液膜

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液膜以液體為材料的膜。液膜分為乳狀液膜和支撐液膜兩種。 有多種不同的液膜：①沿固體壁面流動着的液膜。這種液膜與互相接觸的氣體或另一種與其不相溶的液體構成膜式兩相流，出現在一些化工設備中，如垂直膜式冷凝器、膜式蒸發器、填充塔和膜式氣液反應器等。②固體從能使其潤濕的液體中取出時，表面上附着的液膜，稱為滯留液膜。③在液膜分離操作中，用以分隔兩個液相的液膜，此液膜是對溶質具有選擇性透過能力的液體薄層。④氣液兩相相際傳質系統中，假設存在於液相中界面附近的具有傳遞阻力的液膜。

目錄

液膜分離

溶劑萃取一般都對應反萃取。 液膜分離(liquid membrane-baded separation) 過程對液體分離來講是萃取(extraction)和反萃取(back-extraction or stripping) 的微觀結合。液膜過程對氣體分離來講是吸收(absorption)和解吸(desorption or stripping) 的微觀結合。 液膜的構型有乳化液膜，疏水微孔膜支撐液膜，再生型的疏水微孔膜支撐液膜，無孔橡膠膜溶漲的液膜，和hollow fiber contained liquid membrane （中空纖維支撐液膜）。 當然，也有人把膜萃取成為液膜萃取。但膜萃取實質上是有固定油-水接觸界面的萃取過程。 萃取分離一般指通過混合物中介質相對於萃取劑的溶解度不同而進行分離，一般溶萃取劑只和其中一種介質互溶，如：水可以使甲醇汽油分離成汽油、甲醇水溶液兩相。 液膜萃取萃取劑和混合物不直接接觸，中間有一層液膜，易溶物質通過液膜進入萃取劑。例如：用中油液膜萃取含酚廢水中的酚，先在中油中加入氫氧化鈉水溶液，形成油包水型萃取介質，廢水中的酚通過油膜進入萃取介質內部，和氫氧化鈉反應生成酚鈉，酚鈉不能通過油膜，被固定在油膜內部，使廢水中的酚含量降低。這種工藝溫度控制要求較高，操作難度較大，但其優勢在於中油為煤化工過程副產氧氣，消耗較低。 具體步驟要看你分離目標和混合物成分來確定的。選擇合適的分離膜，選擇分離壓力、溫度等等。

液膜分類、特性

降膜特性 當液膜沿固體壁面下降時，隨着雷諾數增加，膜內運動可依次出現層流、波動層流和湍流。當周圍氣體靜止，液膜自由流動時，當雷諾數 Re=uδ/v（式中u為液膜平均速度;δ為液膜厚度；v為液體運動粘度）在20～30時的範圍內，膜內運動呈層流狀態。此時液膜厚度均勻，界面平靜，液體沿垂直壁面下降時的速度分布根據理論分析可用下式計算： 式中ux為液膜內與壁面距離為y處的點速度；g為重力加速度。這樣在已知速度分布的基礎上，結合對流擴散方程，可以計算出液膜中的濃度分布，從而確定傳質分係數；這是連續接觸傳質設備設計的基礎。結合蒸氣冷凝液膜的熱量衡算，可確定冷凝傳熱的傳熱分係數。當雷諾數增大到30～50時，膜內出現波動層流，波動使氣液界面結構複雜化。液膜波動如果是由重力引起，稱為重力波；若由表面張力引起，稱為毛細波。觀察發現，氣液界面可用雙波系統表示：即界面是由大振幅波(大波)和小振幅波（小波）組成。大波的振幅比膜厚大得多，是個大流體團，它包含了膜內的大部分液體,在沿界面向下運動時形狀和速度基本不變,各個液團具有隨機分布的波形和速度。大波被很薄的液體襯底同壁隔開。襯底和大波一樣，都覆蓋着小波。波動造成液膜內部一定程度的混合，有利於提高液膜傳遞過程的速率。化工設備中的液膜多數是波動的。如果雷諾數更大，在Re=250～500範圍內，膜內運動呈湍流狀態。但是對自由面附近湍流特性目前了解甚少。當液膜同與其接觸的氣體同向流動時，氣流牽動液膜；若流向相反時，氣流將阻滯液膜運動；當氣流速度足夠大時，全部液膜將被氣流帶動向上運動，成為液泛。在這種簡單情況下觀察和研究液泛現象，有助於分析填充塔液泛機理，確定液泛速度計算式。 滯留液膜的厚度 滯留液膜最重要的物理量是厚度，它與物體從液體中抽出的速度以及液體的物理、化學性質有關。當抽出速度不太大時，L.D.朗道及Β.Γ.列維奇曾導得如下計算公式： 式中δ0為滯留膜厚度；u為物體抽出速度；σ、ρ和μ分別為液體的表面張力、密度和粘度。 乳狀液膜實際上是一種「水-油-水」型或「油-水-油」型的雙重乳狀液高分散體系，它由膜相、內包相和連續相(外相)組成。膜相包括膜溶劑、表面活性劑和添加劑三種成分。膜相與內包相組成的乳狀液滴直徑為0.1～5mm，內包相微滴的直徑為0.001～0.1mm。通常內包相和連續相是互溶的。待分離物質由連續相經膜相向內包相傳遞。在傳質過程結束後，採用靜電凝聚等方法破乳。 支撐液膜是將液膜牢固地吸附在多孔支撐體的微孔之中，在膜的兩側是與膜互不相溶的料液相和反萃相。待分離的組分自料液相經多孔支撐體中的膜相向反萃相傳遞。 以薄層存在的液體。有多種不同的液膜：①沿固體壁面流動着的液膜。這種液膜與互相接觸的氣體或另一種與其不相溶的液體構成膜式兩相流，出現在一些化工設備中，如垂直膜式冷凝器、膜式蒸發器、填充塔和膜式氣液反應器等。②固體從能使其潤濕的液體中取出時，表面上附着的液膜，稱為滯留液膜。若繼之以乾燥或冷凍，可將此液膜固定下來。工程上常用此法形成表面塗層，如製造感光膠片常用此法。在貯槽中，當液體流完後，壁上也附有滯留液膜。③在液膜分離操作中，用以分隔兩個液相的液膜，此液膜是對溶質具有選擇性透過能力的液體薄層。④氣液兩相相際傳質系統中，假設存在於液相中界面附近的具有傳遞阻力的液膜。在這些液膜中，沿壁面下降的液膜和滯留液膜在生產中有較廣的應用。

