第12章 膜分离.pptVIP

食品工程原理 第十二章 膜分离 定义：膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的单元操作过程。 发展：1746年Abbe Nollet揭示了膜分离现象，1865年Fick首次用硝基纤维素合成了人工膜；20世纪30年代开发出了微滤（Microfiltration MF），40年代渗析（Dialysis DL），50年代电渗析（Electrodialysis ED），60年代反渗透（Reverse Osmosis RO），70年代超滤（Ultrafiltration UF），80年代气体分离（Gas Sepration GP），90年代纳滤（Nanofiltration，NF）等相继投入实际应用。 特点：一般在常温下进行，过程不发生相变，不需外界引入物质，能量消耗小。 应用：浓缩和分离两方面，独特的优点是：保持食品风味，无污染，能耗低。主要用于蛋白质分离、果蔬菜汁的浓缩、饮料净化、纯水制造等。 第一节 膜及其膜分离器 一、分离膜 膜是指在一种流体相内或是在两种流体相之间的一层薄的凝聚相物质，它将流体相分隔为互不相通的两部分，并且能使两部分之间产生传质作用。该薄层称为膜（广义膜指两流体相之间的一个不连续区间），多为固相。 1、膜的特性 （1）膜不论多薄必须有两个界面，分别与两侧流体相接触； （2）膜应具有选择透过性。 2、膜的分类 按照膜的来源分为天然膜和合成膜；按照膜的结构分为多孔膜、均质膜、非对称性膜和复合膜等；按照膜的用途分为反渗透膜、超滤膜和离子交换膜等；按照膜的作用机理分为吸附性膜、扩散性膜和选择渗透性膜等；按照膜的材料分为高分子聚合物膜和无机分离膜。 3、分离膜的性能 工业应用的分离膜具备的基本条件是： （1）分离性能：要求对被分离的混合物具有选择透过能力，且分离能力要适度。 分离性能用溶质分离率表示： （2）透过性能：指溶剂的透过能力尽可能大，用透过速度表示： （3）物理、化学稳定性：耐热性、耐压性、耐酸碱性、抗氧化性、抗微生物性要好；机械强度高；亲水性（或疏水性）；寿命长等。用膜的衰减因数表示： 4、膜的渗透机理 （1）毛细管流动模型 溶质的截留主要依靠膜微孔结构的过滤或筛分作用。 （2）溶解扩散模型 溶剂分子先溶解于膜材料中，而后再扩散传递到另一侧。 二、膜分离器 应用膜分离时，首先要确定分离过程的装置。采用特定的方式使单位体积设备内具有最大的膜面积，同时要考虑到膜的维护、更换、清洗、原料的预处理、操作方便等问题。 各种膜分离装置主要包括：膜分离器、泵、过滤器、管路阀门、仪表等。其中膜分离器是将膜以某中形式组装在一个基本单元设备内，在外界推动力的作用下实现对混合物分离的器件，又称膜组件，为膜分离的核心部分。工业膜分离装置中，可能设置若干个膜组件，常用的膜组件形式有四种。 1、板框式膜组件 特点：组装方便，清洗容易，不易堵塞， 膜面积变化灵活；但密封边界长， 要求高，单位设备膜的填充密度小 （160～500m2/m3）。 2、圆管式膜组件（分内压、外压两种） 特点：组装维修方便，流动状态好；但 管膜制备难，管口密封困难，单位 设备膜的填充密度小 （30～300m2/m3）。 3、螺旋卷式膜组件 特点：结构紧凑，单位设备膜的填充密度大 （830～1600m2/m3）；但清洗不方便， 组件制作复杂，内部损坏不能更换。 4、中空纤维式膜组件 特点：结构紧凑，不需支撑材料，寿命长， 单位设备膜面积大（16000～30000m2/m3）； 但清洗不方便，流动阻力大，易堵塞， 内部损坏不能更换，对料液预处理要求高。 第二节 反渗透 一、反渗透过程的基本原理 1、渗透和反渗透 一种只能透过溶剂而不透过溶质的膜，称为半透膜。当把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）用半透膜隔开时，纯溶剂将自然穿过半透膜自发地向溶液（或从低浓度向高浓度）侧扩散流动，这种现象称为渗透。