商品膜组件主要有板框式（plate-frame module）、折叠式（pleated sheet module）、中空纤维式（hollow fiber module）、管式及卷式（spiral-wound module）等五种，图13—17为几种主要膜组件的结构示意图。
板式膜组件类似于常规的板框式压滤装置，有长方形、椭圆形或圆盘形等。膜被放置在多孔的支撑板上，膜之间可夹有隔板，两块装有膜的多孔支撑板叠压在一起形成1mm左右料液流到间隔，且多层交替重叠压紧，二层间可并联或串联连接。隔板上的沟槽用作料液流到，支撑板上的连通多孔可作为透过液的通道。除了压紧式外，还有系紧罗拴式及耐压容器式两种。
折叠式膜组件所采用的是平膜，这些膜被折叠成圆筒形滤芯，滤芯被装在可加压的过滤器外壳内，料液由壳侧进入膜表面透过液收集与中心管，中心管与加压外壳间用O形圈隔离密封。
卷式膜组件是采用平板膜制成信封状密封膜袋，将多孔性支撑材料夹在膜袋之内，半透膜的开口于中心管密封，再在膜袋上下衬上料液隔网，然后连在一起滚压卷绕在空心管上，再将其装入圆柱形压力容器内，构成膜组件。组件内膜袋的数目称为叶数，叶叔增多，膜面积可增加，但原料流程变短。
中空纤维膜组件是由数千至几十万根外径为80~400?m、内径80~400?m的中空纤维束弯成U型，在纤维素的中心轴装有一支原料分不管，纤维束的一端或两端用环氧树脂铸成管板或封头，装入圆筒形耐压容器内构成。中空纤维膜组件大多为外压式，耐压能力较高。组件的排列方式有轴流型、径流型及纤维卷筒型等。
毛细管式膜组件是由管径为80~400?m的非对称管式膜束构成，耐压性能也不及中空纤维膜组件
管式膜组件有无机膜和有机膜组件两大类，管式有机膜组件是将制膜液直接涂布在内径10－25mm的多孔支撑管上制成，常将10－20根管并联组装成类似于换热器的膜组件，也可制成套管式；无机膜组件可由多支单流管道或多流道管组装而成。多流道管的流道数可以为7、19及37个不等
13.2.3反渗透与纳滤
一、一、溶液渗透压
反渗透借助半透膜对溶液中溶质的截流作用，以压差为推动力，使溶剂透过半透膜，从而达到溶液脱溶质的目的。
渗透和反渗透现象入图13—18所示，图中（a）为平衡过程，当膜两侧的溶剂化学位?不等时，溶剂会从化学位较大的一侧向化学位较小的一侧流动，直到两侧溶剂的化学位相等。
图中（b）为渗透过程，假定末左侧为溶剂、右侧为溶液，由于溶液中溶质的浓度c1>c2=0,有 ?1??2。若两侧压力相等，则溶剂分子自纯溶剂的一方透过膜进入溶液一方，直至渗透平衡。
为阻止溶剂分子进入溶液，需要在溶液上方施加额外的压力，以增加其蒸汽压，使半透膜两侧溶剂的化学位相等而达到平衡，这个额外的压力就是渗透压差。如图(c)所示，如果膜两侧溶液上方的压差等于两侧溶剂的渗透压差?p???，此时膜两侧溶剂的化学位相等
?1??2，故系统处于动态渗透平衡。
图中（d）为反渗透过程，膜两侧溶剂的化学位?1??2。当在右室溶液上方施加一个压力，使膜两侧的压差大于应两侧溶剂的渗透压差?p???，则溶剂从高浓度侧透过膜流入低浓度侧，这种依靠外界压力使溶剂从较高浓度侧向较低浓度侧渗透的过程称为反渗透。
压力>渗透压渗透压c2p2半透膜(b)渗透c2p2半透膜c2p2半透膜（d）反渗透c2p2半透膜(a)平衡c1p1c1p1c1p1c1p1c1?c2,p1?p2?1??2,?1??2c1?c2,p1?p2（c）渗透平衡c1?c2,p1?p2?1??2,?1??2?1??2,?1??2?p???c1?c2,p1?p2?1??2?p???图13－18 渗透与反渗透
在反渗透过程的设计中，溶液的渗透压数据是必不可少的。对于多组分体系得稀溶液，可用扩展的范特霍夫渗透压公式计算溶液的渗透压
n
（13—32）
式中，ci—溶质物质的量浓度，kmol/m;
i?1??RT?c3
i
n—溶液中的组分数。
当溶剂的浓度增大时，溶液偏离理想程度加大，上市的误差增大。
从范特霍夫渗透压方程可以到处在某一渗透压下的溶质相对分子质量与最大溶质质量分率之间的关系，如图13—19所示。对低相对分子质量的物质，在给定浓度下的渗透压非常大，要使此种溶液的浓度提高，显然受到操作压力的限制。如对许多相对分子质量为100左右的典型含氧物质，如果操作压差为3.5MPa，那么对水溶液能达到的最大浓度w=22%.在这个浓度下，溶液的渗透压与操作压差相等，也即在此种操作压差条件下，溶剂的渗透通量为零。尽管图13—19的数据是以水为溶剂列出的，但也可用于非睡溶液渗透压影响的定性分析。
