第五章-膜分离技术.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,膜分离技术,1,膜分离技术,概念：,利用膜的选择性，以膜两侧存在的能量差作为推动力，,允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。,2,概 述,1960,年,Loeb,和,Sourirajan,制备出第一张具有高透水性和高脱盐率的,不对称膜,，是,膜分离技术发展的一个里程碑。,3,透析法的应用,脱盐、去除变性剂、还原剂之类的小分子杂质；,也用于置换样品缓冲液；,在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。,5,蛋白质、无机盐,无机盐,缓冲液,2.,微 滤,6,以多孔薄膜为过滤介质，,压力差,为推动力，利用筛分原理使不溶性粒子（,0.1-10um,）得以分离的操作。操作压力,0.05-0.5MPa,。,微滤应用,1),除去水,/,溶液中的细菌和其它微粒；,2),除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白质等多种溶液中的菌体；,3),除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的悬浊物、微生物和异味杂质。,7,-,悬浮液的分离,3.,超 滤,8,以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。其截断分子量一 般为,6000,到,500 000,，孔径为几十,nm,，操作压,0.2-0.6MPa,。,超滤应用,蛋白、酶、,DNA,的浓缩,脱盐,/,纯化,清洗细胞、纯化病毒,除病毒、热源,10,12,反渗透法,5,、纳滤,分离范围介于反渗透和超滤之间，截,断分子量范围约为,MWCO300,1000,，能,截留透过超滤膜的那部分有机小分子，透,过无机盐和水,。,14,（,1,）小分子量的有机物质的分离；,（,2,）有机物与小分子无机物的分离；,（,3,）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；,（,4,）盐与其对应酸的分离。,15,纳滤的应用,利用待分离分子的荷电性质和分子大小的差别，,以外电场电位差为推动力，,利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。,16,6,、电渗析,17,正极 阴离子交换膜 负极,+,固定离子,Cl,-,Na,+,-,电渗析分离原理示意图,18,1,、醋酸纤维特点：,透过速度大,截留盐的能力强,适合作反渗透膜,不耐温（,30,）,pH,范围窄，清洗困难,与氯作用，寿命降低,微生物侵袭,20,二、膜材料,2,、聚砜膜的特点,（,1,）温度范围广,（,2,）,pH,范围广,（,3,）耐氯能力强,（,4,）孔径范围宽,（,5),操作压力低,（,6,）适合作超滤膜,21,1.,截留率和截断分子量,膜对溶质的截留能力为截留率,R,（,rejection,），,其定义为,R,1,C,p,C,b,C,p,和,C,b,：表示在某一瞬间，透过液和截留液的浓度。,如,R,1,，则,C,p,0,，表示溶质全部被截留；,如,R,0,，则,C,p,C,b,，表示溶质能自由透过膜。,23,24,截断曲线,质量好的膜，陡直,可使不同分子量的溶质分离完全；,反之，会导致分离不完全。,MWCO,与孔径,MWCO,（球状蛋白质）,近似孔径（,nm),1,000,2,10,000,5,100,000,12,1000,000,29,26,截断分子量,:,（,MWCO,）相当于一定截留率,(,通常为,90,或,95,),的分子量。,27,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,m,2,。,2.,水通量,3,、孔道特征,-,孔径,常用泡点法测定。,根据下式，即可计算出孔径：,d,4 COS,P,（,17-3,）,式中,d,为孔径，,为液体的表面张力，,为液体与膜间的接触角，,P,为泡点压力。,28,30,1,、平板式膜组件,由膜、支承板、隔板交替重叠组成。,四、膜分离设备,31,优点,:,缺点,:,组装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较 大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。,需密封的边界线长,32,2),卷式膜组件,将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。,33,2),卷式膜组件,34,透析液,浓缩液,料液,膜组件与外壳之间的密封,多孔收集管,膜的保护层,隔离网,透析液的收集系统,膜,螺旋卷式膜的内部结构,35,优点,:,缺点,:,应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，适用于反渗透；,清洗不方便，易堵塞。,36,卷式纳滤膜浓缩设备,(,生产型,),37,卷式膜反渗透工业设备图,:,38,3),管式膜组件,由管式膜制成，管内与管外分别走料,液与透过液，管式膜的排列形式有列管、,排管或盘管等。,39,内压管式：,多孔管,膜,料液,外压管式：,料液,内压式：膜涂在管内，料液由管内走；,外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。,管式膜组件,40,组件的进出料示意图,多通道组件,组件外壳,渗透液,原料液,渗透液,渗余液,渗透液,垫圈,41,管式膜结构图,管式,42,优点：,结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。,缺点,:,单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为,33,330,，保留体积大，压力降大。,43,管式膜工业设备图,:,44,4),中空纤维膜组件,有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成。,45,优点,:,设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大,(,高达,16000,30000),缺点,:,中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。,46,中空纤维膜管,中空纤维超滤膜无菌水装置,(,生产型,),47,型式,优点,缺点,管式,易清洗，无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换,保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小，压力降大,中空纤维式,保留体积小，单位体积所含过滤面积大，可以逆洗，操作压力较低，动力消耗较低,料液需要预处理，单根纤维损坏时需调换整个模件,螺旋卷绕式,单位体积中所含过滤面积大，换新膜容易,料液需预处理，压力降大,易污染,清洗困难,平板式,保留体积小，能量消耗界于管式和螺旋卷绕式,死体积大,48,思考题,1,理解概念：截留分子量，截留率，水通量。,2,影响截留率的因素有哪些？,3,微滤，超滤，纳滤，反渗透分离技术的特点，及适用范围？,