論文膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展技術(shù)

1、河南中州大學(xué)學(xué)年論文題 目 膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展技術(shù)學(xué) 生 學(xué) 號 年 級 2013級學(xué) 院 化工食品學(xué)院專 業(yè) 精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)計術(shù) 河南中州大學(xué)2015年6月 內(nèi)容提要本文概括敘述世界和中國膜分離技術(shù)的發(fā)展,對膜分離技術(shù)的基本特性、技術(shù)特點、膜材料、分類及膜分離裝置進(jìn)行了簡單介紹; 并通過分述幾種食品加工中用到的膜技術(shù)著重介紹了膜分離法在食品工業(yè)中的應(yīng)用以及膜分離法在食品工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢。同時指出如果能解決膜產(chǎn)品的價格、膜污染和膜分離性能的提高這3個膜的制約因素, 膜分離技術(shù)將在人類社會的發(fā)展史上起到不可替代的作用。最后介紹了下膜技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景。 膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢摘

2、要: 本文簡要回顧了膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史。簡述了膜分離技術(shù)的基本原理及分類, 并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞: 膜分離技術(shù) 發(fā)展趨勢 膜材料 膜過程 食品工業(yè)1 引言膜技術(shù)是用天然或者人工合成的高分子薄膜，以及外界能量或者化學(xué)位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、提純和富集的方法?？捎糜谝合嗪蜌庀?，對于液相分離，可用于水溶液體系，水溶膠體系以及非水溶液體系等。膜技術(shù)是一種分子水平上的分離技術(shù)，分離過程是一種物理過程，不需發(fā)生想的變化和添加助劑。其膜的厚度一般為微米級，分離過程在瞬間完成，分離效果好。2膜分離技術(shù)的發(fā)展回顧膜分離現(xiàn)象早在250多年以前就被發(fā)現(xiàn), 但是膜分離技

3、術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在20世紀(jì)60年代以后。其大致的發(fā)展史為: 20世紀(jì)30年代微孔過濾; 40年代滲析; 50年代電滲析;60年代反滲透;70年代超濾; 80年代氣體分離;90年代滲透汽化。數(shù)十年來, 膜分離技術(shù)發(fā)展迅速, 特別是90 年代以后,隨著膜(tfc膜) 的研制成功, 膜分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個方面。中國的膜分離技術(shù)的發(fā)展是從1958 年對離子交換膜的研究開始的, 數(shù)十年來, 取得了長足的進(jìn)步。但從總體上講, 中國的膜分離技術(shù)和世界先進(jìn)水平相比還有不小的差距, 還有待于進(jìn)一步研究開發(fā)13。3 膜分離技術(shù)概述3.1 膜分離技術(shù)目前己經(jīng)深入研究和開發(fā)的膜分離技術(shù)有微濾

4、、超濾、納濾、反滲透、電滲析、滲透汽化和氣體分離等。正在開發(fā)研究中新的膜過程有: 膜蒸餾、支撐液膜、膜萃取、膜生物反應(yīng)器、控制釋放膜、仿生膜以及生物膜等過程。3.2 膜分離技術(shù)特點膜分離技術(shù)作為一門新型的高效分離、濃縮、提純及凈化技術(shù), 由于其多學(xué)科性特點, 膜技術(shù)可應(yīng)用于大量的分離過程。各種膜過程具有不同的機(jī)理, 適用于不同的對象和要求。但有其共同的優(yōu)點。膜分離過程沒有相變, 節(jié)能, 高效, 無二次污染。操作過程一般比較簡單, 經(jīng)濟(jì)性好, 可以直接放大, 可專一配膜?？稍诔叵逻B續(xù)操作, 特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理, 在食品加工、醫(yī)藥、生化技術(shù)領(lǐng)域有其獨特的適用性。當(dāng)利用常規(guī)分離方法不能經(jīng)濟(jì)

