生化工程设备-第二篇-第二章-过滤、离心与膜分离设备-第四节-膜分离设备分析报告.pptxVIP

第二篇 第二章 过滤、离心与膜分离设备;第四节 膜分离设备; 一、膜分离方法;; 生物工业中常用的膜分离过程有反渗透、超过滤和微过滤等。这三种分离方法都是以压力差为推动力，只是所用膜的孔径不同，截留粒子的大小不同。如果膜两侧溶液间的压力差大于渗透压，就会发生溶剂倒流，使得浓度较高的溶液进一步浓缩，这一 过程称反渗透。如果膜只阻挡大分子，而大分子的渗透压是不明显的，这种情况称作超滤。而以多孔细小薄膜为过滤介质，使不溶物浓缩过滤的操作为微滤?；按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作为超滤?；从溶液中分离出溶剂的膜分离操作为反渗透。;二、膜; 最初的过滤膜是用醋酸纤维材料制造的。这种膜透过速度大，截留能力强，适用于反渗透膜，且制造容易，原料来源广。但醋酸纤维膜耐热性和化学稳定性较差，使用温度不 能高于40℃，最适pH范围为3~6，否则会在强酸或中等程度碱液中水解，应用受到限 制。目前已开发的耐热性和pH适应性好的聚砜(Polysul fane)膜和聚醚砜( Polyither-sui fane)膜。使膜分离技术得到广泛的应用。;聚砜膜的成功，被认为膜分离技术的一个 突破，它具有以下优点： ①耐热性能好，通常使用温度可达80℃，聚隧枫为90℃; ②pH范围宽，可连续在pH=1~13的范围内使用，有利于酸洗或碱洗: ③耐氯能力强， 短期清洗时，耐氯量可高达200mg/kg，长期贮存时，可达50mg/kg; ④孔径范围宽，孔径可在(1~20) *10-3μm范围内变化，相当于截留相对分子质量从1000~500000的范围，适用超滤膜，不宜制作反渗透膜或微滤膜。聚砜膜的主要缺陷点是允许操作压力较低，对于平板膜不超过0.7MPa，中空纤维膜为0.17MPa.另外，还有聚丙烯腈膜、聚烯烃膜等。表2-2-13给出了几种常用膜的适用范围。; ;1.孔径分布;由式(2-2-55)可计算孔径：;2.透水率;三、膜分离过程;3.截留率;;; 四、膜分离设备;(一)板式膜过滤器; 图2-2-23所示为圆形滤膜板组装成的膜分离装置。过滤板被分成若干组，用不锈钢隔板分开，各组之间液流的流向是串联的，每一组内过法板间的液流向是并联的。由 于料液经过每一组过滤板透过部分液体，液流量不断减 小，每组板的数量从进口到出口依次减少，膜板中心带有小孔的透过液管与滤板的沟槽连通，透过液即由此管流 出。为了增加液流的i白流程度和降低浓差极化，在膜面上装有导流板，导流板上带有螺旋流道，导流板常用苯乙 烯薄片经真空模压而成。板式膜装置保留体积小，但死角多。 ;(二)管式膜过滤器;由瑞士Sulzer公司生产的管式动态压力膜过滤器，由内外两圆筒组成，圆筒上覆有超滤膜，内圆筒旋转以减少浓差极化，如图2-2-25所示。 管式膜分离装置结构简单，适应性强，清洗安装方便，单根管子可以更换，耐高压，无死角，适宜于处理高黏度及团体含量较高的料液，比其他形成应用更为广泛，其不足是保留体积大，压力降大，单位体积所含的过滤面积小。;(三)中空纤维式膜分离器; 中空纤维有细丝型和粗丝型两种。细丝型适用于黏性低的溶液，粗丝型可用于黏度较高和带有固体粒子的溶液。表2-2-14、表2-2-15分别列出了中空纤维膜规格和膜组件规格。目前日本开发的中空纤维带电膜是将聚砜空心纤维材料表面经过特殊处理，引入带电基，这样除过滤效果外，又产生一个与溶质的静电排斥效果.从而可以分离某些非带电膜不能分离的溶质，并能抑制溶质的吸附。 中空纤维式膜分离装置单位??积内提供的膜面积大，操作用力低（0. 30MPa)，且可反向清洗，其不足是单根纤维管损坏时需要更换整个膜件。 ;(四)螺旋卷式膜分离器;;;表2-2-16 各种膜组件性能比较，以供选用时参考。;五、纳米膜过滤技术(NF);; 常用的纳米过滤膜有卷式与管式两种构型的组件。卷式膜由于单位体和、拥有较大的膜 面积，因而造价较低，但要求通过膜的料液必须经预处理，以免分离过程中膜间隙内堵 塞;管式膜单位体积中膜面积小，造价高，但料液可不经预处理，直接浓缩，并且不易堵 塞，方便清洗。而平板式构型的膜浓差极化严重，不适用作纳米膜。表2-2-17所示为以色列MPW公司生产的SelKO系列纳滤膜的性能。; 纳米过滤具有很好的工业应用前景，目前已在许多工业中得到有效的应用，如表2-2-18所示：