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1、膜分离应用实例,渗透汽化VS渗透蒸发,渗透汽化基本原理及特点,是一种以混合物中组分渗透压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率差异来实现混合物分离的新型膜分离技术过程。 具有致密皮层的渗透汽化膜将料液和渗透物分离为两股独立的物流，料液侧 ( 膜上游侧或膜前侧 ) 一般维持常压，渗透物侧 ( 膜下游侧或膜后侧 ) 则通过抽真空或载气吹扫的方式维持较低的组分分压。在膜两侧组分分压差 ( 化学位梯度 ) 的推动下，料液中各组分扩散通过膜，并在膜后侧汽化为渗透物蒸汽。由于料液中各组分的物理化学性质不同，它们在膜中的热力学性质 ( 溶解度 ) 和动力学性质 ( 扩散速度 ) 存在差异，因而料液中各
2、组分渗透通过膜的速度不同，易渗透组分在渗透物蒸汽中的份额增加，难渗透组分在料液中的浓度则得以提高。 渗透汽化膜分离过程主要是利用料液中各组分和膜之间化学物理作用的不同来实现分离的。渗透汽化过程中组分有相变发生，相变所需的潜热由原料的显热来提供。,应用范围,渗透汽化技术用于液体混合物的分离，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统的方法难于完成的分离任务。 它特别适于蒸馏法难于分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离；对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势；还可以同生物及化学反应耦合，将反应生成物不断脱除，使反应
3、转化率明显提高。 渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景及市场，被专家们称之为二十一世纪最有前途的高技术之一。,无水乙醇及燃料乙醇的生产；醇类（乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇等）脱水 酮类（丙酮、丁酮等）脱水；酯类（乙酸乙酯等）脱水 醚类（甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、双异丙基醚等）脱水 芳香族化合物（苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等）中微量水脱除 有机硅中微量水脱除；含氯烃化物（一氯甲烷、二氯甲烷等）气相脱水 己烷、环己烷、碳六油等油类溶剂中微量水脱除 医药化工、精细化工、生物化工、日用化工行业循环溶剂（溶媒）脱水及回收再利用 多元混合溶剂脱水,渗透汽化复合膜 复合膜产品
4、为多层高分子结构。最底层是无纺布支撑层；无纺布上涂覆一层大孔高分子基膜，厚度为80m3m，主要起支撑作用；最上层是致密亲水性高分子活性层，厚度为3m1m，起分离作用。,渗透汽化膜组件 各种装填面积的板框式膜组件，分别应用于不同规模的工程中,成套设备,工 艺 流 程,渗透汽化工艺流程如下图所示。 含水的料液经过预热器、加热器加热到一定温度后进入液相室，膜对料液中的水分子有选择通过性，水分子溶解吸附于膜表面，在两侧蒸汽分压差的作用下优先扩散通过，膜器出口得到无水的产品。 通过高分子膜渗透到下侧的组分，由于其蒸汽分压小于其饱和蒸汽压而在膜表面汽化，随后进入冷凝系统，蒸汽冷凝下来即得渗透产物，可回收处
5、理。,膜分离应用实例,国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所1984年经国务院批准成立，是目前我国唯一专门从事海水资源开发利用发展战略、公用基础和产业化关键技术研究的国家级公益类非营利研究机构。 其主要研究领域为：海水（苦咸水）淡化、海水直接利用、海洋环境工程、海水化学资源综合利用、膜技术与水处理、海洋防腐等，具有国家专项工程设计甲级证书，全面实施ISO-9001质量体系管理。,海水淡化技术,热法海水淡化与工程 膜法海水淡化与工程 海水淡化技术在循环经济中的应用 该所近年来承担了多项国家和地方科研项目，在低温压汽蒸馏海水淡化、低温多效蒸馏海水淡化、反渗透
