Bài 1: Khái quát về kỹ thuật màng

Chia sẻ: Phan Thi Quyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

179
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sinh học - Là mội lớp mỏng bao phủ bề mặt hoặc phân chia các phần, cấu trúc hoặc cơ quan trong cơ thể động hoặc thực vật - Màng tế bào Hóa học Mảnh vật chất mỏng được làm từ vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp có khả năng thấm (cho đi qua) một cách chọn lọc một chất nào đó trong hỗn hợp hoặc dung dịch

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài 1: Khái quát về kỹ thuật màng

Kỹ Thuật Màng và Ứng Dụng Bài 1: Khái quát về kỹ thuật màng Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tannm-dce@mail.hut.edu.vn Khái quát về kỹ thuật màng Khái niệm Màng Membrane Sinh học - Là mội lớp mỏng bao phủ bề mặt hoặc phân chia các phần, cấu trúc hoặc cơ quan trong cơ thể động hoặc thực vật - Màng tế bào Hóa học Mảnh vật chất mỏng được làm từ vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp có khả năng thấm (cho đi qua) một cách chọn lọc một chất nào đó trong hỗn hợp hoặc dung dịch 1
Khái quát về kỹ thuật màng Thị trường màng toàn cầu năm 2000 Doanh số bán màng và thiết bị màng Tốc độ tăng trưởng (Triệu USD) 16 150 150 350 150 14 200 12 100 10 400 Grow th rate (%/year) 8 6 350 4 2200 2 350 0 n ti o ator n lt ra n t io is/ fi x yge na ti o n n lys o sali ica ara tio ss ing y d ia lood de ur if ustr try mo B ter rp e p r oc e ind indu s s tic ous He Wa ate ns p al og g e ood l ian e Hemodialysis/filtration Blood oxygenator Water desalination )W ro m ic mica an a ste en/nit F he e l/ d isc ell (w )C ch ca (w aste) Water purification Oxygen/nitrogen separation Food processing O xy g ( bio ctr o a ly ti M Ele An (bio) Chemical industry Electrochemical industry Analytical/ dianogstic Miscellaneous /H. Strathmann: Membrane Separation processes: Current relevance and future opportunities. AIChE Journal 47(2001),5/ Khái quát về kỹ thuật màng Công suất tính trên toàn thế giới và số lượng thiết bị vi lọc/siêu lọc đã được lắp đặt dùng cho quá trình xử lý nước /R. Gimbel, G. Hagmeyer. Forum Forschung 2001/ 2
Khái quát về kỹ thuật màng Lịch sử phát triển kỹ thuật màng Khái quát về kỹ thuật màng Lịch sử phát triển kỹ thuật màng J. Abbe Nollet phát hiện ra hiện tượng thẩm thấu vào năm 1748 Bài báo khoa học đầu tiên được công bố về thẩm thấu: J.A. Nollet, Lecons de physique experimentale, Hippolyte-Louis Guerin and Louis-Francios Delatour, Paris, 1748. 3
Khái quát về kỹ thuật màng Lịch sử phát triển kỹ thuật màng 1907 Bechold giới thiệu đến khái niệm về siêu lọc 1950 Hassler đề cập đến quá trình tách muối từ nước biển 1958 Sidney Loeb và S. Sourirajan nghiên cứu chế tạo thành công màng Polymer 1961 Loeb-Sourirajan đăng ký phát minh cho phương pháp chế tạo màng của mình 1962 Loeb-Sourirajan phát minh ra màng bất đối xứng Khái quát về kỹ thuật màng Màng tế vi Microporous Membrane 4
Khái quát về kỹ thuật màng Màng không lỗ Nonpore Membrane Khái quát về kỹ thuật màng Màng bất đối xứng Assymetric Membrane 5
Khái quát về kỹ thuật màng Màng gốm Ceramic Membrane Khái quát về kỹ thuật màng Mô đun màng Đầu vào Dịch đặc Feed Retentat Màng Nước trong Permeat Mo đun: Một phần thiết bị khép kín có chứa màng 6
Khái quát về kỹ thuật màng Mô đun màng Khái quát về kỹ thuật màng Đặc trưng của các quá trình tách dùng màng 7
Khái quát về kỹ thuật màng Phân loại Các quá trình màng Động Cơ chế Trạng thái tập lực phân tách hợp Đối tượng phân tách Chênh lệch áp Cơ chế sàng Siêu lọc (UF) Vi lọc(MF) suất (Lọc sâu/cake Lỏng (F) / Lỏng (F) Lọc nano (NF) filtration) (chênh lệch thế Hấp phụ + Thẩm thấu ngược hóa) Khuêchtán (RO) Hấp phụ + Lỏng (F) / Khí (G) Thấm bốc (PV) Khuêch tán Chênh lệch áp Bay hơi Khí (G)/Khí (G) Tách hơi (VP) suất riêng phần Hấp phụ + Khí (G)/Khí (G) Tách khí (GS) Khuêch tán Chênh lệch Thẩm tích(D) nồng độ Hấp phụ + Lỏng (F) / Lỏng (F) Thẩm tích khuêch Khuêch tán Tán (DE) Điện thẩm tích Chênh lệch Độ linh động điện Lỏng (F) / Lỏng (F) (ED) điện thế tích Điện thẩm tích lưỡng cực(BED) 1nm 0,1μm 10μm Khái quát về kỹ thuật màng Siêu lọc và vi lọc Vi lọc • Dùng nguyên lý tách thuần vật lý và siêu • Tiết kiệm được chi phí xử lý sơ bộ ( do có thể thay lọc thế nhiều khâu xử lý sơ bộ) để xử • Đáp ứng được yêu cầu chất lượng ngày càng lý tăng nước • Dễ dàng tự động hóa 8
