膜分离过程课件.ppt

生物分离过程的一般流程;主要内容;6.0 概 述;膜分离技术;1925 年以来，差不多每10年就有1项新的膜过程在工业上得到应用 30年代 微滤 40年代 透析 50年代 电渗析 60年代 反渗透 70年代 超滤 80年代 纳滤 90年代 渗透汽化;膜分离的特点 ① 操作在常温下进行； ② 是物理过程，不需加入化学试剂； ③ 不发生相变化（因而能耗较低）； ④ 在很多情况下选择性较高； ⑤ 浓缩和纯化可在一个步骤内完成； ⑥ 设备易放大，可以分批或连续操作。 因而在生物产品的处理中占有重要地位;膜分离技术的重要性;膜的分类;常见膜分离方法;;膜分离法与物质大小（直径）的关系;;膜材料的特性;;（一）膜材料;;醋酸纤维特点：;;聚砜膜的特点;芳香聚酰胺类;;膜材料 - 不同的膜分离技术;(二）膜的制造;相转变制膜;25;;表征膜性能的参数; 1. 截留率和截断分子量;;1. 分子形状:线形分子低于球行分子，线性分子易透过。 2. 吸附作用：膜的吸附作用影响很大，溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径。 3. 其他高分子溶质的影响：如料液存在两种高分子溶质，其截留率不同于单独存在的截留率。 4. 温度，pH都会有影响.;MWCO与孔径;水通量：纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25℃)下试 验，透过水的速度L / h?m2。 JW = W / A t W—透水量，A—膜的有效面积，t—时间 同类膜，孔径?，水通量Jw?。 水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%）; 由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。;3 孔道特征; 4 膜的使用寿命;;;;微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点： ①以膜两侧压力差为推动力；②按体积大小而分离；③膜的制造方法、结构和操作方式都类似。 微滤、超滤、纳滤、反渗透区别： 膜孔径：微滤0.1-10?m 超滤0.01-0.1 ?m 纳滤0.001-0.01?m 反渗透 小于0.001?m 分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级水平的分离； 分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆过程 压差：微滤、超滤和纳滤压力差不需很大0.1-0.6 MPa;1 透 析;透析原理图;;;;透析法的应用;;;2. 微 滤;;;;;定义;超滤膜一般为非对称膜，具有较小的孔径（约为1一20 nm），能够截留分子量为0.5kDa以上的溶质分子或生物大分子。料液在压力差作用下，其中溶剂透过膜上的微孔形成透过液；而大分子溶质则被截留，从而实现料液中大分子溶质和溶剂间的分离。 超滤膜对溶质的截留机理主要是筛分作用，超滤膜的膜孔大小和形状决定超滤膜的截留效果。除此以外，溶质大分子在膜表面和孔道内的吸附和滞留也具有截留溶质大分子的作用。 超滤所用操作压差在0.1~1.0 MPa之间。;;;超滤应用;超滤和微滤的特点;微滤和超滤的分离机理;由于膜的孔道结构复杂，孔径不均匀，并且有些孔道还可能是一端封闭的，所以，Hagen-Poiseuille方程与实际的超滤或微滤过程差距较大。适用于固定床内流体通量与压降关系的Kozeny-Carman方程与实际的超滤或微滤过程更接近。适用于膜通量的Kozeny-Carman方程为;;;反渗透;反渗透法;;;;渗透压;反渗透的概念;反渗透法对分子量300的电解质、非电解质都可有效的除去，其中分子量在100～300之间的去除率为90％以上。 反渗透工业应用包括： 海水和苦咸水脱盐制饮用水； 制备医药、化学工业中所需的超纯水； 用于处理重金属废水 用于浓缩过程，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味。包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中牛奶的浓缩。;;反渗透：溶解—扩散理论;;式中：Fw—透水速率，克/厘米2·秒； Dw—水在膜中的扩散系数，厘米2/秒； Cw—水在膜中的浓度，克/厘米3； Vw—水的偏摩尔体积，厘米3/摩尔； Δp—膜两侧的压力差，大气压； Δл—膜两侧溶液的渗透压差，大气压； R—气体常数，厘米3·大气压/摩尔·K； T—开氏温度，K δ—膜的有效厚度，厘米； A—DwCwVw/RTδ，膜的水渗透系数(重量)，表示特定膜中水的渗透能力，克/厘米2·秒·大气压。; 同样，也可以推导出溶质透过速率或称透盐率(Fs)方程如下:; 溶解扩散理论