分离工程第五章资料讲解.pptVIP

5.12 膜组件 表：个种膜组件特性和应用比较 膜组件 比表面积 m2/m3 设备费 操作费 膜面吸附层控制 应用 管式 20-30 极高 高 很容易 UF，MF 平板式 400-600 高 低 容易 UF，MF，PV 螺旋管式 800-1000 低 低 难 RO，UF，MF 毛细管式 600-1200 低 低 容易 UF，MF，PV 中空纤维式 -10000 很低 低 很难 RO，DS 5.13 膜操作特征 浓度(凝胶)极化模型 适应范围：反渗透、超滤和微滤。 浓度极化模型：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高，见图。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象谓之浓度极化或浓差极化(concen-tration polarization)。 凝胶极化模型：膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。即使分离含有菌体、细胞和其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。这种现象谓之凝胶极化(gel polarization)。 意义 5.14 膜渗透通量的影响因素 1、操作形式 终端过滤(Dean-end filtration) 错流过滤(cross flow filtration, CFF)： 2、流速： 流速对透过通量的影响反应在传质系数上，传质系数k, 对于圆型管路的层流液(Re 1800)为: 对于圆型管路的层流料液(Re 4000)，可用下式计算传质系数: L：膜管的长度(m)， d：膜管经(m)， ?l：料液密度(kg/m3)。 k：从入口到管长为L处的平均传质系数(m/s) Sh：Sherwood准数，u：流速(m/s),?l：料液黏度(Pa s) 5.14 膜渗透通量的影响因素 意义：k随流速的增大而提高；因此，流速的增大，透过通量增大。 适合条件：对蛋白质溶液以及小分子有效，但对细胞和胶体粒子的悬浮液无效。Why? 无效性原因： A、错流过滤使凝胶层剥离和流动，从而实际的凝胶层比凝胶极化模型的计算值小； B、菌体物理性质(形状,大小,硬度和填充物等)和生物性质(粘性物质,c膜, 壁结构成分,自溶等)不同 5.14 膜渗透通量的影响因素 3、压力 A、当?p小, 无浓度极化层, Jv与?p成正比, 此时用： B、当?p大,有浓差极化, Jv的增长速率减慢, 此时用 C、当?p继续增加时，形成凝胶层，且厚度随压力的增大而增大，所以Jv不再随?p的增加。此时的Jv为此流速下的极限值(Jlim)，用方程： D、Jlim随料液浓度?而?，随流速(搅拌速度) ?而?。 5.14 膜渗透通量的影响因素 4、料液浓度 A、从方程知，Jv与-ln(cb-cp)呈线形关系，随cb的增大而减小。实验证实这一结论。 B、当cb=cg时，Jv=0，利用 和稳态操作的条件下的Jv与cb的关系数据，可推算溶质形成凝胶层浓度cg C、当料液含有多种蛋白质时，与单组分相比，总蛋白质浓度升高；因此，透过通量下降。从另一角度来看，由于其他蛋白质的共存使蛋白质的截留率上升。 5.15 超滤操作方式 浓缩: A、开路循环 B、闭路循环 C、连续操作 5.15 超滤操作方式 洗滤(Dia-filtration)： 目的以除去菌体和高分子溶液中的小分子溶质 在洗滤过程中，向原料液罐连续加入水或缓冲液，如保持料液量和透过通量不变，则目标产物和小分子溶质的物料蘅算方程是 s0：溶质初始浓度， V：料液体积， s：洗滤后的溶质的浓度， VD：加水或缓冲液的体积， Rs：小分子溶质的截留率。 5.15 超滤操作方式 洗滤(Dia-filtration)： 意义： 料液体积V越小，所需VD越小。因此，洗滤前首先浓缩稀料液可减少洗滤液的用量。但浓缩后，目标产物浓度增大透过通量下降。所以，存在最佳料液浓度，使洗滤时间最短。 5.17 膜的污染和清洗 膜污染(membrane fouling)---最大问题 原因： A、凝胶极化引起的凝胶层，阻力为Rg； B、溶质在膜表面的吸附层，阻力为Ras； C、膜孔堵塞，阻力为Rp； D、膜孔内溶质吸附，阻力为Rap； 因此，透过通量方程： 可见，膜污染不仅造成透过通量大幅度 ，而且影响产物的回收率。? 5.17 膜的污染和清洗 膜清洗 A、试剂：水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等。 B、原则：去污能力好，对膜无损害，成本最低。 C、方法：反向清洗，试剂置换，化学降解消化。 E、预防：膜的预处理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液预处理(调p