第12章膜分離

1、食品工程原理食品工程原理vm 第十二章第十二章 膜分離膜分離定義定義：膜分離：膜分離是是利用一張?zhí)厥庵圃斓?、具有選擇透過(guò)性能的薄膜利用一張?zhí)厥庵圃斓?、具有選擇透過(guò)性能的薄膜，在外力推動(dòng)下，在外力推動(dòng)下對(duì)對(duì)混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的單元操作的單元操作過(guò)程。過(guò)程。發(fā)展發(fā)展：1746年年abbe nollet揭示了膜分離現(xiàn)象，揭示了膜分離現(xiàn)象，1865年年fick首次首次用硝基纖維素合用硝基纖維素合成了人工膜；成了人工膜；2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代開(kāi)發(fā)出了微濾（年代開(kāi)發(fā)出了微濾（microfiltration microfiltration mfmf），），4040年代

2、年代滲析（滲析（dialysis dialysis dl dl），），5050年代電滲析（年代電滲析（electrodialysis electrodialysis eded），），6060年代反年代反滲透（滲透（reverse osmosis reverse osmosis roro），），7070年代超濾（年代超濾（ultrafiltration ultrafiltration ufuf），），8080年代氣體分離（年代氣體分離（gas sepration gas sepration gpgp），），9090年代納濾（年代納濾（nanofiltrationnanofiltration，nf

3、nf）等相繼投入實(shí)際應(yīng)用等相繼投入實(shí)際應(yīng)用。特點(diǎn)特點(diǎn)：一般在：一般在常溫常溫下進(jìn)行，過(guò)程下進(jìn)行，過(guò)程不發(fā)生相變不發(fā)生相變，不需外界引入物質(zhì)不需外界引入物質(zhì)，能量消耗小能量消耗小。應(yīng)用應(yīng)用：濃縮和分離兩方面，獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是：保持食品風(fēng)味，無(wú)污染，能耗低。主：濃縮和分離兩方面，獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是：保持食品風(fēng)味，無(wú)污染，能耗低。主要用于蛋白質(zhì)分離、果蔬菜汁的濃縮、飲料凈化、純水制造等。要用于蛋白質(zhì)分離、果蔬菜汁的濃縮、飲料凈化、純水制造等。 第一節(jié)第一節(jié) 膜及其膜分離器膜及其膜分離器一、分離膜一、分離膜 膜是指膜是指在一種流體相內(nèi)在一種流體相內(nèi)或是或是在兩種流體相之間的在兩種流體相之間的一層一層薄的凝聚相物

4、質(zhì)薄的凝聚相物質(zhì)，它，它將流體相分隔為互不相通的兩部分將流體相分隔為互不相通的兩部分，并且能使兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)并且能使兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。該作用。該薄層稱為膜（廣義膜指兩流體相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間），多為固相。薄層稱為膜（廣義膜指兩流體相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間），多為固相。 1、膜的特性、膜的特性（1）膜不論多薄必須有兩個(gè)界面，分別與兩側(cè)流體相接觸；）膜不論多薄必須有兩個(gè)界面，分別與兩側(cè)流體相接觸；（2）膜應(yīng)具有選擇透過(guò)性。）膜應(yīng)具有選擇透過(guò)性。2、膜的分類、膜的分類 按照膜的來(lái)源分為天然膜和合成膜；按照膜的結(jié)構(gòu)分為多孔膜、均質(zhì)膜、按照膜的來(lái)源分為天然膜和合成膜；按照膜的結(jié)構(gòu)分為多孔膜、均

