中空纖維超濾膜組件設計要點CAD

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。中空纖維超濾膜組件設計要點，CADMOTIANMOTIANHollow Fiber UF Membrane Module and Device中空纖維超濾膜組件及裝置山東招遠膜天集團有限公司SHANDONG ZHAOYUAN MOTIAN GROUP CO.，LTD 公司地址：山東省招遠市溫泉路132號 TEL：+86-535-8118510 +86-535-8118511FAX：+86-535-8112404E-mail:motian膜天超濾膜技術：超濾膜技術是一種以篩分為分離原理，以壓力為推動力，實

2、現(xiàn)機械分離的膜分離過程，它廣泛應用于物質的分離、濃縮和提純。中空纖維超濾膜是以高分子材料采用特殊工藝制成的不對稱半透膜。它呈中空毛細管狀（或中空纖維狀），管壁密布微孔，在壓力的作用下，原液在膜內或膜外流動，其中的溶劑或小分子可以透過膜，經過收集而成為超濾液，而其中的大分子物質（蛋白質、各類酶、核酸、多糖等）以及膠體粒子（乳膠、微粒子）、細菌等被截留在膜外，被循環(huán)流動的原液帶走而成為濃縮液，從而達到物質的分離、濃縮和提純的目的。采用超濾膜來實現(xiàn)物質的分離、濃縮和提純具有以下顯著特點：a、超濾過程無相態(tài)轉化，常溫操作，節(jié)約能源，對分離物不產生任何污染。對熱敏性物質（如生物制品、菌體、蛋白質等）的分

3、離尤為適宜。b、超濾膜耐化學藥品侵蝕，PH適應范圍廣。c、超濾分離過程簡單、操作運轉簡便、維護費用少、清洗簡單。d、中空纖維超濾膜裝填密度大、有效膜面積最大，超濾分離過程簡單。膜分離技術以其節(jié)能效果顯著、設備簡單、操作方便、容易控制而受到廣大用戶的普遍歡迎。選擇適當?shù)哪し蛛x過程，可替代鼓式真空過濾、板框壓濾、離心分離、溶媒抽提、吸附、再生、絮凝、共聚、沉淀、蒸發(fā)等多種傳統(tǒng)的分離與過濾方法。專家預言，在本世紀，膜技術以及膜技術與其它技術的集成技術將在很大程度上取代目前采用的傳統(tǒng)分離技術，達到節(jié)能降耗、提高產品質量的目的，極大地推動人類科學技術的進步，促進社會發(fā)展。膜技術的應用將廣泛涉及到化學工業(yè)

4、、石油與石油化工、生物化工、環(huán)境工程、冶金、食品、電子、醫(yī)藥、醫(yī)療等諸多行業(yè)。選用膜分離技術是您的低成本解決方案。膜分離過程不僅為液體的凈化提供了一條極為簡便、有效的途徑，而且他能提高產品的回收率，從而在增加效益的同時，減少了產品在廢水中的流失，符合清潔生產工藝的要求與規(guī)范。因此其應用受到世界各國政府特別是環(huán)保當局的重視與推廣。附圖1膜透過原理圖及過濾流動方式示意圖膜天超濾膜產品：膜天公司是國內最早生產和開發(fā)超濾膜的生產企業(yè)之一，已有十余年的生產歷史，公司擁有國內最先進的中空纖維超濾膜生產線和生產技術，產品品種齊全，質量穩(wěn)定，售后服務完善。膜天超濾膜具有多種不同材料、截留分子量和結構形式的產品

5、。既可以提供標準化的超濾膜產品，也可以根據(jù)用戶的指定生產加工特殊的膜產品，以滿足不同行業(yè)和不同用戶的需要。公司系列超濾膜產品材質包括：聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯等。聚砜中空纖維超濾膜具有耐酸堿性能優(yōu)良、透水性能適中、截留分子量范圍廣等優(yōu)點，有內、外壓之分，其外壓型超濾膜具有截留分子量低、膜截留性能穩(wěn)定等優(yōu)點，特別適用于濃縮分離及無熱源水制備等工藝。聚丙烯腈中空纖維超濾膜，屬于親水性膜，透水性能優(yōu)良，膜的截留分子量穩(wěn)定，耐酸堿性適中，耐溶劑性能良好，廣泛應用于一般水的凈化處理。聚偏氟乙烯中空纖維膜耐酸堿性能良好、膜的韌性好、膜表面光滑、抗吸附污染性好、易于清洗，較適用于抗污染的行業(yè)應用。超濾膜主

