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多功能膜分离实验装置使用说明书


一、概述
膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。溶剂透过膜的过程称为渗透,溶质透过膜的过程称为渗析。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤,其次是自然渗析和液膜技术。近年来,膜分离技术发展很快,在水和废水处理、化工、医疗、轻工、生化等领域得到大量应用。
膜分离的作用机理往往用膜孔径大小为模型来解释,实质上,它是由分离物质间的作用引起的,同膜传质过程的物理化学条件,以及膜与分离物质间的作用有关。
膜分离技术有以下共同点。
①膜分离过程不发生相变,因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中,反渗透法能耗低。
②膜分离过程在常温下进行,因而特别适于对热敏性物料,如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。
③装置简单,操作容易,易控制、维修,且分离效率高。作为一种新型的水处理方法,与常规的水处理方法相比,具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。
本实验装置的分离方法采用超滤、反渗透,其组件为中空纤维膜和反渗透膜。
二、设备性能与主要技术参数
1、本实验装置主要由配液池、浓液池、滤液池、不锈钢高压泵、不锈钢离心泵、流量计、压力表、过滤器、反渗透膜、超滤膜等组成。
2、反渗透膜、超滤膜组件,膜直径:φ99.4mm;长度:1014mm;脱盐率:95%;带有不锈钢膜壳。
3、配水池、浓液池、滤液池均由不锈钢制成。
4、高压泵采用高压多级离心泵,功率:1.5Kw;最高压力:1.0Mpa。
5、离心泵为不锈钢离心泵,功率:0.55Kw。
6、反渗透流量计采用LZB-10(16-160)L/H,超滤流量计采用LZB-10(16-160)L/H,
三、可开实验
1、膜分离效率测定;
2、了解膜分离的分离过程及流程;
3、测定纯水渗透通量与操作压力的变化关系。
4、测定盐(溶质)的脱除率与操作压力的变化关系。
5、掌握反渗透膜纯水制备实验的操作方法。
四、实验原理
超滤膜—工作原理
超滤与反渗透一样也依靠压力推动和半透明实现分离。两种方法的区别在于超滤受渗透压的影响较小,能在低压力下操作(一般0.1-0.5Mpa),而反渗透的操作压力为(1-10Mpa)超滤适用于分离。分子量大于500,直径为0.005-10的大分子和胶体,如细菌、病毒、淀粉、树胶、蛋白质、粘土和油漆色料等,这类液体在中等浓度时,渗透压很小。
超滤过程在本质上是一种筛滤过程,膜表面的孔隙大小是主要的控制因素,溶质能否被膜孔截留取决于溶质粒子的大小、形状、柔韧性以及操作条件等,而与膜的化学性质关系不大。因此可以用微孔模型来分析超滤的传质过程。
微孔模型将膜孔隙当作垂直于膜表面的圆柱体来处理,水在孔隙中的流动可看作层流,其通量与压力差成正比并与膜的阻力成反比。
分离效率       %
渗透及反渗透--工作原理
渗透现象在自然界是常见的,比如将一根黄瓜放入盐水中,黄瓜就会因失水而变小。黄瓜中的水分子进入盐水溶液的过程就是渗透过程。如图所示,如果用一个只有水分子才能透过的薄膜将一个水池隔断成两部分,在隔膜两边分别注入纯水和盐水到同一高度。过一段时间就可以发现纯水液面降低了,而盐水的液面升高了。我们把水分子透过这个隔膜迁移到盐水中的现象叫做渗透现象。盐水液面升高不是无止境的,到了一定高度就会达到一个平衡点。这时隔膜两端液面差所代表的压力被称为渗透压。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。
 
半透膜
 
半透膜
 
半透膜
 
 
 
 
初始状态
 
渗透及渗透平衡状态
 
反渗透状态
 
 
反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂 ( 通常是水 ) 而截留离子物质的性质,以膜两侧静压差为推动力,克服溶剂的渗透压,使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。
反渗透同 NF、UF、MF、GS 一样均属于压力驱动型膜分离技术。其操作压差一般为1.5-10.5MPa ,截留组分为 (1-10)X10-10m 小分子溶质。除此之外,还可从液体混合物中去除全部悬浮物、溶解物和胶体,例如从水溶液中将水分离出来,以达到分离、纯化等目的。目前,随着超低压反渗透膜的开发已可在小于 1MPa 压力下进行部分脱盐(溶质),适用于水的软化和选择性分离。
反渗透膜的基本性能主要参数有纯水渗透系数和脱盐率(溶质截留率)。
(1)纯水渗透系数 L P单位时间、单位面积和单位压力下纯水的渗透量。它是在一定压力下,测定通过给定膜面积的纯水渗透量按下式求得的。 J W 位膜面积纯水的渗透速率。

(2)脱盐率(截留率) R
R 表示膜脱除盐(截留率)的性能,其定义为

式中 分别为被分离的主体溶液浓度和膜的透过液浓度。实验中可分别用被分离的主体溶液的电导率和膜的透过液的电导率来替代(但本实验不作考虑)。R 的大小与工艺过程的条件(如操作压力、溶液浓度、温度、 PH 等)有关。
五、实验流程图

六、实验操作步骤
一)超滤膜实验操作步骤
1、先了解整个实验的流程,对各个设备及阀门有一定的了解。配制好混合液,(可以为污水、淀粉悬浮液、皂化液等)。需注意所配混合液浓度不应过浓,否则会影响膜的使用寿命。
2、打开电源开关,然后再打开不锈钢离心泵开关,实验开始进行,在开始实验时除阀1外其它各阀均为关闭,启动泵后边慢慢关闭阀1(旁路阀)边开启阀2、,再打开阀3调节流量(即流量计上带有的针形阀至一定开度)、再打开浓液流量计阀4。同时用秒表记录下超滤所用的时间;膜的压力数值,流量的大小。(因出口压力很小,固当超滤的工作压力很小时便可近似为零);以及滤液池中的滤液量。
3、分别在滤液池和混合液池内取样,进行分析。
(二)反渗透实验操作步骤
1、打开电源开关,开启不锈钢立式高压泵开关,打开阀5,待高压泵正常运转后,然后边慢慢关闭阀5(旁路阀)边开启阀6和阀7,开启浓液阀8、10、11。
2、启动泵后打开阀12和13,再打开流量计上针形阀9调节流量。同时用秒表记录下过滤所用的时间;膜的压力数值,流量的大小。
3、根据实验需要,通过阀8开启程度控制膜分离实验系统压力以及流量(本设备最高使用压力0.5Mpa)。
4、按实验要求分别收集渗透液、浓缩液。分别在滤液池和混合液池内取样,进行分析。
 5 、停止实验时,先开大浓液阀8,关闭电源开关,结束实验。
七、注意事项
1、实验前请仔细阅读“操作说明”和系统流程,特别要注意各种膜组件的正常工作压力。
2、设备不使用时,要保持系统润湿,防止膜组件干燥,从而影响分离效能。较长时间时,要防止系统生菌,可以加入少量防腐剂,例如:甲醛、H2O2等,密封保存。 
八、实验数据处理
实验条件和数据记录如下
压强(表压):           Mpa; 温度:        
实验序号 起止时间 浓度(电导率值) 流量l/h
原料液 透过液 透过液
         
         
         
         
         

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