5、質(zhì)膜、非對(duì)稱性膜和復(fù)合膜等；按照膜的用途分為反滲透膜、超濾膜和離子交換膜非對(duì)稱性膜和復(fù)合膜等；按照膜的用途分為反滲透膜、超濾膜和離子交換膜等；按照膜的作用機(jī)理分為吸附性膜、擴(kuò)散性膜和選擇滲透性膜等；按照膜等；按照膜的作用機(jī)理分為吸附性膜、擴(kuò)散性膜和選擇滲透性膜等；按照膜的材料分為高分子聚合物膜和無(wú)機(jī)分離膜。的材料分為高分子聚合物膜和無(wú)機(jī)分離膜。3、分離膜的性能、分離膜的性能工業(yè)應(yīng)用的分離膜具備的基本條件是：工業(yè)應(yīng)用的分離膜具備的基本條件是：（1）分離性能：要求對(duì)被分離的混合物具有選擇透過(guò)能力，且分離能力要適度。）分離性能：要求對(duì)被分離的混合物具有選擇透過(guò)能力，且分離能力要適度。分離性能用溶質(zhì)分

6、離率表示：分離性能用溶質(zhì)分離率表示：（2）透過(guò)性能：指溶劑的透過(guò)能力盡可能大，用透過(guò)速度表示：）透過(guò)性能：指溶劑的透過(guò)能力盡可能大，用透過(guò)速度表示：（3）物理、化學(xué)穩(wěn)定性：耐熱性、耐壓性、耐酸堿性、抗氧化性、抗微生物性）物理、化學(xué)穩(wěn)定性：耐熱性、耐壓性、耐酸堿性、抗氧化性、抗微生物性要好；機(jī)械強(qiáng)度高；親水性（或疏水性）；壽命長(zhǎng)等。用膜的衰減因數(shù)表示：要好；機(jī)械強(qiáng)度高；親水性（或疏水性）；壽命長(zhǎng)等。用膜的衰減因數(shù)表示： 121ccratvj mttjj14、膜的滲透機(jī)理、膜的滲透機(jī)理（1）毛細(xì)管流動(dòng)模型）毛細(xì)管流動(dòng)模型 溶質(zhì)的截留主要依靠膜微孔結(jié)構(gòu)的過(guò)濾或篩分作用。溶質(zhì)的截留主要依靠膜微孔結(jié)構(gòu)的

7、過(guò)濾或篩分作用。（2）溶解擴(kuò)散模型）溶解擴(kuò)散模型 溶劑分子先溶解于膜材料中，而后再擴(kuò)散傳遞到另一側(cè)。溶劑分子先溶解于膜材料中，而后再擴(kuò)散傳遞到另一側(cè)。二、膜分離器二、膜分離器 應(yīng)用膜分離時(shí)，首先要確定分離過(guò)程的裝置。采用特定的方式使單位體積應(yīng)用膜分離時(shí)，首先要確定分離過(guò)程的裝置。采用特定的方式使單位體積設(shè)備內(nèi)具有最大的膜面積，同時(shí)要考慮到膜的維護(hù)、更換、清洗、原料的預(yù)設(shè)備內(nèi)具有最大的膜面積，同時(shí)要考慮到膜的維護(hù)、更換、清洗、原料的預(yù)處理、操作方便等問(wèn)題。處理、操作方便等問(wèn)題。 各種膜分離裝置主要包括：膜分離器、泵、過(guò)濾器、管路閥門(mén)、儀表等。各種膜分離裝置主要包括：膜分離器、泵、過(guò)濾器、管路閥門(mén)

8、、儀表等。其中膜分離器是其中膜分離器是將膜以某中形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)將膜以某中形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在外界推動(dòng)力，在外界推動(dòng)力的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)混合物分離的器件，又稱的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)混合物分離的器件，又稱膜組件膜組件，為膜分離的核心部分。工，為膜分離的核心部分。工業(yè)膜分離裝置中，可能設(shè)置若干個(gè)膜組件，常用的膜組件形式有四種。業(yè)膜分離裝置中，可能設(shè)置若干個(gè)膜組件，常用的膜組件形式有四種。1、板框式膜組件、板框式膜組件 特點(diǎn)：組裝方便，清洗容易，不易堵塞，特點(diǎn)：組裝方便，清洗容易，不易堵塞， 膜面積變化靈活；但密封邊界長(zhǎng)，膜面積變化靈活；但密封邊界長(zhǎng)， 要求高，單位設(shè)備膜的填充密度小要求