神奇的液膜

新開鑿好的油井，過去常常會遇到井噴火災事故，這是很令人頭疼的一件事。不過這已經成為過去，因為現在有了一種神奇的液膜，人們只要穿着石棉服，手提液膜罐，迅速將液膜倒進井裡，過不久，井噴就被制服了。 什麼是液膜呢？你一定知道肥皂泡沫吧，它就是最常見的液膜，它的分子一端親水，一端親油，在水中遇到油，親油的一端向油，親水的一端向外，就成為包圍着油的泡沫。這種液膜不穩定，一吹就破。 撲滅井噴的液膜與肥皂泡沫類似，不同的是它是一種包結有膨潤土的液膜，也就是說，在製造這種液膜時，加進了一些固體顆粒膨潤土，這樣形成的液膜裡面就包結有固體物質膨潤土。當這種液膜進入井內時，由於井內的溫度和壓力都比地面高，在高溫高壓的作用下，它就會很快破裂，膨潤土隨即分散開來，遇到地下水時，立即膨脹，而且粘性增加，並把井管通道堵塞，這樣氣體和油液被封閉起來，於是大火就滅了。 液膜技術是美國埃克森研究與工程公司的華裔學者黎念之發明的，它一出現就風靡世界，廣泛應用於許多領域。 人們使用液膜技術來使油井增產。在美國，用高壓泵將包結了鹽酸的液膜摻合砂子和水，打進地下。在高溫高壓的作用下，液膜破裂，鹽酸流出，同鹼性土壤起化學反應，生成溶於水的鹽類，土壤形成裂縫，而砂子則摻入縫隙起支撐作用。於是，較遠地方的石油可以經過這條砂子通道，源源流向井管，使油井增產兩成左右。 人們利用油膜技術來生產鈾，成本比用萃取法要低一半左右，而且貧礦中夾雜的微量鈾也能被提煉出來。比如磷礦中夾雜的鈾，常常在生成磷酸時被白白地拋棄。人們將包結有氫離子和二價鐵離子的液膜放進磷酸中，磷酸內的鈾離子就會滲進液膜內，同氫離子和鐵離子起反應，生成四價的鈾化合物，然後把液膜濾出來，鈾就可提煉出來。 工廠排出的污水中，含有鎘、汞、鉻等金屬，如果利用各種液膜技術進行處理，就可以回收貴重金屬，還可以減少污染。這類液膜技術成本低廉，操作方便，效益顯著，是環境保護技術中的一顆「新星」。