6、要技術指標： 膜品種項目聚 砜（PS）聚丙烯腈（PAN）聚偏氟乙烯（PVDF）截留分子量6000200006700050000100000結構形式及過濾方式中空纖維 外壓中空纖維及毛細管 內壓纖維內/外徑（mm）0.20/0.400.8-1.0/1.2-1.5最高使用溫度（）4550PH值范圍2-132-102-13附：中空纖維膜照片21膜天超濾膜組件：膜天公司超濾膜組件依據(jù)不同行業(yè)的需要生產標準型超濾膜組件和大型膜組件兩大類。標準型超濾膜組件：系根據(jù)國家行業(yè)標準組裝的膜組件，它即可以成為您新系統(tǒng)的一部分，也可以替換原有的膜系統(tǒng)。標準型超濾膜組件殼體材料采用透明有機玻璃管、ABS或不銹鋼，端蓋

7、、螺筒和中心管為ABS或不銹鋼，封頭樹脂為環(huán)氧樹脂，導流網為聚乙烯或聚丙烯。適用于中小型裝置。標準型膜組件示意圖： 外壓式膜組件圖外壓式組件，原液從一端經中心分配管進入，在組件內徑向輻射狀流動；部分原液在壓差作用下透過中空纖維膜壁進入內孔成為超濾液，再經集流從組件另一端流出；其余原液從兩側的濃縮口流出。內壓式膜組件圖內壓式膜組件，原液在一定壓力下通過膜管（中空纖維膜）的內側，其中溶劑和小分子溶質透過膜壁經收集而成為超濾液，原液中的高分子物質以及膠體粒子被阻止在膜表面，被循環(huán)的原液帶走而成為濃縮液。端面示意圖大型膜組件：是專為大規(guī)模水處理工程開發(fā)的具有產水量大、耐壓、耐污染等優(yōu)點的大型超濾膜組件

8、，殼體材料采用UPVC和不銹鋼，封頭樹脂為環(huán)氧樹脂，導流網為聚乙烯或聚丙烯。適用于大型裝置。附圖標準型超濾膜組件主要技術指標：型號截留分子量（MW）99外形尺寸（mm）膜材質初始產水量（L/hr）25(0.1MPa)純水工作壓力（MPa）工作溫度()耐PH值膜面積（m2）UF1OB8S6000/2000080*800PS或PVDF150/200(0.2MPa)0.305-452-1311.0UF1OB8L80*1100250/300(0.2MPa)22.0UF1OB9L90*1100300/400(0.2MPa)28.0UF1IB8S67000、10000080*8005000.304.0UF

9、1IB8L80*11007006.0UF1IB9L90*11008007.0UF2IB8L5000080*1100PAN8002-106.0UF2IB9L90*11009007.0大型膜組件主要技術指標：型號截留分子量(MW)外形尺寸（mm）膜材質初始產水量（L/hr）25(0.1MPa)純水工作壓力（MPa）工作溫度()耐PH膜面積（m2）UF1IB10-0550000、67000、100000101*1100PS、PVDF/PAN11000.305-45 2-13/2-1015.0UF1IB125L125*1092160016.0UF1IB160S67160*1090250025.0UF1

10、IB160L160*1500330033.0UF1IB200S220*1090500050.0UF1IB2OOL220*1500700070.0注：UF1IB10-05為不銹鋼外殼膜組件運轉參數(shù)：膜 組 件 使 用 條 件類別項目 大型膜組件(B125)標準型膜組件(UF1IB9L)最高進水顆粒5um5um最高進水懸浮物5mg/L5mg/LPH值范圍2-132-13運行溫度5-455-45運行方式錯流過濾，反洗和其他清洗錯流過濾，反洗和其他清洗清洗水超濾水超濾水最大進水壓力0.3Mpa0.3Mpa最大透膜壓差0.2 Mpa0.2Mpa水處理過程設計條件項目 類別大型膜組件(B125)標準型膜組