9、高，單位設(shè)備膜的填充密度小 （160500m2/m3）。）。 2、圓管式膜組件、圓管式膜組件（分內(nèi)壓、外壓兩種）（分內(nèi)壓、外壓兩種） 特點(diǎn)：組裝維修方便，流動(dòng)狀態(tài)好；但特點(diǎn)：組裝維修方便，流動(dòng)狀態(tài)好；但 管膜制備難，管口密封困難，單位管膜制備難，管口密封困難，單位 設(shè)備膜的填充密度小設(shè)備膜的填充密度小 （30300m2/m3）。）。3、螺旋卷式膜組件、螺旋卷式膜組件 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位設(shè)備膜的填充密度大特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位設(shè)備膜的填充密度大 （8301600m2/m3）；但清洗不方便，）；但清洗不方便， 組件制作復(fù)雜，內(nèi)部損壞不能更換。組件制作復(fù)雜，內(nèi)部損壞不能更換。4、中空纖維式膜組件、中

10、空纖維式膜組件 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，不需支撐材料，壽命長(zhǎng)，特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，不需支撐材料，壽命長(zhǎng)， 單位設(shè)備膜面積大（單位設(shè)備膜面積大（1600030000m2/m3）；）； 但清洗不方便，流動(dòng)阻力大，易堵塞，但清洗不方便，流動(dòng)阻力大，易堵塞， 內(nèi)部損壞不能更換，對(duì)料液預(yù)處理要求高。內(nèi)部損壞不能更換，對(duì)料液預(yù)處理要求高。 第二節(jié)第二節(jié) 反滲透反滲透一、反滲透過(guò)程的基本原理一、反滲透過(guò)程的基本原理1、滲透和反滲透、滲透和反滲透 一種只能透過(guò)溶劑而不透過(guò)溶質(zhì)的膜，稱為一種只能透過(guò)溶劑而不透過(guò)溶質(zhì)的膜，稱為半透膜半透膜。當(dāng)把溶劑和溶液（或。當(dāng)把溶劑和溶液（或兩種不同濃度的溶液）用半透膜隔開(kāi)時(shí)，兩種不同濃度

11、的溶液）用半透膜隔開(kāi)時(shí)，純?nèi)軇┘內(nèi)軇⒆匀粚⒆匀淮┻^(guò)半透膜自發(fā)地向穿過(guò)半透膜自發(fā)地向溶液溶液（或從低濃度向高濃度）（或從低濃度向高濃度）側(cè)擴(kuò)散流動(dòng)側(cè)擴(kuò)散流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為滲透滲透。 滲透是由于存在化學(xué)位梯度而引起的自然擴(kuò)散現(xiàn)象。在一定滲透是由于存在化學(xué)位梯度而引起的自然擴(kuò)散現(xiàn)象。在一定t、p條件下，條件下，溶液中水的化學(xué)位：溶液中水的化學(xué)位： （1）由于純水中水的化學(xué)位）由于純水中水的化學(xué)位 ，引起純水向溶液方向，引起純水向溶液方向滲透滲透。 p2 = p1 p2 p1 p2 p1 p1 = p2 p1 p2 = p1 p2 wwwnart 00ww（2）隨滲透進(jìn)行，）隨滲透進(jìn)行

12、， p1 ， ，當(dāng)，當(dāng) = 時(shí)滲透達(dá)到平衡，此時(shí)時(shí)滲透達(dá)到平衡，此時(shí)膜兩側(cè)的壓強(qiáng)差，稱為膜兩側(cè)的壓強(qiáng)差，稱為滲透壓滲透壓： p1 p2 = 。（3）若在溶液上方施加大于）若在溶液上方施加大于的壓強(qiáng)，溶液中的水將向純水方向擴(kuò)散，這種的壓強(qiáng)，溶液中的水將向純水方向擴(kuò)散，這種在在壓強(qiáng)差的作用下壓強(qiáng)差的作用下，使，使溶液中的溶劑溶液中的溶劑通過(guò)膜通過(guò)膜向純?nèi)軇┓较驍U(kuò)散流動(dòng)向純?nèi)軇┓较驍U(kuò)散流動(dòng)的過(guò)程，稱的過(guò)程，稱為為反滲透反滲透。2、滲透壓、滲透壓 壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)位的影響：壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)位的影響： 即：即： 因而得因而得 vant hoff 方程式：方程式：=rtci 值與溶液的濃度、溫度有關(guān)，某些溶液值與溶液

