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多功能膜分離實驗裝置使用說明書


一、概述
膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的某些成分進行選擇性透過的方法的統稱。溶劑透過膜的過程稱為滲透,溶質透過膜的過程稱為滲析。常用的膜分離方法有電滲析、反滲透、超濾,其次是自然滲析和液膜技術。近年來,膜分離技術發展很快,在水和廢水處理、化工、醫療、輕工、生化等領域得到大量應用。
膜分離的作用機理往往用膜孔徑大小為模型來解釋,實質上,它是由分離物質間的作用引起的,同膜傳質過程的物理化學條件,以及膜與分離物質間的作用有關。
膜分離技術有以下共同點。
①膜分離過程不發生相變,因此能量轉化的效率高。例如在現在的各種海水淡化方法中,反滲透法能耗低。
②膜分離過程在常溫下進行,因而特別適于對熱敏性物料,如對果汁、酶、藥物等的分離、分級和濃縮。
③裝置簡單,操作容易,易控制、維修,且分離效率高。作為一種新型的水處理方法,與常規的水處理方法相比,具有占地面積小、適用范圍廣、處理效率高等特點。
本實驗裝置的分離方法采用超濾、反滲透,其組件為中空纖維膜和反滲透膜。
二、設備性能與主要技術參數
1、本實驗裝置主要由配液池、濃液池、濾液池、不銹鋼高壓泵、不銹鋼離心泵、流量計、壓力表、過濾器、反滲透膜、超濾膜等組成。
2、反滲透膜、超濾膜組件,膜直徑:φ99.4mm;長度:1014mm;脫鹽率:95%;帶有不銹鋼膜殼。
3、配水池、濃液池、濾液池均由不銹鋼制成。
4、高壓泵采用高壓多級離心泵,功率:1.5Kw;最高壓力:1.0Mpa。
5、離心泵為不銹鋼離心泵,功率:0.55Kw。
6、反滲透流量計采用LZB-10(16-160)L/H,超濾流量計采用LZB-10(16-160)L/H,
三、可開實驗
1、膜分離效率測定;
2、了解膜分離的分離過程及流程;
3、測定純水滲透通量與操作壓力的變化關系。
4、測定鹽(溶質)的脫除率與操作壓力的變化關系。
5、掌握反滲透膜純水制備實驗的操作方法。
四、實驗原理
超濾膜—工作原理
超濾與反滲透一樣也依靠壓力推動和半透明實現分離。兩種方法的區別在于超濾受滲透壓的影響較小,能在低壓力下操作(一般0.1-0.5Mpa),而反滲透的操作壓力為(1-10Mpa)超濾適用于分離。分子量大于500,直徑為0.005-10的大分子和膠體,如細菌、病毒、淀粉、樹膠、蛋白質、粘土和油漆色料等,這類液體在中等濃度時,滲透壓很小。
超濾過程在本質上是一種篩濾過程,膜表面的孔隙大小是主要的控制因素,溶質能否被膜孔截留取決于溶質粒子的大小、形狀、柔韌性以及操作條件等,而與膜的化學性質關系不大。因此可以用微孔模型來分析超濾的傳質過程。
微孔模型將膜孔隙當作垂直于膜表面的圓柱體來處理,水在孔隙中的流動可看作層流,其通量與壓力差成正比并與膜的阻力成反比。
分離效率       %
滲透及反滲透--工作原理
滲透現象在自然界是常見的,比如將一根黃瓜放入鹽水中,黃瓜就會因失水而變小。黃瓜中的水分子進入鹽水溶液的過程就是滲透過程。如圖所示,如果用一個只有水分子才能透過的薄膜將一個水池隔斷成兩部分,在隔膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度。過一段時間就可以發現純水液面降低了,而鹽水的液面升高了。我們把水分子透過這個隔膜遷移到鹽水中的現象叫做滲透現象。鹽水液面升高不是無止境的,到了一定高度就會達到一個平衡點。這時隔膜兩端液面差所代表的壓力被稱為滲透壓。滲透壓的大小與鹽水的濃度直接相關。
 
