl CaCl2 LiCl BaCl2 LiNO3 Mg(NO3)2 KNO3 MgCl2 KNO3 *硫酸鹽與其它鹽不同，其 B值隨濃度的增高而減小 反滲透發(fā)生的條件 用一張選擇透過溶劑的膜，將容器分成兩部分，分別注入同種不同濃度的溶液，則會發(fā)生平衡、滲透和反滲透三種情況。 1. 當(dāng)膜兩側(cè)的靜壓差等于滲透壓差時 ， 膜兩側(cè)的化學(xué)位相等 ， 則系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) ，如圖 42(a)、 (c)。 2. 當(dāng)膜兩側(cè)的靜壓差小于滲透壓差時 ， 稀溶液一側(cè)的化學(xué)位高 ， 則溶劑將從稀溶液側(cè)透過膜進入濃溶液側(cè) ， 即發(fā)生滲透 ， 如圖 42(b)。 3. 當(dāng)膜兩側(cè)的靜壓差大于滲透壓差時 ， 如圖 42(d)， 濃溶液的化學(xué)位高 ， 則溶劑將從濃溶液側(cè)透過膜進入稀溶液側(cè) ， 這就發(fā)生反滲透 。 從上面的說明可知反滲透過程必須滿足二個條件： 一是有選擇透過性的膜； 二是操作壓力差必須高于溶液的滲透壓差。 描述反滲透過程的機理模型 反滲透過程主要應(yīng)用于從海水或苦咸水中脫鹽制淡水， 理想的脫鹽反滲透膜應(yīng)該是不妨礙水的透過，而溶解的鹽完全不能透過。但實際上，水和鹽均能透過膜，只不過是透過的速度不同而已。 有許多模型來描述反滲透過程，主要可以分三類： ? 微孔類模型 ? 溶解 — 擴散理論 ? 孔隙開閉學(xué)說 微孔類模型 ? 氫鍵理論 ? 篩分效應(yīng)學(xué)說 ? 優(yōu)先選擇吸附 — 毛細孔流機制 氫鍵理論 氫鍵理論亦稱孔穴式與有序式擴散(holetype and alignment type diffusion)， 該理論主要用于描述醋酸纖維膜的反滲透過程，認為當(dāng)水進入醋酸纖維膜的非結(jié)晶部分后，同羧基上的氧原子形成氫鍵，成為結(jié)合水， 這種結(jié)合水的結(jié)合強
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