13、的濃度、溫度有關(guān)，某些溶液25時(shí)的滲透壓見(jiàn)表時(shí)的滲透壓見(jiàn)表12-2。3、反滲透過(guò)程的推動(dòng)力、反滲透過(guò)程的推動(dòng)力 反滲透過(guò)程的推動(dòng)力可表示為：反滲透過(guò)程的推動(dòng)力可表示為：p= （p1 p2） 實(shí)際的反滲透過(guò)程，透過(guò)液體中含有一些溶質(zhì)，過(guò)程推動(dòng)力為：實(shí)際的反滲透過(guò)程，透過(guò)液體中含有一些溶質(zhì)，過(guò)程推動(dòng)力為： p= （p1 p2） （1 2 ） 因此為進(jìn)行反滲透過(guò)程，在膜兩側(cè)施加的因此為進(jìn)行反滲透過(guò)程，在膜兩側(cè)施加的p必須大于必須大于，一般操作壓強(qiáng)一般操作壓強(qiáng)差為差為210mpa。ww0wwtwvp)(wwwwwwwrtcvxnrtnartv0二、反滲透過(guò)程的傳質(zhì)方程式二、反滲透過(guò)程的傳質(zhì)方程式 反滲

14、透過(guò)程可看作為溶解擴(kuò)散模型，溶劑和溶質(zhì)透過(guò)膜的過(guò)程是：反滲透過(guò)程可看作為溶解擴(kuò)散模型，溶劑和溶質(zhì)透過(guò)膜的過(guò)程是：滲滲透物在膜的料液側(cè)表面吸附和溶解；透物在膜的料液側(cè)表面吸附和溶解；滲透物通過(guò)膜；滲透物通過(guò)膜；滲透物在透過(guò)液側(cè)滲透物在透過(guò)液側(cè)表面解吸。過(guò)程主要取決于第表面解吸。過(guò)程主要取決于第步。步。1、溶劑擴(kuò)散速率方程式、溶劑擴(kuò)散速率方程式 dm nw 式中：式中：pw 溶劑膜滲透率溶劑膜滲透率 kg/（pams）；）； ns kw 溶劑滲透率常數(shù)溶劑滲透率常數(shù) kg/（pam2s）；）； c1 c2 nw 溶劑擴(kuò)散速率溶劑擴(kuò)散速率 kg/（m2s）。）。 p1 p2dxdcdnwwwwwww

15、cdcrtncrtdd)(prtdvcdxrtcdrtdxdcdnmwwwwwwwwww)()(pkpdpnwmww2、溶質(zhì)擴(kuò)散速率方程式、溶質(zhì)擴(kuò)散速率方程式 式中：式中：ks 溶質(zhì)滲透率常數(shù)溶質(zhì)滲透率常數(shù) m/s ； ns 溶質(zhì)擴(kuò)散速率溶質(zhì)擴(kuò)散速率 kg/（m2s），而且），而且 3、溶質(zhì)分離率、溶質(zhì)分離率 例見(jiàn)例例見(jiàn)例12-1。 )()(2121cckccdkdnsmmsss22wwsccnn)(1)(112pbpbccrwswwswkkckkb2三、反滲透的實(shí)際過(guò)程三、反滲透的實(shí)際過(guò)程 1、濃差極化及其影響、濃差極化及其影響 c1i 當(dāng)溶液運(yùn)動(dòng)到膜面時(shí)，溶劑可透過(guò)，但溶質(zhì)被當(dāng)溶液運(yùn)動(dòng)到膜

