相平衡原理在藥用純化水工藝中的應用.pdf

1、含氣-液相變的傳質(zhì)過程對液體中的非揮發(fā)性物質(zhì)有很強的去除能力，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為各自的不足，有被新技術(shù)替代的趨勢。膜技術(shù)的工業(yè)化已經(jīng)有二十多年，由于它的獨特優(yōu)勢，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程復雜的工藝問題，這限制了膜技術(shù)的發(fā)展。

2、 目的：利用熱力學中的相平衡原理能夠設(shè)計出非能耗的氣-液相變傳質(zhì)過程，此技術(shù)若與膜技術(shù)聯(lián)用，以氣-液相變對非揮發(fā)性物質(zhì)的純化能力，則可能為膜技術(shù)現(xiàn)存的膜污染和進水水質(zhì)要求高、前處理過程復雜的工藝問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。利用熱力學和傳熱學理論，可以構(gòu)造出相平衡原理傳質(zhì)過程的理論框架，擬合實

3、驗結(jié)果。其內(nèi)容包括：①相平衡原理的基礎(chǔ)性熱力學理論闡釋；②反應傳質(zhì)過程分析，包括基本過程分析和不凝性氣體的影響；⑨反應傳熱過程分析：④溫度對反應各個因素的影響；⑤溶質(zhì)的篩選、濃度與熱力學函數(shù)之間的關(guān)系、溶質(zhì)的量對反應過程的影響和實驗條件的選定。通過理論分析可以得到理論產(chǎn)量數(shù)值表。 相平衡原理實驗包括：①基礎(chǔ)理論的驗證實驗。在不凝性氣體得到控制之后選定實驗條件：以CaCl2和MgSO4為反應溶質(zhì)，沸水浴為實驗控制溫度。通過實驗得出

4、在不同濃度條件下的實驗結(jié)果，以反應的產(chǎn)量作為指標制訂實驗結(jié)果數(shù)值表，對理論產(chǎn)量數(shù)值表進行比較驗證，檢驗理論預測的合理性；②水質(zhì)量檢驗實驗。按2005版中國藥典附錄純化水項下規(guī)定標準進行檢驗。由于反應過程產(chǎn)物水存在溶質(zhì)，直接進行水質(zhì)量檢驗會對結(jié)果產(chǎn)生干擾。利用熱力學的理論可以設(shè)計溫度差為化學勢差推動的相變傳質(zhì)過程，用過程進行去溶質(zhì)實驗。其水質(zhì)狀況與相平衡原理相同，對產(chǎn)物水進行檢驗，以排除溶質(zhì)干擾。⑧膜工藝問題的標準擬定。依據(jù)膜污染問題的三

5、個物質(zhì)原因制訂三個指標：金屬離子指標，有機物指標，和微生物指標。相應的實驗設(shè)計為：1.利用螯合滴定法對原水和產(chǎn)物水的硬度進行測定，比較產(chǎn)物水和藥典規(guī)定項下的離子檢測結(jié)果。 2.非揮發(fā)物測定。由于有機物主要以非揮發(fā)物的形式表現(xiàn)出來，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物含量。3.微生物指標。原水經(jīng)過常規(guī)消毒滅菌后，仍有微生物存在。在膜組件工作過程中，微生物一般從組件前端開始，逐漸蔓延到這個純化水系統(tǒng)。由于微

6、生物沒有揮發(fā)性，經(jīng)過相平衡原理純化后，水基本可以達到無菌，這早已被傳統(tǒng)工藝的應用所證實。 結(jié)果：①基礎(chǔ)理論的驗證實驗結(jié)果。實驗數(shù)值表與理論產(chǎn)量數(shù)值表在15％精度以內(nèi)是符合的；②水質(zhì)量檢驗實驗結(jié)果。除CO2以外，其他指標都已經(jīng)達到2005版中國藥典純化水項下規(guī)定的要求；③指標實驗結(jié)果。1.原水硬度測量結(jié)果為166mg/L，產(chǎn)物水的硬度檢驗結(jié)果為0 mg/L。產(chǎn)物水相應的離子檢測結(jié)果為：Ca2+在10-6mol/L，限度以內(nèi)檢測不到

7、，Mg2+在10-3mol/L限度以內(nèi)檢測不到，Cl-在10-6mol/L限度內(nèi)檢測不到，Ba2+在10-6mol/L限度內(nèi)檢測不到，Mn2+在10-8mol/L限度內(nèi)檢測不到，S042-在10-5mol/L限度內(nèi)檢測不到。2.原水非揮發(fā)物的測定結(jié)果為：原水645 mg/L，產(chǎn)物水2 mg/L。 結(jié)論：由于傳熱學的理論計算誤差最大允許達到20％，因此可以認為理論預測和實驗結(jié)果在實驗要求的精度內(nèi)是符合的。相平衡原理和膜技術(shù)的實現(xiàn)技