11、件(UF1IB9L)過濾水通量(L/h)（初始值/設計值）（建議）地下水地表水純水終端地下水地表水純水終端1600/8001600/7001600/1000800/500800/400800/600反洗壓力0.2Mpa0.2Mpa運行濃水流量150L/m2·hr150L/m2·hr反洗頻率2-8小時2-8小時反洗時間30-60s30-60s化學清洗藥 劑清洗頻率根據(jù)需要根據(jù)需要清洗藥品檸檬酸（或HCl）；NaOH+NaClO 檸檬酸（或HCl）；NaOH+NaClO中空纖維透膜壓差=（給水壓力+濃水壓力）/2-超濾水壓力注：以上設計條件僅針對于一般自來水、深井水等的水處理過

12、程，其他膜過濾過程請咨詢膜天公司技術部門。膜組件建議安裝推薦方法：1、組件直立，并聯(lián)組裝，液體由膜組件的下端進入，以利于空氣的排放。2、大型的超濾設備應安裝高低壓保護以及采用變頻供水，使水壓逐漸上升避免沖擊。3、對于大型的超濾裝置宜單設清洗系統(tǒng)，清洗用水可采用超濾水儲罐。4、使用錯流過濾要采用濃水循環(huán)方式，每支膜的濃水應為產水的2.5-3倍，濃水排放為進水的1/8-1/10。5、也可采用全過濾方式，但要試驗決定其反洗周期。超濾膜使用注意事項：1、超濾膜必須按規(guī)定壓力及溫度運行，超壓超溫運行必然引起膜材的蠕變、破裂而損壞。2、由于被膜截留的物質在膜表面沉積，引起超濾速率與截留性能的下降，因此超濾

13、裝置必須有等壓清洗、反沖洗和化學清洗系統(tǒng)。3、由于被處理的水溶液對膜污染的程度不同，實際過濾溶液的超濾速率遠低于出廠時的所標定的純水超濾速率，因此對特殊的溶液處理時，膜的設計超濾速率應根據(jù)實驗確定。4、操作時必須保持平穩(wěn)的升降壓，驟然的升降壓易使樹脂封頭脫落或使纖維斷裂。影響超濾速率的常見規(guī)律：1、低濃度溶液超濾速率快，濃縮過程中隨著濃縮倍數(shù)的增加，超濾速率下降。（如：酶的濃縮）2、溶液中同時含有幾種溶質時，分子量小的溶質濾速快，大分子的物質的存在可能會在膜面形成動態(tài)膜而影響小分子的透過速率，長鏈分子較球形分子易透過膜。3、料液流速高時通量大；料液溫度高時，通量大，但溫度不能超過454、壓力增

14、高不一定能提高流速，但溶液濃度極稀時，或用于純水超純水制備行業(yè)時，壓力增高可提高水通量。膜組件安裝尺寸：規(guī)格ABD0D1D2D3UF1OB8S618800T50×325T50×325UF1OB8L9181100T50×325T50×325UF1OB9L9101100T50×329T50×329UF1IB1609781258T70×340T59.5×347.5UF1IB125L安裝尺寸：UF1IB10-05不銹鋼膜組件安裝尺寸：膜組件清洗常用方法：在超濾過程中，由于分離物質及其他雜質在膜面會逐漸積聚，對膜造成污染和堵

15、塞，因此膜的清洗是超濾系統(tǒng)中不可缺少的操作步驟，膜的有效清洗是延長膜使用壽命的重要手段。膜的清洗方法有化學清洗、物理清洗兩大類。超 濾 膜 常 用 的 清 洗 方 法物理清洗法等 壓清洗法即關閉超濾水閥門，打開濃縮水出口閥門，靠增大流速沖洗膜表面，該法對去除膜表面上大量松軟的雜質有效。注：化學清洗時即利用化學藥品與膜面雜質進行化學反應來達到清洗膜的目的。選擇化學藥品的原則：1、不能與膜及組件的其他材質發(fā)生任何化學反應。2、選用的藥品避免二次污染。高純水清洗法由于水的純度增高，溶解能力加強。清洗時可先利用超濾水沖去膜面上松散的污垢，然后利用純水循環(huán)清洗。反 向清洗法即清洗水從膜的超濾口進入并透過

