3.2膜的基本理论 在膜分离过程中,通过膜相际有三种基本传 质形式。 膜 膜 膜 FA::::::: :::1 A PA PA A FA > A A FA PA AB 化学反应 A+B→ABAB→A+BA+B→AB AB→A+B (a)被动传递 (b)促进传递 (c)主动传递 图3-3通过膜相际传质过程基本形式示意图
3.2 膜的基本理论 ◼ 在膜分离过程中，通过膜相际有三种基本传 质形式。 图3-3 通过膜相际传质过程基本形式示意图
膜过程中的物质传递过程 ■以非对称膜为例 溶质或溶剂在 膜中的渗透率 多孔致密 支撑层表 取决于膜两边低压侧 高压侧 溶液的条件和 (ci=K 膜本身的化学 (ci=K, c 和物理性质 传质总阻力为 边界层和膜层-0+05-+0a+0 阻力之和。 图3-4物质经过非对称膜的传递示意图
◼ 膜过程中的物质传递过程 ◼ 以非对称膜为例 溶质或溶剂在 膜中的渗透率 取决于膜两边 溶液的条件和 膜本身的化学 和物理性质， 传质总阻力为 边界层和膜层 阻力之和。 图3-4 物质经过非对称膜的传递示意图
■孔模型 ■用来描绘微孔过滤、超滤等过程所用的高孔率膜。溶 剂的渗透流率取决于膜的孔隙率、孔径、溶液的粘度 溶剂在膜中的扩散曲折途径和膜上、下游压力差,可 表达为: J=Ea2△p/(32*p*L) 式中J——溶液通量[m3/(m2s)] E——膜的孔隙率 d—圆柱型孔道的直径(m) L——膜的有效厚度,为扩散曲折率×膜厚(m) △p——膜两侧压力差(KPa) 溶液的粘度(Pa's)
◼ 孔模型 ◼ 用来描绘微孔过滤、超滤等过程所用的高孔率膜。溶 剂的渗透流率取决于膜的孔隙率、孔径、溶液的粘度、 溶剂在膜中的扩散曲折途径和膜上、下游压力差，可 表达为： J = ε d 2Δp / （32 ﹡µ﹡L） 式中 J ——溶液通量[m3 /（m2·s）] ε ——膜的孔隙率 d ——圆柱型孔道的直径（m） L ——膜的有效厚度，为扩散曲折率×膜厚（m） Δp ——膜两侧压力差（kPa） µ——溶液的粘度（Pa·s）
■溶解一扩散模型 反渗透膜的表皮层没有孔道。物质的渗透能力, 取决于它在膜中的溶解度和扩散系数 对于稀溶液,总体积通量 J=A(D二2渗 式中A—总渗透系数(A=AM/p) A1—溶剂渗透系数kmo(m2skPa)] ρ—溶液密度(kg/m3) M溶剂分子量 由上式可知,当压力升高时,溶剂质量通量线 性增加,但溶质通常与压力无关,因而透过液 浓度降低
◼ 溶解—扩散模型 ◼ 反渗透膜的表皮层没有孔道。物质的渗透能力， 取决于它在膜中的溶解度和扩散系数。 ◼ 对于稀溶液，总体积通量 J = A（Δp － Δp渗） 式中 A——总渗透系数（A = A1Mr / ρ） A1 ——溶剂渗透系数[kmol/（m2·s·kPa）] ρ ——溶液密度（kg/m3） Mr——溶剂分子量 ◼ 由上式可知，当压力升高时，溶剂质量通量线 性增加，但溶质通常与压力无关，因而透过液 浓度降低
优先吸附-毛细管流动模型 ■ Sourirajan等人提出。膜的表面如对某一组分的吸附 能力较强,则该组分就在膜面上形成一层吸附层。 高压侧 H2ONa·clH2ONa·cH2ONa·cl o Na*CI-H20 Na" NaCT溶液主体 H0 H20H20 H0 HO 界面区 H2O H,O H2O 表皮层 H2O H,O H2O 表面孔道 H2O H,O 常压侧 图3-5优先吸附—毛细管流动模型示意图
◼ 优先吸附-毛细管流动模型 ◼ Sourirajan等人提出。膜的表面如对某一组分的吸附 能力较强，则该组分就在膜面上形成一层吸附层。 高压侧 常压侧 图3-5 优先吸附—毛细管流动模型示意图