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超滤设备应用技术工艺及影响因素解析
超滤设备的应用超滤膜组件是以压力为推动力的膜分离过程, 经过膜表面的微孔筛选可将直径为0.002-0.1μm之间的颗粒和杂质截留, 可有效去除水中胶体、 硅、 蛋白质、 微生物和大分子有机物。当液体混合物在一定的压力推动下流经膜表面时, 溶剂及小分子物质透过膜, 而大分子物质则被截留, 从而实现大小分子间的分离和净化目的。
可广泛的应用于物质的分离、 浓缩、 提纯。超滤过程无相转化, 不需加热, 常温操作, 节约能源, 对热敏性物质的分离尤为适宜。超滤过程简单, 配套装置少, 操作运转简便, 维护费用低。超滤膜耐化学药品侵蚀, PH适应范围广, 超滤装置单位体积中膜面积最大, 投资费用最低, 清洗简单。
中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径Ø0.5-2.0mm, 内径Ø0.3-1.4mm, 中空纤维管壁上布满微孔, 孔径以能截留物质的分子量表示, 截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动, 分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程, 被截留物质可随浓缩小排除, 不致堵塞膜表面, 可长期连续运行。 早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来, 随着超滤技术的发展, 如今超滤膜技术的应用领域已经很广, 主要包括食品工业、 饮料工业、 乳品工业、 生物发酵、 生物医药、 医药化工、 生物制剂、 中药制剂、 临床医学、 印染废水、 食品工业废水处理、 资源回收以及环境工程等等。
超滤设备的工艺流程:
超滤装置是在一个密闭的容器中进行, 以压缩空气为动力, 推动容器内的活塞前进, 使样液形成内压, 容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子, 受压力的作用被挤出膜板外, 大分子被截留在膜板之上。超滤开始时, 由于溶质分子均匀地分布在溶液中, 超滤的速度比较快。可是, 随着小分子的不断排出, 大分子被截留堆积在膜表面, 浓度越来越高, 自下而上形成浓度梯度, 这日才超滤速度就会逐渐减慢, 这种现象称为浓度极化现象。
为了克服浓度极化现象, 增加流速, 设计了几种超滤装置:
1.无搅拌式超滤这种装置比较简单, 只是在密闭的容器中施加一定压力, 使小分子和溶剂分子挤压出膜外, 无搅拌装置浓度极化较为严重, 只适合于浓度较稀的小量超滤。
2.搅拌式超滤搅拌式超滤是将超滤装置位于电磁搅拌器之上, 超滤容器内放人一支磁棒。在超滤时向容器内施加压力的同时开动磁力搅拌器, 小分子溶质和溶剂分子被排出膜外, 大分子向滤膜表面堆积时, 被电磁搅拌器分散到溶液中。这种方法不容易产生浓度极化现象, 提高了超滤的速度。 超滤设备,矿泉水设备
3.中空纤维超滤由于膜板式超滤装置, 截留面积有限, 中空纤维超滤是在一支空心柱内装有许多的, 中空纤维毛细管, 两端相通, 管的内径一般在0.2mm左右, 有效面积能够达到1平方厘米每一根纤维毛细管像一个微型透析袋, 极大地增大了渗透的表面积, 提高了超滤的速度。
1. 配料;
2. 检查出口阀门是否关闭, 搅拌料浆;
3. 启动泵, 打开出口阀, 开始超滤;
4. 改变压力, 观察不同压力对超滤的影响;
5. 配制不同浓度的悬浮液进行超滤, 观察悬浮液浓度对超滤的影响;
超滤透过通量的影响因素如下:
1.料液流速提高料液流速虽然对减轻浓差极化、 提高透过通量有利, 但需要提高料液压力, 增加耗能。一般紊流体系中流速控制在1-3m/s。
