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什么是反渗透?

点击次数:108  发布时间:2020-07-14

反渗透是利用反渗透膜选择性地只透过溶剂(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。

(一)反渗透原理

 

图5-32 渗透过程示意

 

在温度一定的条件下,若将一种溶液与组成这种溶液的溶剂放在一起最终的结果是溶液总会自动地稀释,直到整个体系的浓度均匀一致为止。但如果用一张固体膜将溶液和溶剂隔开,并且这种膜只能透过溶剂分子而不能透过溶质分子,假定膜两侧压力相等,则溶剂将从纯溶剂侧透过膜到溶液侧,这就是渗透现象,如图5-32(a)所示。渗透的结果是使溶液液柱上升,直到系统达到动态平衡,溶剂才不再流人溶液侧,此时溶液上升高度产生的压力为ρgh即为渗透压,以△Л表示,如图5-32(b)所示。若在溶液侧加大压力,P>Л,则溶剂在膜内的传递现象将发生逆转,即溶剂将从溶液侧透过膜向溶剂侧流动,使溶液增浓,这就是反渗透现象,如图5-32(c)所示。这样可以利用反渗透现象截留溶质,而获取溶剂,从而达到分离混合物的目的。

(二)反渗透膜

反渗透膜多为致密膜、非对称膜和复合膜,常用醋酸纤维、聚酰胺等材料制成,图5-33所示为典型的醋酸纤维非对称膜的结构示意。它是由表面活性层、过渡层和多孔支持层组成的非对称结构膜,总厚度约为100左右。表面层结构致密,其中孔隙直径最小,约0.8—2nm,厚度占膜总厚度的1%以下,多孔层呈海绵状,其中孔隙约为噢0.1一0.4µm。过渡层则介于两者之间。

 

图5-33 典型的醋酸纤维非对称膜结构示意

 

(三)反渗透器

常用的反渗透器主要有板框式、管式、螺旋卷式及中空纤维式。其结构示意图见图5-34

~5-37 所示。

1.板框式  板框式膜组件是膜分离z早问世的一种膜组件形式,其外观很像普通

的板框式压滤机。图5—34所示为板框式膜组件构造示意图,图5—35为紧螺栓式板框式反渗透膜组件。多孔支撑板的两侧表而有孔隙,其内腔有供透过液流通的通道,撑板的表面和膜经黏结密封构成板膜。

 

图 5-34 板框式膜组件构造示意图(DDS公司,RO型) 

 

图 5-35 紧螺栓式板框构造型膜组件

1-承压板 2-膜 3-紧固螺栓 4-环形垫圈 5-膜 6-多孔板

 

2.螺旋卷式  螺旋卷式(简称卷式)膜组件在结构上与螺旋板式换热器类似,如图5—36和图5—37所示。在两片膜中夹入一层多孔支撑材料,将两片膜的三个边密封而黏结成膜袋,另一个开放的边沿与一根多孔的透过液收集管连接。在膜袋外部的原料液侧再垫一层网眼型间隔材料(隔网),即膜—多孔支撑体—原料液侧隔网依次叠合,绕中心管紧密地卷在一起,形成一个膜卷,再装进圆柱形压力容器内,构成一个螺旋卷式膜组件。使用时,原料液沿着与中心管平行的方向在隔网中流动,与膜接触,透过膜的透过液则沿着螺旋方向在膜袋内的多孔支撑体中流动,最后汇集到中心管中而被导出,浓缩液由压力容器的另一端引出。  (进口电磁流量计)      

 

 

图5-36 螺旋卷式反渗透膜组件

 1,2,3,-中心管;4,7-膜;5-多孔支撑材料;6-进料液隔网;8-多孔支撑层;9-隔网

 

螺旋卷式膜组件的优点是结构紧凑、单位体积内的有效膜面积大,透液量大,设备费用低。缺点是易堵塞,不易清洗,换膜因难,膜组件的制作工艺和技术复杂,不宜在高压下操作。

 

图5-37 螺旋卷式反渗透器

1-端盖;2-密封圈;3-卷式膜组件;4-连接器;5-耐压容器

 

3.圆管式  圆管式膜组件的结构类似管壳式换热器,如图5—38所示。其结构主要是把膜和多孔支撑体均制成管状,使两者装在一起,管状膜可以在管内侧,也可在管外侧。再将一定数量的这种膜管以一定方式联成一体而组成。

管式膜组件的优点是原料液流动状态好,流速易控制;膜容易清洗和更换;能够处理含有易悬浮物的、黏度高的,或者能够析出固体等易堵塞液体通道的料液。缺点是设备投资和操作费用高,单位体积的过滤面积较小。进口电磁流量计

  

图5-38 圆管式膜组件

1-孔外衬管;2-膜管;3-渗透液;4-料液;5-耐压端套;

6-玻璃钢管;7-淡化水收集外壳;8-耐压端套

 

   4.中空纤维式  中空纤维式膜组件的结构类似管壳式换热器,如图5—39所示。中空纤维脂组件的组装是把大量(有时是几十万或更多)的中空纤维膜装入圆筒耐压容器内。通常将纤维束的一端封住,另一端固定在用环氧树脂浇铸成的管板上。使用时,加压的原料由膜件的一端进入壳侧,在向另一端流动的同时,渗透组分经纤维管壁进入管内通道,经管板放出,截留物在容器的另一端排掉。中空纤维式膜组件的优点是设备单位体积内的膜面积大,不需要支撑材料,寿命可长达5年,设备投资低。缺点是脂组件的制作技术复杂,管板制造也较困难.易堵塞,不易清洗。进口转子流量计

 

图5-40  杜邦公司中空纤维式反渗透膜组件示意

1-盐水收集管;2,6-O形圈;3-盖板(料液端);4-进料管;5-中空纤维;

7-多孔支撑板;8-盖板(产品端);9-环氧树脂管板;10-产品收集器;

11-网筛;12-环氧树脂封关;13-料液总管

5.毛细管式  毛细管式膜组件由许多直径为0.5—1.5mm的毛细管组成,其结构如图5—41所示,科液从每根毛细管的中心通过,透过液从毛细管壁渗出,毛细管由纺丝法制得,无支撑。

 

图5-41 毛细管式膜组件示意

6.槽式   这是一种新发展的反渗透组件,如图5—42所示,由聚丙烯或其他塑料挤压而成的槽条,直径为3mm左右,上有3—4个槽构,槽条表面织编上涤纶长丝或其他材料,再涂刮上铸膜液,形成膜层,并将槽条一端密封,然后将几十根至几百根槽条组装成一束装人耐压管中,形成一个槽条式反渗透单元。进口转子流量计

 

图5-42 槽式膜组件示意

1-膜;2-涤纶纺织层;3-槽条膜;4-耐压管;5,8-橡胶密封;

6-端板;7-套封;9-多孔支撑板

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