16、膜，沖向濃縮口一邊，采用反向沖洗法可以有效的去除覆蓋層，但反沖洗時應特別注意，防止超壓，避免把膜沖破或者破壞密封粘接面?；瘜W清洗法酸溶液清 洗常用溶液有鹽酸、檸檬酸、草酸等，調配溶液的PH=2-3利用循環(huán)清洗或者浸泡0.5h-1h后循環(huán)清洗，對無機雜質去除效果較好。堿溶液清 洗常用的堿主要有NaOH，調配溶液的PH=10-12左右，利用水循環(huán)操作清洗或浸泡0.5h-1h后水循環(huán)清洗，可有效去除雜質及油脂。氧化性清洗劑利用1%-3%H2O2、500-1000mg/L NaClO等水溶液清洗超濾膜，可以去除污垢，殺滅細菌。H2O2 和NaClO是常用的殺菌劑。加 酶洗滌劑如0.5%-1.5%胃蛋白

17、酶、胰蛋白酶等，對去除蛋白質、多糖、油脂類污染物質有效。膜組件的保存：組件短期貯存1-3天（根據(jù)環(huán)境溫度決定），可不加任何藥品，在組件中注滿超濾水存放即可；組件長期存放，把組件清洗干凈，膜組件內的存液放干凈，然后根據(jù)不同行業(yè)選用適當?shù)姆栏瘎?，?%甲醛加10-15%甘油溶液注滿組件；如在冬季存放，可適當增加甘油比例。一般：0 -5為10%；-6- -10為20%；-11 -15為30%；-16以下為50%。注：膜組件存放時，決不允許干態(tài)存放。膜天超濾裝置：膜天標準的超濾裝置采用不同截留分子量和不同材質膜元件并列組裝而成，按照膜組件的不同形式分為：內壓式超濾裝置和外壓式超濾裝置。裝置機電儀一體，

18、設計有手動和自動清洗兩種操作供選用。其單機產量從1t/h40t/h多種規(guī)格。并可按用戶特殊要求單獨設計定制。附：超濾設備圖中空纖維超濾裝置規(guī)格、性能表：型號產水量（t/h）電機功率（kw）膜元件數(shù)量（支）外形尺寸(mm)UF1EIB8-110.253770*440*1320UF1EIB8-220.256810*570*1330UF1EIB8-331.58800*560*1338UF1EIB9-551.58980*790*1720UF1EIB9-10103121250*790*1720UF1EIB125-20203162200*1280*1750UF1EIB125-40403323040*172

19、0*1750UF1EOB8-110.256810*570*1330UF1EOB8-221.58800*560*1338UF1EOB9-331.58980*790*1720UF1EOB9-553121250*790*1720膜技術應用：A：超純水方面的應用工業(yè)用水的初級純化 超純水制備中水的預處理海水，苦咸水淡化的預處理 超純水終端處理（如電子行業(yè)電子管、顯像管超純水終端處理）B：食品飲料工業(yè)應用飲料、飲用水的凈化 礦泉水的澄清制備果汁的澄清與分離 低度白酒除濁凈化食品加工與有價物質的回收 蛋白的去除糖業(yè)應用C：發(fā)酵工業(yè)應用生化發(fā)酵液分離與精制 酶的濃縮與精制D：醫(yī)藥工業(yè)的應用醫(yī)院各級用水的處理

20、 中藥提取液分離與精制血液制品分離與精制 醫(yī)用無菌水與注射用水除熱源E:環(huán)保領域的應用工業(yè)廢水的深度處理 城市及工業(yè)污水的中水回用廢水中有用物質的回收A超濾膜在超純水生產中的典型應用實例：中空纖維超濾膜在超純水生產中的應用目前我國的電子工業(yè)、高壓鍋爐補給水、制藥等超純水生產中，已廣泛應用了反滲透技術，但是反滲透裝置對供水質量要求比較高，以超濾代替?zhèn)鹘y(tǒng)的處理工藝，可以把原水的FI值由8-10降為0-1，對水中的懸浮物、膠體有機物和菌類的去除是其他預處理工藝難以達到的。超濾透過水完全可以達到反滲透的進水要求。中空纖維超濾裝置已經成為超純水制備裝置中關鍵設備之一，它即可作為預處理手段，清除膠體和雜質