16、面時(shí)，溶劑可透過(guò)，但溶質(zhì)被截留在膜面附近積累，因此從溶液主體到膜表面建截留在膜面附近積累，因此從溶液主體到膜表面建立起一層有濃度梯度的邊界層，使立起一層有濃度梯度的邊界層，使溶質(zhì)溶質(zhì)在在膜表面處膜表面處 c1 c c2的濃度大于它在溶液主體中的濃度的濃度大于它在溶液主體中的濃度，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為 j濃差極化濃差極化。 l 濃差極化對(duì)過(guò)程不利但無(wú)法避免，其存在一方濃差極化對(duì)過(guò)程不利但無(wú)法避免，其存在一方面溶質(zhì)在膜表面積累，另一方面進(jìn)行反向擴(kuò)散。穩(wěn)態(tài)時(shí)作面溶質(zhì)在膜表面積累，另一方面進(jìn)行反向擴(kuò)散。穩(wěn)態(tài)時(shí)作-截面間物料衡算：截面間物料衡算：通常反滲透過(guò)程要求較高的截留率，即：通常反滲透過(guò)程要

17、求較高的截留率，即：c1ic1c2 ，因而：，因而： m稱為濃差極化因數(shù)稱為濃差極化因數(shù)，m1，m越大說(shuō)明越大說(shuō)明 濃差極化程度越嚴(yán)重。濃差極化程度越嚴(yán)重。dzdcd2jcdzdcdjcicclccdcddzj1120)exp()exp(2121kjdjlccccimkjcci)exp(11（1）濃差極化對(duì)過(guò)程的影響：濃差極化對(duì)過(guò)程的影響：使過(guò)程有效推動(dòng)力下降，或同樣推動(dòng)力下透水率降低；使過(guò)程有效推動(dòng)力下降，或同樣推動(dòng)力下透水率降低；降低溶質(zhì)的分離率；降低溶質(zhì)的分離率；膜上容易析出晶體，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，阻力增大。膜上容易析出晶體，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，阻力增大。（2）影響濃差極化的主要因素：）影響濃差極

18、化的主要因素：透水率；透水率；溶液粘度；溶液粘度；溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)；溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)；膜面處的流動(dòng)狀態(tài)。膜面處的流動(dòng)狀態(tài)。（3）改善濃差極化的措施：）改善濃差極化的措施：增加湍動(dòng)程度；增加湍動(dòng)程度；提高溫度；提高溫度；限制一定的透水率，改進(jìn)膜材料與結(jié)構(gòu)。限制一定的透水率，改進(jìn)膜材料與結(jié)構(gòu)。2、反滲透工藝、反滲透工藝（1）前處理過(guò)程：）前處理過(guò)程：采用沉降、過(guò)濾方法去除固體微粒；采用沉降、過(guò)濾方法去除固體微粒；絮凝沉降除去膠體絮凝沉降除去膠體微粒；微粒；氧化劑除去微生物；氧化劑除去微生物；加沉淀劑除去鈣鎂離子；加沉淀劑除去鈣鎂離子；調(diào)節(jié)溫度和調(diào)節(jié)溫度和ph值。值。（2）工藝流程：分級(jí)（加壓次數(shù)）和段

19、（膜組件數(shù)）工藝流程：分級(jí)（加壓次數(shù)）和段（膜組件數(shù)） 具體有一級(jí)一段流程（包括循環(huán)）、一級(jí)多段流程、多級(jí)多段流程等。具體有一級(jí)一段流程（包括循環(huán)）、一級(jí)多段流程、多級(jí)多段流程等。（3）后處理過(guò)程：）后處理過(guò)程：透過(guò)液的處理；透過(guò)液的處理；濃縮液的處理。濃縮液的處理。（4）膜的處理、清洗和保存：物理、化學(xué)清洗法，干法和濕法保存。）膜的處理、清洗和保存：物理、化學(xué)清洗法，干法和濕法保存。 第三節(jié)第三節(jié) 超濾和微孔過(guò)濾超濾和微孔過(guò)濾一、超濾（一、超濾（uf） 超濾是介于微濾和納濾之間的超濾是介于微濾和納濾之間的以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程，用于液相，用于液相分離。超濾膜