Khái quát về kỹ thuật màng Thẩm thấu ngược Khái quát về kỹ thuật màng Lọc Nano 9
Khái quát về kỹ thuật màng Thấm bốc Mô Đun Màng Dịch đặc Hỗn hợp cần phân tách Bơm chân không Dịch trong Khái quát về kỹ thuật màng Tách khí Lọc, làm khô Màng Không khí Khí thải Máy nén 10
Khái quát về kỹ thuật màng Điện thẩm tích Nước biển HCl NaOH Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Phân tố màng Mô đun màng Cấu trúc phát triển các quá trình màng Bố trí mô đun Quá trình RO tổng thể Bốc hơi 11
Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Độ chọn lọc/Mức giữ lại – Dòng nước trong - ĐỘ CHỌN LỌC (Sij) của màng thể hiện khả năng lựa chọn cho phép một cấu tử nhất định nào đó thấm qua -Năng suất của màng được đánh giá qua DÒNG NƯỚC TRONG (mi) đạt & được trong điều kiện vận hành nhất định - Độ chọn lọc và dòng nước trong là các thông số cục bộ, thay đổi theo loại mô đun màng, vị trí khảo sát Khái quát về kỹ thuật màng Dịch đặc Dịch vào Nước trong Màng Dịch vào Nước trong Dòng 12
Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Động lực – Trở lực Dòng = Động lực/Trở lực Quá trình Pha Động lực Loại màng Ứng dụng RO L/L ∆p đến 200bar Bất đối xứng Xử lý nước, và các dung dịch với nước NF L/L ∆p đến 60bar Bất đối xứng Phân riêng các chất tan trong dung dịch với nước UF L/L ∆p đến 10bar Màng bất đối xứng, lỗ Cô đặc, phân loại các dung dịch cao phân tử,… ED L/L Điện trường vuông góc Màng đối xứng có đính Thận nhân tạo, tuần với bề mặt màng các nhóm ion hoan các axit Thấm bốc PV L/H Hạ áp suất phía nước Màng bất đối xứng Phân tách các hỗn hợp trong không lỗ chất hữu cơ Thẩm thấu khí H/H Tăng áp suất phía dịch Màng bất đối xứng Phân tách H2/N2, đặc lên tới 80 bar không lỗ CO2/CH4 hoặc hạ áp suất O2/N2 phía nước trong -> chênh lệch áp suất riêng phần Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Nguyên lý hoạt động của một số quá trình màng tiêu biểu Thẩm thấu ngược Tách khí ( áp suất dư) Dịch Dịch đặc Dịch Dịch đặc vào (lỏng) vào (hơi) Nước trong Nước trong (lỏng) (hơi) Thấm bốc Thẩm khí ( áp suất chân không) Dịch vào Dịch vào (lỏng) (hơi) Dịch đặc Dịch đặc Khí trơ Nước trong Nước trong (lỏng) Hơi Nước trong 13
Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Động lực tổng quát – Chênh lệch thế hóa Thế hóa của cấu tử i ⎛ ∂G ⎞ μi = ⎜ ⎜ ∂x ⎟ ⎟ ⎝ i ⎠ p ,T , x ≠ x i k Thế hóa tương ứng với công nhỏ nhất của hệ thống phải nhận được khi thực hiện sự thay đổi nồng độ 1-> 2 2 W1/ 2 = ∫ μi (T , p, xi )dxi μi (T , p, xi ) = μ 0i (T , p 0 ) + RT ln ai (T , p 0 , xi ) + Vi ( p − p 0 ) 1 ~ Với khí lý tưởng μi (T ) = μi0 (T ) + RT ln pi p0 Áp suất thẩm thấu RT π i = − ~ ln ai Vi Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Động lực tổng quát – Chênh lệch thế hóa Quá trình vận chuyển cấu tử i trong quá trình Thẩm thấu ngược: Δμi RO ~ [ ] = Vi p F − p p − (π i , F − π i , P ) = Vi (Δp − Δπ ) ~ Đối với quá trình Thấm bốc (PV), có thể viết: aiF piS γ xp ~ ⎡ RT p ⎤ Δμi PV = RT ln = RT ln iF i iS = Vi ⎢ ~ ln iS − π i , F ⎥ piP piP ⎣V piP yi ⎦ ~ ( Do Vi p F − p 0 ) nhỏ không đáng kể, có thể bỏ qua Đối với quá trình tách khí (GP), có thể viết: piS p x Δμi GP = RT ln = RT ln F i piP p P yi 14
Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Các loại trở lực của quá trình màng - Trở lực của lớp màng (lớp hoạt động) - Trở lực thủy lực bên phía nước trong và dịch đặc (giảm động lực chung) - Phân cực nồng độ trên bề mặt màng - Trở lực chuyển khối của lớp phụ trợ - Trở lực truyền nhiệt (phân cực nhiệt độ) đối với quá trình PV Khái quát về kỹ thuật màng Các khái niệm cơ bản Ảnh hưởng của tổn thất áp suất đến động lực của quá trình Ảnh hưởng của tổn thất áp suất 15