5、、合理地進(jìn)行分離時, 膜分離過程作為一種分離技術(shù)就特別適用。另外, 它也可以和常規(guī)的分離單元結(jié)合起來作為單元操作來運用。當(dāng)然, 膜分離過程也有自身的缺點, 如易濃差極化和膜污染、膜壽命有限等, 而這些也正是需要克服或者需要解決的問題所在。3.3 膜分離技術(shù)基本分類膜分離技術(shù)的分類方法眾多，按化學(xué)組成可以將膜分為有機(jī)膜和無機(jī)膜，按斷面的物理形態(tài)可將膜分為對稱膜、不對稱膜和復(fù)合膜；安形狀可將膜分為平板膜、管式膜、中空纖維膜和卷式膜；安制備方法又分為澆鑄膜、拉伸膜、化學(xué)法成形膜等，按過濾孔徑的大小可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等。4 膜分離技術(shù)基本原理微濾使用的濾膜孔徑最大，一般適用于分離大分子物質(zhì)

6、；超濾使用的濾膜孔徑較小，適用于分離大分子和膠體；反滲透濾膜孔徑最小，適用于分離直徑為2mm以下的低分子物質(zhì)。在實際應(yīng)用中可根據(jù)相對分子質(zhì)量的大小選擇適宜的膜分離方式。上述膜分離的實際操作壓力各不相同。微濾操作壓力一般為00.2mpa；超濾需要0.11.0mpa；反滲透則需210mpa。常用膜分離過程的分類和基本特性見表3-1表3-1 常用膜分離過程的分類和基本特性過程分離目的透過組分截留組分料液組成推動力傳遞機(jī)理膜類型進(jìn)料狀態(tài)微濾mf溶液、氣體脫粒子溶液、氣體00210m大量溶劑及少量小分子溶劑和大分子溶質(zhì)壓力差約為100kpa篩分多孔膜液、氣超濾uf溶液脫大分子、大分子溶液脫小分子、大分子

7、級小分子溶液120nm大量溶劑、少量小分子溶質(zhì)壓力差1001000kpa篩分非對稱膜液納濾nf溶液脫有機(jī)組分、脫高價離子、軟化、脫色、濃縮、分離溶劑、低價小分子溶液1nm以上大量溶劑、低價小分子溶質(zhì)壓力差5001500kpa溶解-擴(kuò)散效應(yīng)非對稱膜液反滲透ro溶液脫溶質(zhì)、含小分子溶質(zhì)溶液濃縮溶劑011nm大量溶劑壓力差10010000kpa優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動，溶解-擴(kuò)散效應(yīng)非對稱膜液電滲析ed溶液脫小離子、小離子溶液濃縮、小離子分級小離子組分同名離子、大離子和水少量離子組分、大量水電化學(xué)勢反離子經(jīng)離子交換膜的遷移離子交換膜液5 膜分離技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)代膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用不僅改革

8、了傳統(tǒng)加工工藝，簡化了操作，降低了成本，而且提高了產(chǎn)品的質(zhì)量增加了產(chǎn)品的品種。目前膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于乳制品工業(yè)、飲料、與飲用水的生產(chǎn)，蛋白質(zhì)工業(yè)、淀粉工業(yè)、制糖工業(yè)，發(fā)酵工業(yè)以及廢水處理等多方面。在發(fā)達(dá)國家，膜分離技術(shù)在食品中的應(yīng)用已十分普遍，特別是在乳制品工業(yè)和果汁加工中，分別達(dá)到37%和18%4。5.1 生啤酒的過濾采用膜分離技術(shù)在常溫下即可把啤酒中的殘留酵母菌和污染菌除去。 因此, 在啤酒生產(chǎn)的下游處理上可用來代替高溫瞬時滅菌或巴氏滅菌法,以保持生啤酒原有的風(fēng)味。另外,從經(jīng)濟(jì)角度來看, 微濾的運行費用接近甚至低于高溫瞬時滅菌和巴氏滅菌。目前,國內(nèi)啤酒廠的生啤過濾工藝多是在硅藻土過濾或

