膜分离的基本原理和方法
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膜分离技术在分离工程中的重要作用
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变,对能量要求 低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3~1/8,因此和 蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异;
膜分离的条件一般都较温和,对于热敏性物质复杂的分 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:
一.膜分离的基本原理
在一个容器中,用膜把它隔成两部分,膜 的两侧是浓度不同的溶液,通常小分子的 溶剂透过膜向稀溶液侧移动.
渗析(水分、小分子溶质)渗透(仅水分)
• 在乳品工业中,膜技术主要涉及到: 反渗透(RO)除去水,使溶液浓缩。 毫微过滤(NF)通过除去单价的成分如钠、氯(部分 脱盐),实现有机成分的浓缩。 超滤(UF)大分子的浓缩。 微滤(MF)除去细菌,大分子分离。
• 3、无化学变化。典型的物理分离过程,不用化学试剂 和添加剂,产品不受污染;
• 4、选择性好。可在分子级内进行物质分离,具有普遍 滤材无法取代的卓越性能; 5、适应性强。处理规模可大可小,可以连续也可以间 隙进行,工艺简单,操作方便,结构紧凑、维修费用 低易于自动化 。
存在的问题:
• 1、在操作中膜面会发生污染,使膜性能降低,故有必要 采用与工艺相适应的膜面清洗方法;
无化学变化 :典型的物理分离过程,不用化学试剂和添
加剂,产品不受污染;
选择性好 可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代 的卓越性能; 适应性强 处理规模可大可小,可以连续也可以间歇进行,工艺
简单,操作方便,结构紧凑、维修费用低,易于自动化。
• 膜分离是借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜 分离是利用天然或人工合成的,具有选择透过性的薄膜,以 外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分体系进行 分离、分级、提纯和浓缩的方法。分离用的膜具有选择渗透 性,也就是说,膜只能使某些分子通过,这对乳品工业具有 重要的意义,膜可以有效地把牛乳中的水分与其他成分分开。 所谓的膜,是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一 层薄的凝聚相,它把流体相分隔为互不相通的两部分,并能 使这两部分之间产生传质作用。
Membrans (RO)
Ultrafiltration (UF)
Nanofiltration (NF)
/html/filtration/fpdfs/modbrch5.pdf
Microfiltration (MF)
盐),实现有机成分的浓缩。 • 超滤(UF)-大分子的浓缩。 • 微滤(MF)-除去细菌,大分子分离。 • 以上所有技术的特点是液流横向流过滤膜,在这些技术中,
供料液均是在压力作用下穿过膜。溶液流过膜、在清液被 分离的同时,固体(浓缩液)在膜上留下来。微滤、超滤、 纳滤和反渗透分离类似于过滤,用以分离含溶解的溶质或 悬浮微粒的液体。
电渗析的过程
二.分离用的膜 主要是由高分子材料制成的聚合物膜
醋酸纤维素膜的结构示意图
表皮层,孔径
1%
(8-10)×10-10m
99%
过渡层,孔径 200×10-10m
多孔层,孔径 (1000-4000) ×10-10m
膜分离技术的特点:
• 1、膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变,对能量 要求低其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3~1/8, 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,对于热敏性物质复杂 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;
一、反渗透
• 反渗透是一种高压、高性能的技术。适用 于液体脱水、低分子量化合物浓缩、废污 清洁等过程。通常应用在蒸发前乳制品的 预浓缩。
二、超滤
• 超滤是一项选择性分离步骤,可以将溶液浓缩并净化为高 分子量聚合物,适用于乳蛋白、碳水化合物和酶。
• 超滤是使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程。与反渗 透类似,超滤的推动力也是压差,在溶液侧加压,使溶剂 透过膜而得到分离,不同的是小分子溶质将随同溶剂一起 透过超滤膜。超滤(UF)典型地应用于牛乳蛋白的浓缩, 乳清蛋白的浓缩和用于生产干酪,酸奶以及其它乳制品的 牛乳的蛋白标准化。
膜分离的基本原理和方法
第一节 膜分离的概述
膜分离技术的发展简史:
人类对于膜现象的研究源于1748年,然而认识到膜的功能并用于为 人类服务,却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究 则是近几十年来的事。1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交 换膜,奠定了电渗析的实用化基础。1960年洛布 (Loeb)和索里拉简 (Souriringan)首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜,这 在膜分离技术发展中是一个重要的突破,使膜分离技术进入了大规 模工业化应用的时代。
三、电渗析
• 在直流电场的作用下, 溶液中的离子透过膜的迁移称为电 渗析。电渗析使用的膜通常是具有选择透过性能的离子交 换膜。用电渗析可使溶液中的离子有选择地分离或富集。 为什么离子交换膜具有选择性呢?离子交换膜是一种由功 能高分子物质构成的薄膜状的离子交换树脂。它分为阳离 子交换膜和阴离子交换膜两种。离子交换膜之所以具有选 择透过性,主要是由于膜上孔隙和离子基团的作用
其发展的历史大致为:30年代微孔过滤,40年代透析;50年代电渗 析;60年代反渗透;70年代超滤和液膜;80年代气体分离;90年代 渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型分离过程,以及膜分离与其 它分离过程结合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得 到重视和发展。
• 2、从目前获得的膜性能来看,其耐药性、耐热性、耐溶 剂能力都是有限的,故使用范围受限;
• 3、单独采用膜分离技术效果有限,因此往往都将膜分离 工艺与其他分离工艺组合起来使用。
在乳品工业中,膜技术主要涉及到:
• 反渗透(RO)-除去水,使溶液浓缩。 • 毫微过滤(NF)-通过除去单价的成分如钠、氯(部分脱