对电解质水溶液，常引入渗透压系数?1来小郑偏离程度，对水溶液中溶质i组分，其渗透压可用下式计算
???1ciRT （13—33）
有140余种电解质水溶液在250C时的渗透压系数可供使用。当溶液的浓度较低时，绝
大部分电解质溶液的渗透压系数接近于1，对NH4Cl、NaCl、KI等一类溶液，其系数基本上不随浓度而变；在高浓度下，MgCl2、MgBr、CaI2等电解质岁着溶液弄得的增加而?1增大；而对KNO3、Na2SO4、AgNO3等一类溶液，则?1随溶液的浓度的上升而降低。
在实际应用中，常用以下简化方程计算
??Bxs （13—49）
式中，xs为溶质摩尔分率；B为常数，可从表13—6查得某些有代表性溶质—水体系得B值。
表13－6 各种溶质－水体系的B值
溶 溶 溶 ?3?3?3B?10 B?10 B?10 质 质 质 /MPa(25C) 0/MPa(25C) 0/MPa(25C) 0尿 素 甘 油 砂 糖 CuSO4 MgSO4 NH4C1 LiC1 0.135 0.141 0.142 0.141 0.156 0.248 0.258 LiNO3 KNO3 KC1 K2SO4 NaC1 Na2SO4 0.258 0.237 0.251 0.306 0.255 0.307 Ca(NO3)2 0.340 CaC12 0.368 BaC12 0.353 Mg(NO3) 0.365 Mg(NO3)2 0.370 NaNO3 0.247 二、反渗透基本机理
优先吸附—毛细孔流动激励 1960年，Sourirajan在Gibbs吸附方程基础上，提出料优先吸附—毛细孔流动机理，而后又按此激励发展为定量的表面力—孔流动模型。在图13—20中，溶剂是水，溶质为氯化钠，由于膜表面具有选择性吸水斥盐作用，谁优先吸附在膜表面上，在压力的作用下优先吸附的水渗透通过膜孔，就形成料脱盐过程。
高压－+H2ONa+C1H2ONaC1－H2ONa+C1－H2ONa+－C1+－+－+－+－NaC1H2ONaC1H2ONaC1H2ONaC1HO2本体溶液相+－+－H2OC1－H2ONaC1H2ONaC1H2ONaC1C1+－－H2ONa+H2ONaC1H2ONa+C1－H2ONa+C1+HOH2OH2OH2OH2OH2OHOH2OH2OH2O22t2+－－界面区膜表面H2OH2OH2O临界孔H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O多孔膜H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O
当莫表皮层的孔径接近或等于纯水曾厚度两倍时，该膜的分离效果最佳；当孔径大于2t时，则溶质就会从膜孔德中心泄露出去，因此2t为膜的临界孔径值。
三、反渗透膜通量
基于Sourirajan的优先吸附—毛细孔流动机理，溶剂和溶质通量可用Kimura-Sourirajan模型求算
溶剂通量
JA?A??p?[?(xAR)??(xAP)]?kmol/(m2?s) （13—35）
大气压图13－20 优先吸附－毛细管流动机理示意图溶质通量
JS?DAmKA?(cRxAR?cPxAP)? kmo/l(m2) s （13—36）
DAmKA式中，A为溶剂的渗透系数；?p、??分别为膜两侧的压力差和溶液渗透压差；?为
溶质的渗透系数，m/s，它与溶质性质、膜材料性质以及膜表面平均孔径有关。其中DAm为溶质在膜中的扩散系数；CR、CP分别为膜两侧紧靠膜表面上的溶液浓度，xAR、xAP分别为
DAmKA膜两侧溶液中溶质的摩尔分率。
?市三个具有重要意义的物理量的组合，其中KA为
?为膜的有效厚度，溶质在野象和膜相中的平衡常数；m; DAm为溶质在膜相中的扩散系数，
2
m/s。
DAmKA对反渗透过程，若膜已确定，则在一定的压力下，?与料液的浓度和流速无关，随温度升高而增加；当膜的平均孔径很小时，在很宽的压力范围内，几乎是个常量，当膜的孔径较大时，则随压力增加而降低。
在反渗透设计中，我们不必知道其中每个数值，只需知道其总值即可。其值可通过选择
DAmKA适当的参考溶质来预测。有关?四、反渗透与纳滤膜的截流率
的计算可可祥见参考文献[12]。