21、，以減輕這些雜質對離子交換和反滲透的影響，提高離子交換系統(tǒng)和反滲透單元出水質量與再生經濟效果；也可用在終端過濾上，能有效控制微粒和細菌數(shù)量。采用截留分子量67000聚砜中空纖維超濾膜應用于中國華晶電子集團公司超純水生產中取得了非常好的效果。該中空纖維膜幾何尺寸為：外徑1.2mm，內徑0.8mm。其結構為雙排指狀結構，這種結構提供了良好的纖維自支撐性能，測得爆破壓力為1MPa。附：中國華晶電子集團公司試驗結果：在中國華晶電子公司無錫工廠引進的我公司超純水生產裝置中進行了現(xiàn)場應用試驗，進口水壓控制在0.10.11MPa，進水電阻率約在17M.cm(25)，此時壓力0.1MPa，25出水流量為110

22、0L/h，表1結果表明，組件在高純水中進行，電阻率下降0.5 M.cm(25)，并可有效脫除微粒和細菌。表1 超濾前后的水質測試結果 測試項目分析結果超濾入口水超濾出口水Na（x10-9）0.290.34SiO2（x10-9）4.73.2微粒(>1m)(個/ml)19.00.76電導率（s/cm）0.0580.059電阻率（M.cm）17.2416.95細菌（個/ml）230B超濾膜在食品飲料工業(yè)中的典型應用超濾膜在果汁和飲料澄清中的應用澄清是果汁或飲料生產的關鍵工序之一。果汁或飲料中的混濁狀復合膠體微粒，必須采用澄清工藝達到分離去除的目的。引起果汁或飲料渾濁、沉淀的原因比較復雜。由于果

23、汁或飲料中存在單寧、多酚類物質、蛋白質、金屬離子及其它膠體物質等，單寧、多酚類物質和蛋白質結合；金屬離子和蛋白質、膠體物質結合；單寧、蛋白質等物質自身聚集等均可產生混濁沉淀。要澄清果汁或飲料，應從杜絕其發(fā)生沉淀的原因著手。當前，采用超濾法澄清果汁或飲料是一種非常行之有效的方法：超濾法是利用膜孔選擇性篩分作用，在壓力驅動下，把溶液中的微粒、懸浮物、膠體和高分子等物質與溶劑和小分子溶質分開，得到澄清透明的產品，是一種純物理性的分離方法，它不會對原液造成任何的污染。同時由于超濾操作在常溫下進行，因而澄清果汁時，可最大限度地保存C等對熱敏感的營養(yǎng)、風味物質。同時具有速度快、時間短的優(yōu)點。超濾還有非常好

24、的脫色和除菌效果。C超濾膜在發(fā)酵工業(yè)中典型應用實例：生物發(fā)酵液的分離純化 在以生物化學和生物發(fā)酵為主要生產工藝的醫(yī)藥產品生產中，例如：酶制劑、農用抗生素、檸檬酸、生物發(fā)酵制劑，釀造產品等，作為半成品的發(fā)酵液和成品的液體型產品中，可能存在眾多可能影響生產控制和成品品質的菌體、蛋白，有機抗體和無機離子，這些物質的存在輕則影響產品的純度，重則產生污染導致產品報廢。目前，大多數(shù)發(fā)酵液的除菌過濾仍采用板框、轉鼓、離心機等分離設備，或采用絮凝沉降，加熱及等電點沉淀等方法。通常這些方法只能將發(fā)酵液中的菌絲體、固體雜質等固體物予以分離，而無法將發(fā)酵液中大量存在的可溶性蛋白、大分子有機物等予以分離，而這些液態(tài)形

25、式存在的雜質又是對后序工藝提取難度和最終成品質量與回收率影響最大的因素之一。膜分離技術以其特有的分離優(yōu)勢，已經成為解決這一難題的最佳途徑之一。 發(fā)酵產品中通常含有的需要去除的物質組成情況可參見表 1。需去除物分子量尺寸選用設備菌體=100-10000MF UF膠體10-1000MF UF蛋白質5000-1000000UF多糖10000-1000000UF酶5000-1000000UF生物藥品和生物化學藥品的常規(guī)膜分離工藝流程如下所示：生產原液-微濾除菌去濁-超濾濃縮采用截留分子量6000超濾膜進行濃縮分離，具有以下明顯的優(yōu)越性：1、在常溫下操作，克服了熱對發(fā)酵產品質量的影響，而且收率高。2、能耗低，操作簡單，運行簡便。3、與真空蒸發(fā)法、溶劑萃取法、鹽析沉淀相比，可節(jié)省生產成本。4、生產的酶制劑純度提高，除去了小分子雜質。D超濾膜在醫(yī)藥工業(yè)中典型應