超濾微濾復(fù)習(xí)進程

1、超濾微濾4.2 超濾膜及超濾膜及傳質(zhì)機理傳質(zhì)機理 超濾膜超濾膜:為非對稱性膜,膜孔徑為1 20nm,能夠截留分子量500以上的大分子和膠體微 粒,操作壓力一般為0.10.5MPa。目前,常用的膜材料有醋酸纖維、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚偏氟乙烯等。v篩子模型wgmpJRR1bswpcJJc溶劑的滲透通量：溶質(zhì)的滲透通量：水的滲透通量：v細孔模型2222481 6119211pwsFpssFpprJPrSrrrSrr 4.3 濃差極化濃差極化 在超濾分離過程中,膜截留下來的溶質(zhì)粒子在膜前積累,使膜表面溶質(zhì)濃度逐漸高于原料液主體溶質(zhì)濃度,在此濃度差為推動力的作用下,溶質(zhì)便從膜表面向料液主體擴散,形

2、成 具有濃度梯度的邊界層,這就是超濾過程的濃差極化。當(dāng)這種擴散的溶質(zhì)通量與隨著溶劑到達膜表面的溶質(zhì)通量相等時,即達到動態(tài)平衡。由于濃差極化,膜表面處溶質(zhì)濃度高,會導(dǎo)致溶質(zhì)截留率的下降和滲透通量的下降。當(dāng)膜表面處溶質(zhì)濃度達到飽和時,在膜表面形成凝膠層,使溶質(zhì)截留率增大,但滲透率顯著減小。4.4 影響滲透通量的因素影響滲透通量的因素 操作壓力 壓差是超濾過程的推動力,對滲透通量產(chǎn)生決定性的影響。一般情況下,在壓差較小的范圍內(nèi),滲透通量隨壓差增長較快;當(dāng)壓差較大時,隨壓差的增加滲透通 量增長逐漸減慢,且當(dāng)膜表面形成凝膠層時,滲透量趨于定值不再隨壓差而變化,此時的滲透通量稱為臨界滲透通量。實際超濾操作

3、壓力應(yīng)接近臨界滲透通量時的壓差,若壓差過高不僅無益而且有害。 料液流速 濃差極化是超濾過程不可避免的現(xiàn)象,為了提高滲透通量,必須使極化邊界層盡可能的小。目前,超濾過程采用錯流操作,即加料錯流流過膜表面,可清除一部分極化邊界層。為了進一步減薄邊界層厚度,提高傳質(zhì)系數(shù),可增加料液的流速和湍流程度, 這種方法與單純提高流速相比可節(jié)約能量,降低料液對膜的壓力。實現(xiàn)料液端動的方法有在 流道內(nèi)附加帶狀助湍流器、脈沖流動等。 溫度 料液溫度升高,粘度降低,有利于增大流體流速和湍動程度,減輕濃差極化,提高傳質(zhì)系數(shù),提高滲透通量。但溫度上升會使料液中某些組分的溶解度降低,增加膜污染,使?jié)B透通量下降,如乳清中的鈣

4、鹽;有些物質(zhì)會因溫度的升高而變形,如蛋白質(zhì)。因此,大多數(shù)超濾應(yīng)用的溫度范圍為3060。牛奶、大豆體系的料液,最高超濾溫度不超過5560。 截留液濃度 隨著超濾過程的進行,截留液濃度不斷增加,極化邊界層增厚,容易形成凝膠,會導(dǎo)致滲透通量的降低。因此,對不同體系的截留液濃度均有允許最大值。如顏料和分散染料體系,最大截留液濃度為30%50%,多糖和低聚糖體系,最大截留液濃度 為1%10%等。4.5 超濾過程的工藝流程超濾過程的工藝流程 超濾的操作方式可分為重過濾和錯流過濾兩大類。重過濾是靠料液的液柱壓力為推動力,但這樣操作濃差極化和膜污染嚴(yán)重,很少采用,而常采用錯流操作。錯流操作工藝流程又可分為間歇

5、式和連續(xù)式。 間歇式間歇式 常見的間歇式流程見圖。圖中(a)為間歇操作開式回路流程,將一批料液加入貯槽,用泵加壓后送往膜組件,使之連續(xù)排出透過液,濃縮液則返回槽中與貯槽中原料液 混合后送往膜組件。如此循環(huán)操作,直到濃縮液濃度達到預(yù)定值為止。這種流程操作簡單, 濃縮速度快,所需膜面積小,但全循環(huán)時泵的能耗高。為了降低能耗,可采用部分循環(huán)操作,如圖(b)所示為間歇操作閉式回路流程。間歇操作通常在實驗室中和小型中試廠使用。 截留液全循環(huán)截留液部分循環(huán) 連續(xù)式連續(xù)式 連續(xù)式超濾過程是指料液連續(xù)不斷加人貯槽和產(chǎn)品的不斷產(chǎn)出?？煞譃閱渭壓投嗉?。單級連續(xù)式操作過程的效率較低,一般采用如圖所示的多級連續(xù)式操作