20、一般為非對(duì)稱性膜，表面活性層孔徑為分離。超濾膜一般為非對(duì)稱性膜，表面活性層孔徑為1100nm，膜厚，膜厚0.110m，操作壓差，操作壓差0.10.5mpa，可濾除，可濾除5100nm的微粒（或分子量的微粒（或分子量1000以上以上的物質(zhì)），主要用于的物質(zhì)），主要用于分離溶液中蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)和膠體等分離溶液中蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)和膠體等。1、超濾的分離機(jī)理、超濾的分離機(jī)理 超濾膜的截留機(jī)理主要是篩分作用，包括：超濾膜的截留機(jī)理主要是篩分作用，包括：篩分篩分、阻塞阻塞和和基本吸附基本吸附。超濾。超濾膜表面的孔很小而且不規(guī)則也不均勻，難以測(cè)定，常用膜能截留的物質(zhì)的分膜表面的孔很小而且不規(guī)則也不均勻

21、，難以測(cè)定，常用膜能截留的物質(zhì)的分子量大小來(lái)定義膜孔的大小，稱為子量大小來(lái)定義膜孔的大小，稱為膜的截留分子量膜的截留分子量。 超濾膜的傳質(zhì)方程按細(xì)孔流模型，溶劑滲透通量（超濾膜的傳質(zhì)方程按細(xì)孔流模型，溶劑滲透通量（kg/m2 s）由）由hagenpoiseuille方程式推得：方程式推得：322pdnw2、超濾膜和膜組件、超濾膜和膜組件 超濾膜材料為高分子聚合物聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚砜酰胺等，此外也超濾膜材料為高分子聚合物聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚砜酰胺等，此外也有無(wú)機(jī)膜。膜組件型式有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式。有無(wú)機(jī)膜。膜組件型式有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式。3、超濾膜的污染及其

22、清洗、超濾膜的污染及其清洗4、超濾操作流程、超濾操作流程二、微濾（二、微濾（mf） 微濾是微濾是以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程，用于液相分離。微濾膜一般為對(duì)，用于液相分離。微濾膜一般為對(duì)稱性膜，孔徑為稱性膜，孔徑為0.0520m，膜厚，膜厚90170m，操作壓差，操作壓差0.010.2mpa，可，可濾除濾除0.110m的細(xì)小微粒、細(xì)菌、微生物等，主要用于精密過(guò)濾。的細(xì)小微粒、細(xì)菌、微生物等，主要用于精密過(guò)濾。1、微濾的分離機(jī)理、微濾的分離機(jī)理 微濾的分離機(jī)理為篩濾效應(yīng)，截留作用大體為：微濾的分離機(jī)理為篩濾效應(yīng)，截留作用大體為：機(jī)械截留；機(jī)械截留；物理作用物理作用或吸附

23、；或吸附；架橋作用；架橋作用；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用。傳質(zhì)模型同超濾。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用。傳質(zhì)模型同超濾。2、微濾膜及其膜組件、微濾膜及其膜組件 超濾膜材料為高分子聚合物醋酸纖維素、聚乙烯、聚丙烯等，膜厚超濾膜材料為高分子聚合物醋酸纖維素、聚乙烯、聚丙烯等，膜厚90170m，標(biāo)定孔徑為，標(biāo)定孔徑為0.1m、0.2m、0.5m、2m、4m、5m等。膜組件型等。膜組件型式有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式。式有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式。 此外也有無(wú)機(jī)陶瓷、玻璃、不銹鋼等制成的特定形狀的濾膜組件。此外也有無(wú)機(jī)陶瓷、玻璃、不銹鋼等制成的特定形狀的濾膜組件。3、微濾的操作過(guò)程、微濾的操作過(guò)程 分為死

