相平衡原理在藥用純化水工藝中的應(yīng)用.pdf

1、含氣-液相變的傳質(zhì)過(guò)程對(duì)液體中的非揮發(fā)性物質(zhì)有很強(qiáng)的去除能力，這在傳統(tǒng)純化水工藝中已經(jīng)得到充分體現(xiàn)。2005版中國(guó)藥典仍規(guī)定蒸餾法為生產(chǎn)注射用水的唯一法定方法。但在藥用純化水的生產(chǎn)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的純化水工藝比如蒸餾法和離子交換法因?yàn)楦髯缘牟蛔?，有被新技術(shù)替代的趨勢(shì)。膜技術(shù)的工業(yè)化已經(jīng)有二十多年，由于它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)得到很大的發(fā)展，有可能替代傳統(tǒng)純水工藝。但目前膜技術(shù)廣泛地存在著膜污染和前處理過(guò)程復(fù)雜的工藝問(wèn)題，這限制了膜技術(shù)的發(fā)展。

2、 目的：利用熱力學(xué)中的相平衡原理能夠設(shè)計(jì)出非能耗的氣-液相變傳質(zhì)過(guò)程，此技術(shù)若與膜技術(shù)聯(lián)用，以氣-液相變對(duì)非揮發(fā)性物質(zhì)的純化能力，則可能為膜技術(shù)現(xiàn)存的膜污染和進(jìn)水水質(zhì)要求高、前處理過(guò)程復(fù)雜的工藝問(wèn)題提供新的解決途徑。新型膜材料的出現(xiàn)，為此技術(shù)聯(lián)用提供了基礎(chǔ)。本課題在此方向上做了初步探究性的工作。 方法：由于課題的研究方向較新，論文更多的注重了基礎(chǔ)理論的工作。利用熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論，可以構(gòu)造出相平衡原理傳質(zhì)過(guò)程的理論框架，擬合實(shí)

3、驗(yàn)結(jié)果。其內(nèi)容包括：①相平衡原理的基礎(chǔ)性熱力學(xué)理論闡釋?zhuān)虎诜磻?yīng)傳質(zhì)過(guò)程分析，包括基本過(guò)程分析和不凝性氣體的影響；⑨反應(yīng)傳熱過(guò)程分析：④溫度對(duì)反應(yīng)各個(gè)因素的影響；⑤溶質(zhì)的篩選、濃度與熱力學(xué)函數(shù)之間的關(guān)系、溶質(zhì)的量對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響和實(shí)驗(yàn)條件的選定。通過(guò)理論分析可以得到理論產(chǎn)量數(shù)值表。 相平衡原理實(shí)驗(yàn)包括：①基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在不凝性氣體得到控制之后選定實(shí)驗(yàn)條件：以CaCl2和MgSO4為反應(yīng)溶質(zhì)，沸水浴為實(shí)驗(yàn)控制溫度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出

4、在不同濃度條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以反應(yīng)的產(chǎn)量作為指標(biāo)制訂實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值表，對(duì)理論產(chǎn)量數(shù)值表進(jìn)行比較驗(yàn)證，檢驗(yàn)理論預(yù)測(cè)的合理性；②水質(zhì)量檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。按2005版中國(guó)藥典附錄純化水項(xiàng)下規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。由于反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)物水存在溶質(zhì)，直接進(jìn)行水質(zhì)量檢驗(yàn)會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾。利用熱力學(xué)的理論可以設(shè)計(jì)溫度差為化學(xué)勢(shì)差推動(dòng)的相變傳質(zhì)過(guò)程，用過(guò)程進(jìn)行去溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)。其水質(zhì)狀況與相平衡原理相同，對(duì)產(chǎn)物水進(jìn)行檢驗(yàn)，以排除溶質(zhì)干擾。⑧膜工藝問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)擬定。依據(jù)膜污染問(wèn)題的三

5、個(gè)物質(zhì)原因制訂三個(gè)指標(biāo)：金屬離子指標(biāo)，有機(jī)物指標(biāo)，和微生物指標(biāo)。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：1.利用螯合滴定法對(duì)原水和產(chǎn)物水的硬度進(jìn)行測(cè)定，比較產(chǎn)物水和藥典規(guī)定項(xiàng)下的離子檢測(cè)結(jié)果。 2.非揮發(fā)物測(cè)定。由于有機(jī)物主要以非揮發(fā)物的形式表現(xiàn)出來(lái)，利用總不揮發(fā)物和水硬度引起的不揮發(fā)物的重量差可以得到原水有機(jī)物含量。3.微生物指標(biāo)。原水經(jīng)過(guò)常規(guī)消毒滅菌后，仍有微生物存在。在膜組件工作過(guò)程中，微生物一般從組件前端開(kāi)始，逐漸蔓延到這個(gè)純化水系統(tǒng)。由于微

6、生物沒(méi)有揮發(fā)性，經(jīng)過(guò)相平衡原理純化后，水基本可以達(dá)到無(wú)菌，這早已被傳統(tǒng)工藝的應(yīng)用所證實(shí)。 結(jié)果：①基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)值表與理論產(chǎn)量數(shù)值表在15％精度以?xún)?nèi)是符合的；②水質(zhì)量檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。除CO2以外，其他指標(biāo)都已經(jīng)達(dá)到2005版中國(guó)藥典純化水項(xiàng)下規(guī)定的要求；③指標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.原水硬度測(cè)量結(jié)果為166mg/L，產(chǎn)物水的硬度檢驗(yàn)結(jié)果為0 mg/L。產(chǎn)物水相應(yīng)的離子檢測(cè)結(jié)果為：Ca2+在10-6mol/L，限度以?xún)?nèi)檢測(cè)不到

7、，Mg2+在10-3mol/L限度以?xún)?nèi)檢測(cè)不到，Cl-在10-6mol/L限度內(nèi)檢測(cè)不到，Ba2+在10-6mol/L限度內(nèi)檢測(cè)不到，Mn2+在10-8mol/L限度內(nèi)檢測(cè)不到，S042-在10-5mol/L限度內(nèi)檢測(cè)不到。2.原水非揮發(fā)物的測(cè)定結(jié)果為：原水645 mg/L，產(chǎn)物水2 mg/L。 結(jié)論：由于傳熱學(xué)的理論計(jì)算誤差最大允許達(dá)到20％，因此可以認(rèn)為理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)要求的精度內(nèi)是符合的。相平衡原理和膜技術(shù)的實(shí)現(xiàn)技