6、。將幾個循環(huán)回路串聯(lián)起來,每一個回路即為一級,每一級都在一個固定的濃度下操作,從第一級到最后一級濃度逐漸增加。最后一級的濃度是最大的,即為濃縮產(chǎn)品。多級操作只有最后一級在高濃度下操作,滲透通量低,其他級操作濃度均較低,滲透通量相應(yīng)也較大,因此級效率高;而且多級操作所需的總膜面積較小。它適合在大規(guī)模生產(chǎn)中使用,特別適用于食品工業(yè)領(lǐng)域。單段連續(xù)操作多段連續(xù)操作4.5 超濾技術(shù)的應(yīng)用超濾技術(shù)的應(yīng)用 超濾的工藝應(yīng)用可分為三種類型：濃縮、小分子溶質(zhì)的分離、大分子溶質(zhì)的分級。絕大部分的工業(yè)應(yīng)用屬于濃縮這個方面,也可以采用與大分子結(jié)合或復(fù)合的辦法分離小分子溶質(zhì)。前面在講述反滲透技術(shù)應(yīng)用時提到超濾與反滲透結(jié)合

7、可回收干酪乳清蛋白、分離油水乳液、處理生活廢水。下面介紹超濾技術(shù)在其他方面的應(yīng)用。(1)回收電泳涂漆廢水中的涂料回收電泳涂漆廢水中的涂料 世界各國的汽車工業(yè)幾乎都采用電泳涂裝技術(shù)給汽車車身上底漆,該技術(shù)也被用在機電工業(yè)、鋼制家具、軍事工業(yè)等部門。在金屬電泳涂漆過程中,帶電荷的金屬物件浸入一個裝有帶相反電荷涂料的池內(nèi)。由于異電相吸,涂料便能在金屬表面形成一層均勻的涂層,金屬物件從池中撈出并用水洗除隨帶的涂料,因而產(chǎn)生電泳漆廢水?？刹捎贸瑸V技術(shù)將廢水中的高分子涂料及顏料顆粒截留下來,而讓無機鹽、水及溶劑穿過超濾膜除去,濃縮液再回到電 泳漆貯槽循環(huán)使用,透過液用于淋洗新上漆的物件。(2) 酶制劑的生

8、產(chǎn)酶制劑的生產(chǎn) 酶是一種具有高度催化活性的特殊蛋白質(zhì)。相對分子質(zhì)量在1萬10萬之間。采用超濾技術(shù)處理粗酶液,低分子物質(zhì)和鹽與水一起透過膜除去,而酶得到濃縮和精制。目前超濾已用于細菌蛋白酶、葡萄糖苷酶、凝乳酶、果膠酶、胰蛋白酶、葡萄糖氧化酶等的分離。與傳統(tǒng)的鹽析沉淀和真空濃縮等方法相比,采用超濾法提高可酶的回收率,防止酶失活,而且可簡化提取工藝,降低操作成本。下圖所示為糖化酶超濾濃縮流程示意圖。糖化酶發(fā)酵液加2%酸性白土處理,經(jīng)板框壓濾,除去培養(yǎng)基等雜質(zhì),澄清的濾液經(jīng)過過濾器壓入循環(huán)槽進行超濾濃縮。透過液由超濾器上端排出,循環(huán)液中糖化酶被超濾膜截留返回循環(huán)液貯槽循環(huán)操作,直至達到要求的濃縮倍數(shù)。

9、第五章第五章 微濾微濾微濾（微濾（MF）是利用微孔膜孔的篩分作用，在靜）是利用微孔膜孔的篩分作用，在靜壓差的推動下，將濾液中大于膜孔徑的微粒、細壓差的推動下，將濾液中大于膜孔徑的微粒、細菌及懸浮物質(zhì)等截留下來，達到除去濾液中微粒菌及懸浮物質(zhì)等截留下來，達到除去濾液中微粒與澄清溶液的目的。與澄清溶液的目的。 微濾的孔徑：微濾的孔徑：0.0510 m，孔隙率達到，孔隙率達到70-80 操作壓差：操作壓差：0.010.2MPa5.1 微濾的基本原理微濾的基本原理（1）機械截留作用）機械截留作用 過篩作用過篩作用（2）物理作用或吸附截留）物理作用或吸附截留（3）架橋作用）架橋作用（4）網(wǎng)絡(luò)型膜的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用）網(wǎng)絡(luò)型膜的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用5.2 微濾傳質(zhì)機理及模型微濾傳質(zhì)機理及模型（1）孔模型）孔模型（2）擴展的濃差極化模型（擴展的擴散模型）擴展的濃差極化模型（擴展的擴散模型）（3）覆蓋層模型）覆蓋層模型Ruth方程方程5.3 微濾的應(yīng)用微濾的應(yīng)用迄今為止，微濾是所有膜分離過程中應(yīng)用最普遍、總銷售額迄今為止，微濾是所有膜分離過程中應(yīng)用最普遍、總銷售額最大。最大市場是制藥行業(yè)的過濾除菌。最大。最大市場是制藥行業(yè)的過濾除