分离工程整理

Pa；A为纯水的渗透系数

超滤的渗透通量；Jv?A?P/?

式中：JV为溶剂的通量，m3/m2.s；A为膜的透过系数，m3/Pa.s；?P为膜两侧的压力差，Pa；δ为膜厚，m。 微滤的渗透通量； 式中：?P为操作压差，Pa；Rm为膜的阻力；Rc为膜上沉积物的阻力。

2、反渗透和超滤过程的浓差极化现象那个更严重，为什么？两种分离过程的分离机理是否相同。

超滤过程的浓差极化现象比反渗透更严重，这是由于超滤过程截留的溶质分子比反渗透大，而大分子溶质在溶液中的扩散系数(D)极小，溶质的反向扩散通量较低，因而膜面处的溶质浓度急剧增加，当膜表面上大分子溶质的浓度增加到饱和浓度时，膜表面上的溶质会形成凝胶层，而反渗透过程无凝胶层形成。

反渗透和超滤过程的分离机理不相同，超滤过程的分离机理为筛分原理，而反渗透为的机理若认为膜有孔则为选择吸附一毛细孔流动模型，若认为膜无孔则为溶解扩散模型.

J??PRm?Rc3、电渗析中有几种物质传递过程，它与离子交换树脂分离有何不同

(1)同性离子迁移:指与离子交换膜上固定离子电荷符号相同的离子通过膜的传递 ，与膜的选择性有关，迁移量一般很小(2)反离子迁移：指与聚合物链上固定离子的电荷相反的离子的迁移(3)水的渗透：随着电渗析的进行，淡水室的水含量逐渐增加，使其化学位升高，致使淡水室的水向浓缩室渗透(4)电解质的渗析：由于浓缩室中电解质的浓度大于淡水室的浓度，促使由于浓度差使电解质由浓缩室向两侧淡水室渗透

(5)水的解离：由于浓差极化，淡水室的水解离成H+和OH-，向两侧浓缩室渗透(6)水的电渗析：由于离子的水合作用，在反离子迁移和同性离子迁移时，会携带一定的水分子透过膜

(7)压差渗透：当膜的两侧产生压差时，溶液将由压力大的一侧向压力小的一侧渗透

电渗析所用离子交换膜是一带电荷的高分子聚合物，它的选择透过性是由于键合在聚合物链上的荷电离子对进入膜内的相同电荷离子的静电排斥(Don-nan排斥)引起的。阳膜由带负电荷的酸性活性基团（如碳酸基）的阳离子交换树脂构成，它能选择性地使阳离子透过，而阴离子不能透过。阴膜由带正电荷的碱性活性基国（如胺基）的阴离子交换树脂构成，它能选择性地使阴离子透过，而阳离子不能透过。与离子交换树脂相比，离子交换膜由于是在直流电场中运行，所以无需再生过程。

以海水脱盐为例说明电渗析与反渗透的区别如下图所示，很明显他们之间的区别在于推动力不同电渗析为电位差而反渗透为压差，电渗析为憎水膜，即让阴、阳离子透过膜，而反渗透为亲水膜，让是渗透通过膜。

4、什么是电渗析过程的浓差极化现象，为什么其膜要能耐酸、碱、抗氧、抗氯

电渗析过程的浓差极化现象为：如果阴离子通过阴离子交换膜的迁移数大于通过溶液的迁移数，由此造成阴膜淡水面一侧的阴离子短缺，使膜表面上阴离子的浓度低于主流层中阴离子的浓度，单纯依靠浓差扩散迁移过来的阴离子数补偿不了穿过膜的阴离子数。这时，在膜的淡水面处会发生水的解离，解离出来的OH-就补充阴离子之不足，透过阴膜担负传递电流，此即阴膜浓差极化现象。电渗析中，在外加直流电场作用下，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应。以NaCl水溶液为例，其电极反应为

在阳极：H2O?H??OH? 2OH??2e?[O]?H2O 1/2O2 Cl??e?[Cl]?1/2Cl2?

H??Cl??HCl 在阴极： H2O?H??OH? 2H??2e?H2?

Na??OH??NaOH

故离子交换膜需具有良好的化学稳定性，能耐酸、碱、抗氧、抗氯。

5、给出制取高纯水的方法

6、气体膜分离过程的分离系数可表示为：

C?HP

DiHjQi?ij??QjDjHj

，要得到该关系式需作那些假设，请加以推导。

纯气体在高分子膜中的溶解平衡可以用亨利定律的形式表示：

根据Fick定律，气体分子在膜内的扩散通量可以表示为：

DdC Ji??ii

dx

若扩散系数不随浓度而变，在稳态扩散的条件下，从膜的高压侧到低压侧积分

D Ji?i(C1?C2)

?如果膜两侧温度相等，则可得

DDH(P?P2)QJi?i(HiP1?HiP2)?ii1?(P1?P2)

???

对于二组分气体混合物透过膜的理想情况（即假设一种气体组分通过膜的渗透不受另一种同时透过膜的组分渗透的影响，两组分i与j通过膜的渗透通量分别为：

Ji?QiQj?(p1i?p2i)；Jj??(p1j?p2j)

膜对两组分的分离效果可以用分离系数表示

?ij?yi1?yip2ip2ixi 1?xip1i p1j

对于理想气体，摩尔数之比等于分压比，所以

?ij?

因为膜的低压侧两组分摩尔比（分压比）等于两组分渗透通量之比，所以将组分的渗透通量代入，经整理可得：

JiP?2i??JjP2jQjQi(P1i?P2i)(P1j?P2j)?Qi(P1i?P2i)

Qj(P1j?P2j)?P2i)PQ(P?P2i)1jQiP1i?ij?i1i?P2jQj(P1j?P2j)P1iQjP1jP1i(1?)

P1jP1jP1i(1??Qi[1??ij(p2j/p1j)]/[1?(p2j/p1j)]Qj

当膜低压侧的压力比高压侧小得多时，p2j/p1j?0，则得 ?ij?DiHjQiDH??i?i QjDjHjDjHj

7、简述液膜分离的四种机理，什么是逆向迁移和同向迁移 1.渗透选择性 2.反应专一性

A滴內化学反应即I型化学迁移

料液中的成分进入膜内与试剂反应，在液膜内相添加一种试剂R，它能与料液中的迁移物质C发生不可逆化学反应并生成不溶于膜相的物质P，使渗透物C在内相中的浓度为零，保持C在液膜内外两相有最大的浓度梯度，以促进C的传递达到从料液相中分离C组分的目的