膜分离过程导论.ppt

膜分离工程导论 对称膜(symmetric membrane)：膜截面的膜厚度上孔道结构均匀。早期的膜多为对称膜。缺点：传质阻力大，通透性低，且容易污染阻塞，清洗困难。 不对称膜(asymmetric membrane)：膜在厚度上的孔道结构不均匀，不对称膜主要由起膜分离作用的表面活性层(0.2-0.5um)和起支撑作用的惰性层(50-100um)构成。 膜的水通量：在一定条件下(一般为0.1MPa，温度20?C)，单位时间单位膜面积的水通量(in: m3 m-2 h-1)。意义：A、对同类膜，孔径越大，水通量越大；B、水通量并不能完全衡量和预测实际料液的透过流通量。C、不同厂家的膜产品，通水量差异很大。 超滤膜的分子截留作用 中空纤维膜组件：操作：图(数百至数百万根中空纤维管)，中空纤维膜ID = 40-80um，毛细管膜ID = 0.25-2.5mm。 应用：A、毛细管式：UF、MF、PV， 　　　　B、中空纤维式(能耐高压)：RO，DS(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、技术不够成熟。 膜的污染与清洗 膜分离过程中遇到的最大问题是膜污染(membrane fouling)，膜污染的主要原因来自以下几个方面。 应 用 膜分离法在生物产物的回收和纯化方面的应用可归纳为以下几个方面： (1)细胞培养基的除菌； (2)发酵或培养液中细胞的收集或除去； (3)细胞破碎后碎片的除去； (4)目标产物部分纯化后的浓缩或洗滤除去小分子溶质； (5)最终产品的浓缩和洗滤除盐； (6)制备用于调制生物产品和清洗产品容器的无热原水。 3.3 垫套式组件 垫套式膜组件特点： （1）密封处较少； （2）可在高压下操作 （达10 MPa）； （3）渗透边压力损失低； （4）不易污染； （5）装填密度较小， 约为400 m2/m3； （6）膜必须是可焊接 或可粘合的。 管式 板式 HF式 螺旋式 组件结构 简单 非常复杂 复杂 复杂 流动形态 湍流 层流 层流 湍流 抗污染性 很好 好 很差 中等 膜清洗难易 (内压)易 易 (内压)较易 难 (外压)难 (外压)难 膜更换方式 膜或组件 膜 组件 组件 对水质要求 低 较低 高 较高 预处理成本 低 低 高 高 能耗/通量 高 中 中 低 工程放大 易 难 中 中 装填密度* 33～330 160～500 16000～30000 650～1600 压降 低 中等 高 中等 价格/($/m2) 50～200 100～300 5～20 30～100 *： m2/m3 膜组件的选用——4种常用膜组件的比较 凝胶极化引起的凝胶层，阻力为Rg 。 溶质在膜表面的吸附层，阻力为Ras 。 膜孔堵塞，阻力为Rμ 膜孔内的溶质吸附，阻力为Rsp 膜污染不仅造成透过通量的大幅度下降，而且影响目标产物的回收率。为保证膜分离操作高效稳定地进行，必须对膜进行定期清洗，除去膜表面及膜孔内的污染物，恢复膜的透过性能。膜的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定，即使用的清洗剂要具有良 好的去污能力，同时又不能损害膜的过滤性能。因此选择合适的清洗剂和清洗方法不仅能提高膜的透过性能，而且可延长膜的使用寿命。如果用清水清洗就恢复膜的透过性