24、端過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾。分為死端過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾。4、微濾的應(yīng)用、微濾的應(yīng)用（1）飲料的澄清和濾除微生物；）飲料的澄清和濾除微生物；（2）食品中細(xì)菌的檢測(cè)、微生物的檢驗(yàn)；）食品中細(xì)菌的檢測(cè)、微生物的檢驗(yàn)；（3）純水的制造、廢水處理。）純水的制造、廢水處理。第四節(jié)第四節(jié) 超濾、微濾、反滲透在食品工業(yè)中的應(yīng)用超濾、微濾、反滲透在食品工業(yè)中的應(yīng)用1、蛋白質(zhì)的分離；、蛋白質(zhì)的分離；2、食品料液的凈化；、食品料液的凈化；3、食品料液的濃縮；、食品料液的濃縮；4、廢水處理；、廢水處理；5、純水制備。、純水制備。 第五節(jié)第五節(jié) 電滲析電滲析 在溶液中使溶質(zhì)透過(guò)膜的過(guò)程稱為滲析，若在膜兩側(cè)加直流電場(chǎng)，將促使在溶液中使

25、溶質(zhì)透過(guò)膜的過(guò)程稱為滲析，若在膜兩側(cè)加直流電場(chǎng)，將促使離子的滲析過(guò)程加快。這種離子的滲析過(guò)程加快。這種使離子在直流電場(chǎng)的作用下使離子在直流電場(chǎng)的作用下，離子，離子通過(guò)膜進(jìn)行滲通過(guò)膜進(jìn)行滲析遷移析遷移的過(guò)程，稱為的過(guò)程，稱為電滲析電滲析。 電滲析過(guò)程的電滲析過(guò)程的推動(dòng)力推動(dòng)力為為電位差電位差，采用的，采用的膜膜為為離子交換膜離子交換膜，處理的，處理的溶液溶液是是電電解質(zhì)溶液解質(zhì)溶液。一、電滲析的基本原理一、電滲析的基本原理1、離子交換膜、離子交換膜（1）離子交換膜的組成）離子交換膜的組成 離子交換膜是一種含有活性離子交換基團(tuán)的高分子薄膜，其化學(xué)組成與離子交換膜是一種含有活性離子交換基團(tuán)的高分子薄

26、膜，其化學(xué)組成與離子交換樹(shù)脂基本相同，組成大致為；離子交換樹(shù)脂基本相同，組成大致為； 固定部分固定部分 高分子骨架材料（基膜）高分子骨架材料（基膜） 膜的主體膜的主體 離子交換基團(tuán)（固定荷電基團(tuán)）離子交換基團(tuán)（固定荷電基團(tuán)） 離子交換膜離子交換膜 活動(dòng)部分活動(dòng)部分 反離子反離子 滲透離子滲透離子 增強(qiáng)材料（保證膜的強(qiáng)度和尺寸、形態(tài)等）增強(qiáng)材料（保證膜的強(qiáng)度和尺寸、形態(tài)等）（2）離子交換膜的結(jié)構(gòu)）離子交換膜的結(jié)構(gòu) 離子交換膜具有孔隙，在膜的高分子鏈上連著一些可發(fā)生解離的活性基團(tuán)。離子交換膜具有孔隙，在膜的高分子鏈上連著一些可發(fā)生解離的活性基團(tuán)。若連接的是若連接的是酸性活性基團(tuán)酸性活性基團(tuán)的離子交

