4，第三章膜分离.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 5.3 螺旋卷式膜组件 应用： A、反渗透、超滤、微滤， B、适用于低固体含量的料液。 优点： A、结构简单，更新膜容易，比表面积大， B、价格低，操作费用低。 缺点： A、料液需预处理， B、压力降大， C、易污染，难清洗， D、液流不易控制。 5.4 中空纤维(毛细管)式膜组件 操作：图中(数百至数百万根中空纤维管)，中空纤维膜ID = 40-80?m，毛细管膜ID = 0.25-2.5mm 应用： A、毛细管式：超滤、微滤、渗透气化， ?????? B、中空纤维式(能耐高压)：反渗透， 透析(大规模透析，人工肾)， ?????? C、适合于处理低固体含量的料液。 优点：A、比表面积最大，效率高， B、可以逆流操作，压力较小， C、设备投资低。 缺点：A、料液需预处理、易堵塞， B、单根管的损坏常使整个组件报废， C、不够成熟。 第三节 膜分离操作及其特性 3.1 浓度极化模型 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。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化。 浓差极化现象不但引起流速下降，同时影响到膜的选择透过性、降低膜的运行效果，因此把浓差极化效应减到最低程度是重要的。 克服措施：震动、搅拌、错流、切流、改变速度、压力、温度和料液浓度等。 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。 当分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。这种现象称为凝胶极化。 3.2 超滤膜的分子截留作用 ?? 截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用小数或百分数表示。 ?? 真实截留率R0：在实际膜分离过程中，由于存在浓度极化现象，真实截留率为： ?? 表观截留率R：由于膜表面的极化浓度cm不易测定，通常只能测定料液的体积浓度，因此常用表观截留率： ? 3.3 影响膜分离速度的因素 1. 操作形式 ?? 传统的过滤操作主要用滤布为过滤介质，采用终端过滤形式回收或除去悬浮物，料液流向与膜面垂直，膜表面的滤饼阻力大，透过通量很低。 2.流速 ?? 流速对透过通量的影响反映在传质系数上， ?? 意义：传质系数随流速的增大而提高。因此，流速增大，透过通量亦增大。 ?? 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。 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: 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，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。 膜分离技术在分离工程中的重要作用及存在问题 优点： ①膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求低，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异； ②膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质的分离过程很重要。 这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的合适方式。 ③操作方便、结构紧凑、维修费用低、易于自动化。