2.操作压力超滤膜透过通量与操作压力的关系取决于膜和凝胶层的性质。超滤过程为凝胶化模型, 膜透过通量与压力无关, 这时的通量成为临界透过通量。实际操作压力应在极限通量附近进行, 此时的操作压力约为0.5-0.6Mpa。 超滤过程中只有当工作压力达到一定程度, 才能使液料中的小分子透膜分离。工作压力太小时, 滤液的产量小, 不能满足正常的生产。而工作压力太大时, 会增加极化层的厚度, 抵消增压的增速效果, 同时也会把沉积在膜上的沉积层压实, 难以被冲刷, 膜孔很快被堵塞, 影响超滤效果, 另外, 每一种超滤膜均有其耐压范围, 使用时应在这个范围内进行。
3.温度 操作温度主要取决于所处理的物料的化学、 物理性质。由于高温可降低料液的黏度, 增加传质效率, 提高透过通量, 因此应在允许的最高温度下操作。温度升高时可部分克服分子间的作用力, 降低粘度。同时也影响膜的工作性能, 增加通透性。温度过高也会影响超滤膜的寿命。 超滤设备,矿泉水设备
4.运行周期随着超滤过程的进行, 在膜表面逐渐形成凝胶层, 使透过通量下降, 当通量达到某一最低数值时, 就需要进行冲洗, 这段时间成为运行周期。运行周期的变化与清洗情况有关。
5.进料浓度随着超滤过程的进行。主题液流的浓度逐渐增加。此时黏度变大, 使凝胶层厚度增加, 从而影响透过通量。因此对主体液流应定出最高允许浓度。料液浓度直接影响滤速。超滤的通量与浓度的对数呈直线关系。一般来讲, 随着料液浓度的增高, 料液的粘度会升高, 超滤时形成极化层的时间会缩短, 从而使超滤的速度降低、 效率也降低。因此在超滤时应注意控制料液的浓度,
6.料液的预处理为了提高膜的透过通量, 保证超滤膜的正常稳定运行, 根据需要应对料液 进行预处理。预处理效果好坏, 直接影响超滤膜的污染程度, 系统的生产能力以及超滤膜的使用寿命。预处理一般采用高速离心法、 微滤法、 调PH值、 热处理、 冷藏法或多种方法组合进行。近年来发展起来的絮凝剂法可去除提取液中的鞣质、 色素、 果胶等有机大分子不稳定物质。
7.膜的清洗膜必须进行定期冲洗, 以保持一定的透过量, 并能延长膜的使寿命。一般在规定的料液和压力下, 在允许的pH值范围内, 温度不超过60℃时, 超滤膜可使用12-18个月。如膜清洗不佳, 回使膜的寿命缩短。 超滤设备,矿泉水设备
8.超滤膜孔径大小超滤膜孔径大小的选择应与药液中目标成分的大小相一致。孔径过大, 则分离效果不好, 杂质含量过高, 影响澄明度和稳定性。孔径过小, 有效成分通透率较低, 损失较大。
9.洗脱量洗脱量的多少影响滤液中目标成分的含量。洗脱量太少, 则留在浓缩液中的目标成分会较多, 损失较大;洗脱量太大时, 虽然回收率增加, 但有可能需要后处理或使原有的后处理工序时间延长, 应注意协调它们之间的关系。
当需要较高的收率时, 特别当研究的样品对象在微克范围时, 建议应考虑以下几点:
1.根据样品处理量, 选择最小可用的超滤容器, 在小容器中重复添加样品, 重复超滤。
2.在适量范围内, 选截留分子量最低的超滤膜。
3.如可能, 使用水平转头代替角转头离心, 这样可减少在离心过程中溶液与离心管接触的表面积。
4.将压力或离心力降低到大约最大推荐数值的一半。
5.避免过度浓缩, 最终体积越小, 越难得到完全回收, 如可能, 在第一次回收后, 用一滴或多滴缓冲液润洗容器, 然后再次回收。
6.用溶于蒸馏水中的5%SDS、 Tween 20或Triton X预先浸泡超滤容器过夜, 然后在使用前彻底润洗.
超滤技术存在的主要问题是超滤膜污染。超滤膜在使用过程其性能随着时间的增加, 膜透过流速会迅速下降, 同时对溶质的阻止率也会明显上升, 这是由膜的劣比的附生污垢所引起的。膜易出现污染与堵塞, 膜的使用寿命相对较短, 有必要对超滤膜的再生进行研究。解决办法一方面是加强料液的前处理, 另一方面是对超滤膜的清洗方法的研究。超滤法的应用, 应明确截留什么和除去什么, 必须着重研究目标成分的截留率, 密切注意各种类型膜的技术标准及其适用范围, 客观评价其处理速率是否能达到生产所需, 只有较好的解决量与速度, 才能更加好地应用超滤技术。