9、板框過濾之后, 先采用孔徑為1m的濾芯(可以是超細(xì)聚丙烯纖維濾層),再通過孔徑為0.22m或0.45m的膜復(fù)合濾芯(一般采用耐酸堿的聚偏氟乙烯微濾膜、聚砜類膜或耐強(qiáng)堿的尼龍膜, 也可以是纖維素類膜等)。5.2 乳品加工70年代初國外開始了超濾和反滲透用于乳品加工的研究, 但由于膜污染而引起流量嚴(yán)重衰減的問題沒有解決而未能推廣, 到1974 年, 膜的清洗有了突破性進(jìn)展后才獲得迅速發(fā)展5。超濾和反滲透主要用于從干酪生產(chǎn)中的廢棄物乳清中分離和回收乳糖、脂肪和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物以及濃縮脫脂牛奶1 在乳品加工中采用膜分離技術(shù),可以做到: (1) 大量節(jié)能; (2) 提高產(chǎn)品質(zhì)量; (3) 獲得多種乳制品5

10、.3 白酒的過濾采用0.45 m 或0.65m級微濾膜過濾的白酒產(chǎn)品(如瓶裝酒)在存放時不受微生物污染。0.45m級膜基本能夠去除所有的有機(jī)物,但費用較高, 因為它比0.65m微濾膜或孔徑更大的膜堵塞更快,同時,小孔徑的膜可去除微米級膠體物質(zhì),這些物質(zhì)在確定酒的氣味時很重要。因此,究竟是選擇0.45m還是0.65m孔徑的膜, 取決于保證微生物去除和經(jīng)濟(jì)性之間的平衡6。5.4 醬油工業(yè)中的應(yīng)用在醬油生產(chǎn)流程中,有3個分離工序可采用膜技術(shù)79: (1)從壓榨的生醬油中去除雜質(zhì); (2)滅菌后去除一次濁液; (3)從一次濁液中回收醬油。在這3道工序中,滅菌后經(jīng)靜置分離的上層澄清液, 可用硅藻土過濾,

11、 剩余的5%15% 的濁液因粘度太高10,不能用硅藻土過濾,一般返回前道壓榨工序。5.5 其他應(yīng)用除以上所述,膜技術(shù)在食品工業(yè)上的應(yīng)用還有酶制劑的提純和濃縮11、生產(chǎn)蛋白質(zhì)產(chǎn)品( 蛋清的濃縮等)、蔬菜汁澄清和濃縮、天然色素等食品添加劑的分離和濃縮、醋和醬油的精制及食品廠的廢水處理等。6 膜技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用前景及展望膜分離技術(shù)由于省能、高效，可替代傳統(tǒng)的分離技術(shù)，不僅設(shè)備簡單、造價低、而且易于操作。作為一種高新分離技術(shù)，雖然原理并不復(fù)雜，卻已在食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)保等行業(yè)顯示出強(qiáng)大的生命力。膜分離技術(shù)最突出的特點是高效和節(jié)能，可在常溫下實現(xiàn)對各組分的分離、提純、濃縮，因此它尤其適合在食品加

12、工業(yè)中應(yīng)用。膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中，由于食品種類繁多，與其他行業(yè)相比，對膜分離產(chǎn)生的各種影響更多和更復(fù)雜，為了充分利用膜分離技術(shù)，當(dāng)務(wù)之急是研究開發(fā)各種能有效的防止吸附、濃差極化和減少阻力的各種裝置和探討有效的操作控制方法12。綜上所述，現(xiàn)代膜分離技術(shù)作為一種新型的高新制造技術(shù)，在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展很快，成績卓越，日益受到各界的關(guān)注，展現(xiàn)了廣闊前景，一些新的膜分離技術(shù)具有更大的潛力和更強(qiáng)的生命力，相信在不久的將來定會出現(xiàn)突破，推動食品工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。參考文獻(xiàn)1朱明，姚茂君：食品工業(yè)分離技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.7。2何旭敏,何國梅,曾碧榕：膜分離技術(shù)的應(yīng)用，廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2001.0 (2): 495-502。3陳一鳴,蔡惠如,劉玉榮：膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀及其在染料化工中的應(yīng)用j ，化工裝備技術(shù), 2000.2 (1): 6-12。4刑啟華：膜分離技術(shù)的應(yīng)用j， 化學(xué)教育, 2000, (6): 22- 24。5陳少洲，陳芳：膜分離技術(shù)與食品加工，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2。6陳一鳴, 蔡惠如, 劉玉榮： 膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀及其在染料化工中的應(yīng)用j ， 化工技術(shù)裝備, 2001.22 (1): 6-11。7程淑英,龔莉莉：膜分離技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望j，化工