6、海水淡化、农村苦咸水膜法淡化等领域取得多项成果。 该所承担了多项海水淡化及相关工程的设计和建设，其中承担设计的山东黄岛电厂3000 吨/日海水淡化工程是我国目前建成的首座低温多效蒸馏海水淡化工程，承担设计、施工的山东鲁南化肥厂氯化铵废水处理工程是我国首座连续运行的氯化铵零排放工程。,60吨/日低温压汽蒸馏海水淡化装置,大连长海县1500吨/日反渗透海水淡化,集装箱式海水淡化试验装置,黄岛电厂3000吨/日低温多效蒸馏海水淡化装置,天津经济技术开发区污水厂中水回用项目,中空纤维膜技术及应用,该所膜技术学科领域，主要研究方向为中空纤维膜技术及应用研究与开发。 从90年代初至今，一直从事超滤膜和微滤
7、膜、组件及装置研发、制造及应用，在干湿法聚砜中空纤维超滤膜、熔纺拉伸法聚烯烃中空纤维微孔膜技术研发、成果转化及产业化推广过程中，取得了显著的成绩，获得了较好的经济效益和社会效益，技术水平和膜产品市场占有率均处于国内领先行列。,PP微孔膜电子显微镜照片,12吨小时液体脱气装置（用于锅炉水脱氧）,8吨小时富氧水冲氧装置,膜分离应用实例,膜技术在工业污水处理中的应用,水在工业生产中是不可或缺的，因此是否能够根据不同的工业生产需要，提供满足相应需求的工业用水，成为决定投资的一个重要因素。 水资源的合理应用是全球持续发展以及经济稳步增长的基础。由于生产工艺效率和产品质量标准的不断提高，相应的水处理技术也
8、要进行优化和革新。生产工艺与水处理技术的整合，对工艺过程来说是一个巨大的挑战。 在全球范围内，随着人口的增长和工业需求的不断增加，淡水的供应日益短缺，而且费用也日益昂贵。同时，化工厂还面临着这样的处境，就是对污水的排放要求越来越高。因此，新型水处理技术的作用变得非常关键。,进行深色废水处理的纳滤工厂。,Christ 公司的Liproline系统可用于生物制品生产工艺中产生的废水的净化，并且可实现全自动的间歇性或持续性处理。,在世界各地，市政污水处理厂作为供水来源的污水处理日益增多，根据再生水协会的一项统计，仅在美国，这些污水处理厂处理的污水就以每年15%的速度增长。 由于工厂内部水处理再生的分
9、散特性，在这些地方很难统计水处理量，但是根据设备供应商的估计，世界污水处理正以每年15%20%的速度增长。 不同工厂的水处理方式各不相同，即使是生产相同产品的工厂，其污水处理也可能不一样。尽管水处理方式不同，但其基本原理都是相同的，即把有用的化合物分离出来再利用，同时把对环境有害的物质分离出来，使之不对环境造成危害，然后再把这些污水进一步处理，使之达到规定的排放要求。 污水处理方法包括机械过滤与分离、化学生物技术处理、澄清法、浮选法以及蒸发法等。,膜分离应用实例,膜技术应用进展,大多数工厂现在都配备了基本的水处理设施，但是要达到水再生的目的，就要涉及到更加先进的水处理工艺，如增加微滤(MF)或
10、超滤膜(UF)，在水处理的最后阶段可根据不同的需要增加纳滤(NF)或是反渗透(RO)装置。 对于需要更高纯度水的公司来说，例如在进行制药和半导体的生产操作时，需要增加离子交换或电去离子装置。 平均起来，根据不同分子的类型，反渗透可以去除90%98%溶解在水中的固体，而离子交换或电去离子装置可以更大程度地去除溶解在水中的固体，达到2ppm甚至更低的浓度。,如果进行水处理时还需同时对产品和其他资源进行回收利用，那么使用膜技术进行水处理就具有很大的优势。在水资源不太缺乏的情况下，产品的回收利用就成为一个很重要的因素。 Enviro-Chemie公司已经将Envopur处理单元应用到一系列不同的工业生
11、产中，包括纺织工业、印染工业、普通化合物的生产、玻璃及陶瓷生产中。 通常将膜技术与其他的一些物理化学工艺相结合来进行废水处理，如离子交换、吸收和沉淀等。 作为墨西哥最大的石油精炼厂之一，Pemex公司为其Minatitl废水回收装置选择安装了Zenon 公司的ZeeWeed 超滤膜系统，这套水处理技术系统可以为冷却塔和精炼过程提供高质量的用水。,USfilter公司的Apex系统专门为制药或其他高纯度应用而设计，是一套模块化、完整的、自动化操作的纯水系统。,膜技术还可以用于水的脱盐，这也产生了一个新的市场，并且市场还在迅速扩大。 滤膜作为过滤系统的主要组件，其市场竞争非常激烈。随着滤膜性能的增
