木糖溶液的纳滤浓缩.doc

第 20 卷 　第 5 期 膜 　科 　学 　与 　技 　术 Vo1 . 20 　No . 5 2000 年 10 月 M EMB RAN E SCI ENCE AND T ECHNOL O GY Oct . 2000 文章编号 :1007 - 8924 (2000) 05 - 0021 - 06 木糖溶液的纳滤浓缩 杨 　刚1 　王焕章2 　邢卫红1 　徐南平1 　时 　钧1 (11 南京化工大学膜科学技术研究所 , 南京 　210009 ; 21 广东星湖股份 有限公司技术开发部 , 肇庆 　526060) 摘 　要 : 采用两种截留分子量的卷式纳滤膜组件研究了工业木糖溶液的纳滤过程 ,并在此基 础上应用了S - K 模型. 模拟计算结果表明采用纳滤方法浓缩水解法工业木糖粗品溶液 ,通过 四级串联方式可将质量分数为 4 %的木糖溶液浓缩至 20 %. 该技术操作能耗低 ,木糖回收率 高 ,表现出良好的发展前景. 关键词 : 纳滤 ; 木糖 ; 模型 中图分类号 : TQ02818 　　文献标识码 : A 　　玉米、蔗渣等含有木聚糖的植物原料 ,通过木聚 糖酶水解获得的木糖溶液 ,其质量分数一般为 4 % (0126 mol/ L ) . 要得到粉体木糖 ,目前使用的方法是 将溶液蒸馏至木糖含量为 20 % ( 1135 mol/ L ) 以上 , 然后喷雾干燥. 这一过程能耗很高 ,其中蒸馏过程能 耗占总能耗的 60 %以上. 膜分离技术是一种新型的 低能耗环保型分离方法 ,在不同分子量的有机分子 间的分离、单价与多价离子的分离以及其它不需要 截留单价离子的分离过程中具有很高的应用潜 ( c2 - c3 ) / ( c1 - c3 ) = exp ( J v/ k ) (3) 纳滤膜纯水通量 A 和平均溶质渗透系数 Pi 是 纳滤膜分别对溶剂水和溶质的渗透性能参数. 温度 对纳滤膜的水[ 3 ] 以及溶质[ 4 ] 渗透性能的影响为 : A = A 0 / η (4) P1 = Pi 25 exp [ 0 . 005 ( T - 298) ] (5) A 0 为仅与膜有关的常数 , 反射系数 σ 是纳滤 膜结构和膜液界面溶质浓度的函数 , 为截留溶质的 膜面积占膜总面积的分率 , 是当膜通量趋向无穷大 力[ 1 ] . 纳滤技术的突出优点是该技术本身不产生三 时纳滤膜的真实截留率. 在一定温度和溶液充分湍 废 ,待分离的溶液成分在分离过程中无相变 ,能量消 耗低 ,装置结构简单紧凑. 本文应用纳滤技术将 4 % 木糖原料浓缩至 20 % ,并应用不可逆热力学模型研 究木糖溶液的纳滤过程 ,提出了相应的工艺条件. 1 　纳滤模型 流条件下 , 忽略浓差极化作用 ,σ是高压侧主体浓度 的函数.σ 不能直接测定 , 在较小的浓度变化范围 内 , 假设σ为常数 , 有助于简化对过程的预测[ 3 ] . 溶液的渗透压与溶剂水在溶液中的活度有关 , 对于稀溶液 ,有  111 　S - K 模型 纳滤过程可用 Spiegler - Kedem 不可逆热力学 模型[ 2 ] 描述 ,该模型方程的积分式为 : J v = A (Δp - σΔc) (1) c3 = c2 ( 1 - σ) / [ 1 - σexp ( J v/ Pi ) ] (2) 在膜高压侧的膜液界面上存在溶质的反向扩散 传递过程 ,界面与溶液主体之间存在如下关系 : Δπ= R T Cs = Cs (6) 其中 为渗透压系数. 为了准确地计算溶液的渗透 压 ,可以通过测定溶液的熔点降低等方法计算渗透 压系数与浓度的关系. 因本实验中木糖浓度较低 ,故 利用 (6) 式计算. 112 　模型参数 在螺旋卷式纳滤膜的两侧各有网状或条状网 格 ,高压侧的网格用以提高母液的湍流程度 ,减小层  收稿日期 : 1999 - 12 - 01 作者简介 : 杨 　刚 (1966～) , 男 , 江苏省南通市人 , 硕士生.  流边界层的厚度 ,提高膜高压侧主体溶液与膜表面 间的传质系数 ,减轻浓差极化. 卷式膜高压侧边界层 的传递关系式[ 5 ] 可表述如下 : S h = 0 . 065 Re0 . 875 S c0 . 25 ( 7) 由于计算 Re 和 S c 时需要流道的等效高度 d h 和等 效流速 u ,但这些数值难以获取. 然而当膜高压侧主 体流速大约为 0103 m/ s 时 ,根据 (7) 式和 ( 3) 式可以 估算出膜液界面处的浓度 c2 仅仅比主体浓度 c1 增 加 2 %. 当高压侧流体作充分湍流时 ,浓差极化对过 程的影响更小 ,膜液界面的浓