第三章 膜分离器

第三章膜分离器分离膜只有组装成膜分离器，并与机、泵、过滤器、阀、仪表、管路等装配成流程才能完成分离任务。分离器选择、设计和制做的好坏，直接影响到分离过程最终完成的效果。膜分离器应尽量保证：•原料侧与透过侧的流体有良好的流动状态，如无浓度差极化、无反混、密封性良好等。•在单位体积的分离器内有较大的分离膜的面积。•操作费用小，制造成本低。•能适应操作条件，安全可靠，易维护等。板框式膜分离器管式膜分离器螺旋卷式膜分离器中空纤维式膜分离器膜分离器形式的选择板框式膜分离器(Plate-and-FrameModules)板框式膜分离器(Plate-and-FrameModules)特点：是以传统的压滤机为原型最早被设计开发的膜分离器。制造成本较高对密封要求极严格应用相对较少，主要用于特殊的膜分离过程中，如电渗析、渗透蒸发以及小规模的超滤和反渗透。管式膜分离器(TubularModules)最早应用于1961年，将管式膜和制成管状的支撑体装在一起，或将膜直接制在支撑管上，然后用单管或管束装在壳体内制成分离器，其结构类似于列管式换热器。•内压管式膜：原料物流走管内，透过物流走管外，则称为内压管式膜分离器；•外压管式膜：原料物流走管外，物质在推动力下由管外向管内渗透，渗透物流走管内，称为外压管式膜分离器。管式膜分离器•膜填装密度太低，•成本较高•所以逐渐被螺旋卷式和中空纤维式膜分离器所代替。•有较好的物流流动状态和较强的抗污染能力，因此，它们仍在一些超滤、纳米过滤过程中应用。螺旋卷式膜分离器(Sprial-WoundModules)•UOP公司1964年开发出的一种新型膜组件。•将两张长方形的平板膜叠合，并将其中的三个边密封、粘结成信封装的膜袋，在膜袋内夹有间隔材料或支撑材料，再将膜袋另一侧开口边与一根多孔收集管密封连接。卷式分离膜传质示意图卷式膜进口膜袋封闭端渗余气出口中心集气管膜袋的数目称为叶数，有一叶、二叶、四叶或更多叶的分离器。四叶螺旋卷式分离器示意图见下图。中空纤维膜分离器•从广义的概念来说是管式膜分离器的一种。•但中空纤维膜在分离器内不需要支撑物，是自身支撑。•中空纤维膜可分为两种结构一种结构如图a，中空纤维束装在耐压的金属壳体中，纤维束一端封闭，一端开口，原料流体走纤维外侧，在推动力的作用下，可渗透物质由纤维外侧渗透进纤维丝内，并从纤维束的开口端排出。另一种结构如图b，纤维束两端都是开口的，原料流体可以走丝外，亦可走丝内，同样渗透流体亦可走丝外或丝内。原料流体走丝内时，中空纤维所能承受的压力，不如走丝外时高。膜分离器的选择主要考虑以下因素•成本•膜的填装密度•抗污染能力•膜材料制成相应的膜是否有限制•是否适合特定的操作条件各种形式的膜分离器的主要特征中空纤维式螺旋卷式板框式管式制造成本($/m2)5-2030-100100-30050-200膜填装密度高中低低抗污染能力差中好很好流动阻力高中中低高压操作适合一般困难困难膜成型限制有无无无