12、强和成本的降低，用户在选择滤膜及供货商时有了更大的余地，因此，这一残酷的竞争将不断地持续下去。 据Koch 膜系统公司的报告称，新项目对超滤和反渗透的兴趣显著增加。在五年之前，公司的初步研究都是针对超滤和反渗透展开的，而现在，大约90%的前期研究都是针对公共水处理厂的超滤和反渗透系统进行评估，从而对用水进行循环利用，同时消除污染物的排放。,膜分离应用实例,因地制宜的水处理解决方案,通用电气基础设施部（General Electric Infrastructure）是一个新加入水处理领域的企业，公司经过三年广泛的调查研究，发现水资源再生有着巨大的潜力，因此决定进军水处理市场。 2004年，西门子
13、（Siemens）收购了USFilter 公司。 在过去的五年中，USFilter 公司已经在工厂里安装了超过一打的大型膜分离系统用于水处理再生，这些产品包括Memcor、Microfloc和General Filter等。而此前十年，安装数量是非常少的。 同样也是在2004年，为电力工业提供泵、阀门及其他系统的ITT工业公司成立了Aquious-PCI Memtech 公司，在公司原有的基础上加入了并购的膜分离产品。,Aquious计划通过一些新的工程项目来巩固自己在膜分离脱盐领域的重要地位，这些工程中包括为中东地区提供饮用及工业用水的项目。 除了这些公司以外，还有下面这些都为日益增长的市场
14、提供了自己的解决方案。 SUEZ公司下属的Hager - Elsser公司， Linde公司下属的 Linde-KCA-Dresden公司， Veolia Environment公司, Gromtmij公司, DHV Water公司 Membrana公司,膜技术的应用除了在脱盐或水资源再生方面增长非常迅速之外，基于膜分离技术的终端应用也日趋增加，这样首先可以减少污染物的排放，同时可以达到节约资源的目的。 举例来说，安装有WAT-membratec公司错流微滤膜的污水生物处理厂可以去除污水中的放射性污染物。 在化学工业中，通过安装膜过滤系统，还可以回收有价值的化合物进行再利用。 污水处理完成以后
15、，剩余的液体可以通过气动冲洗的方法排出系统，这大大降低了冲洗清洁用水的用量，从而可以很大程度地提高工艺的生产效率。 聚丙烯膜的应用可以使操作不受pH 值的影响。,很明显，工业生产中供水和废水处理成本的日益增加，已成为众多地区安装膜分离污水处理系统的主要推动力。 但在此之前，膜分离技术并不被大家所接受。有时工艺用水和污水含有研磨粉体，如在玻璃工业中，或是需要高压清洗或摩擦时，就需要安装膜分离系统。 在这种情况下，UFI-TEC 公司可以为其提供解决方案，例如，在湿法筛选刚玉的工厂里，安装微滤系统可以以10m3/h的速度处理和回收研磨废水。其结果是：减少了工艺用水量，同时降低了污水处理的成本，而且
16、使用最合适的工艺用水，还使产品的质量得到了提高，污水的排放也达到了规定的要求。,反渗透系统能够产生低TDS的水。,以养猪场泥浆处理为例，这些泥浆的纯化需要多个阶段的纯化工艺处理，从不溶固体物的分离到使用反渗透膜对各种可溶性成分的分离等。 UFI-TEC公司为其提供当中的一步纯化技术。其产品除了洁净的水以外，还有不同品质的肥料。 WAT-membratec 公司也提供了这样的一套处理系统，即利用以农业废弃物为起始原料来产生沼气的原理处理工业发酵培养基。 在这两个应用技术中，膜的使用可以把原来直接排放对环境造成危害的液体废弃物通过处理，使之再生，或是对有用的物质重新加以利用。,膜分离技术的另一个前景在于超纯水生产系统中。 比如，中国一家主要的半导体生产厂安装了Membrana 公司的Liqui-Cel 膜接触器，以此来除去溶解在水中的氧，其溶氧浓度小于十亿分之一。 在半导体生产中之所以需要如此低浓度的氧含量，是因为高浓度的氧将降低触片的产率。 现在膜接触器已经成为水中溶氧及CO2去除的标准配件，在高纯水及工业生产中得以广泛应用。 大规格的膜接触器具有更大的膜表面积，随着流量的增大及气体排放