半透膜
 
半透膜
 
半透膜
 
 
 
 
初始狀態
 
滲透及滲透平衡狀態
 
反滲透狀態
 
 
反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過溶劑 ( 通常是水 ) 而截留離子物質的性質,以膜兩側靜壓差為推動力,克服溶劑的滲透壓,使溶劑通過反滲透膜而實現對液體混合物進行分離的膜過程。
反滲透同 NF、UF、MF、GS 一樣均屬于壓力驅動型膜分離技術。其操作壓差一般為1.5-10.5MPa ,截留組分為 (1-10)X10-10m 小分子溶質。除此之外,還可從液體混合物中去除全部懸浮物、溶解物和膠體,例如從水溶液中將水分離出來,以達到分離、純化等目的。目前,隨著超低壓反滲透膜的開發已可在小于 1MPa 壓力下進行部分脫鹽(溶質),適用于水的軟化和選擇性分離。
反滲透膜的基本性能主要參數有純水滲透系數和脫鹽率(溶質截留率)。
(1)純水滲透系數 L P單位時間、單位面積和單位壓力下純水的滲透量。它是在一定壓力下,測定通過給定膜面積的純水滲透量按下式求得的。 J W 位膜面積純水的滲透速率。

(2)脫鹽率(截留率) R
R 表示膜脫除鹽(截留率)的性能,其定義為

式中 分別為被分離的主體溶液濃度和膜的透過液濃度。實驗中可分別用被分離的主體溶液的電導率和膜的透過液的電導率來替代(但本實驗不作考慮)。R 的大小與工藝過程的條件(如操作壓力、溶液濃度、溫度、 PH 等)有關。
五、實驗流程圖

六、實驗操作步驟
一)超濾膜實驗操作步驟
1、先了解整個實驗的流程,對各個設備及閥門有一定的了解。配制好混合液,(可以為污水、淀粉懸浮液、皂化液等)。需注意所配混合液濃度不應過濃,否則會影響膜的使用壽命。
2、打開電源開關,然后再打開不銹鋼離心泵開關,實驗開始進行,在開始實驗時除閥1外其它各閥均為關閉,啟動泵后邊慢慢關閉閥1(旁路閥)邊開啟閥2、,再打開閥3調節流量(即流量計上帶有的針形閥至一定開度)、再打開濃液流量計閥4。同時用秒表記錄下超濾所用的時間;膜的壓力數值,流量的大小。(因出口壓力很小,固當超濾的工作壓力很小時便可近似為零);以及濾液池中的濾液量。
3、分別在濾液池和混合液池內取樣,進行分析。
(二)反滲透實驗操作步驟
1、打開電源開關,開啟不銹鋼立式高壓泵開關,打開閥5,待高壓泵正常運轉后,然后邊慢慢關閉閥5(旁路閥)邊開啟閥6和閥7,開啟濃液閥8、10、11。
2、啟動泵后打開閥12和13,再打開流量計上針形閥9調節流量。同時用秒表記錄下過濾所用的時間;膜的壓力數值,流量的大小。
3、根據實驗需要,通過閥8開啟程度控制膜分離實驗系統壓力以及流量(本設備最高使用壓力0.5Mpa)。
4、按實驗要求分別收集滲透液、濃縮液。分別在濾液池和混合液池內取樣,進行分析。
 5 、停止實驗時,先開大濃液閥8,關閉電源開關,結束實驗。
七、注意事項
1、實驗前請仔細閱讀“操作說明”和系統流程,特別要注意各種膜組件的正常工作壓力。
2、設備不使用時,要保持系統潤濕,防止膜組件干燥,從而影響分離效能。較長時間時,要防止系統生菌,可以加入少量防腐劑,例如:甲醛、H2O2等,密封保存。 
八、實驗數據處理
實驗條件和數據記錄如下
壓強(表壓):           Mpa; 溫度:        
實驗序號 起止時間 濃度(電導率值) 流量l/h
原料液 透過液 透過液
         
         
         
         
         

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