27、換膜，稱為的離子交換膜，稱為陽(yáng)陽(yáng)離子離子交換膜離子離子交換膜；若連接的；若連接的是是堿性活性基團(tuán)堿性活性基團(tuán)的離子交換膜，稱為的離子交換膜，稱為陰陰離子離子交換膜離子離子交換膜。其結(jié)構(gòu)如下：。其結(jié)構(gòu)如下：（3）離子交換膜的功能）離子交換膜的功能 + 陽(yáng)膜陽(yáng)膜 在水溶液中，膜上的活性基團(tuán)會(huì)發(fā)生解離作用，在水溶液中，膜上的活性基團(tuán)會(huì)發(fā)生解離作用，產(chǎn)生的解離離子（或稱反離子，陽(yáng)膜解離出產(chǎn)生的解離離子（或稱反離子，陽(yáng)膜解離出h+，陰，陰 na+膜解離出膜解離出oh-）進(jìn)入溶液，膜上留下帶相反電荷的）進(jìn)入溶液，膜上留下帶相反電荷的固定基團(tuán)。膜孔中帶電荷的固定基團(tuán)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電固定基團(tuán)。膜孔中帶電荷的固定基

28、團(tuán)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電場(chǎng)，吸引水中的相反離子進(jìn)入膜孔，并在外加電場(chǎng)場(chǎng)，吸引水中的相反離子進(jìn)入膜孔，并在外加電場(chǎng)的作用下通過(guò)膜孔進(jìn)入到另一側(cè)；而水中帶電荷相的作用下通過(guò)膜孔進(jìn)入到另一側(cè)；而水中帶電荷相 cl-同的離子受到排斥被截留。因而離子交換膜具有同的離子受到排斥被截留。因而離子交換膜具有選選擇透過(guò)離子擇透過(guò)離子的功能。的功能。hsorhsor33ohchnrohchnr3333)()(2、電滲析器的分離原理、電滲析器的分離原理 極水極水 cl2 脫鹽水脫鹽水 濃縮水濃縮水 脫鹽水脫鹽水 極水極水 h2 a c a c + 陽(yáng)極室陽(yáng)極室 脫鹽室脫鹽室 1 濃縮室濃縮室 2 脫鹽室脫鹽室 3 陰極室陰極

29、室 極水極水 原溶液原溶液 極水極水 在電滲析器中，陰陽(yáng)膜交替排列在電極之間，將電滲析器分成若干隔室，在電滲析器中，陰陽(yáng)膜交替排列在電極之間，將電滲析器分成若干隔室，插入陽(yáng)極的稱插入陽(yáng)極的稱陽(yáng)極室陽(yáng)極室，插入陰極的稱，插入陰極的稱陰極室陰極室（通極水）；中間隔室通溶液。（通極水）；中間隔室通溶液。（1）分離過(guò)程：接通直流電源后，溶液中正負(fù)離子發(fā)生定向移動(dòng)，陽(yáng)離子穿過(guò)）分離過(guò)程：接通直流電源后，溶液中正負(fù)離子發(fā)生定向移動(dòng)，陽(yáng)離子穿過(guò)陽(yáng)膜向右側(cè)隔室遷移，陰離子穿過(guò)陰膜向左側(cè)隔室遷移。陽(yáng)膜向右側(cè)隔室遷移，陰離子穿過(guò)陰膜向左側(cè)隔室遷移。1、3隔室稱為隔室稱為脫鹽脫鹽室室，2隔室稱為隔室稱為濃縮室濃縮室

30、，由此使得電解質(zhì)溶液得到分離。，由此使得電解質(zhì)溶液得到分離。 nananaclclclcl（2）電極反應(yīng)）電極反應(yīng) 陽(yáng)極室發(fā)生氧化反應(yīng)：陽(yáng)極室發(fā)生氧化反應(yīng)：h2o h+ + oh- 4oh- 4e 2h2o + o2 2 cl- 2e cl2 h+ + cl- hcl 陰極室發(fā)生還原反應(yīng)：陰極室發(fā)生還原反應(yīng)：h2o h+ + oh- 2h+ + 2e h2 na+ + oh- naoh 電極反應(yīng)的結(jié)果：陽(yáng)極室溶液呈酸性，陰極室溶液堿性。若水中存在鈣鎂電極反應(yīng)的結(jié)果：陽(yáng)極室溶液呈酸性，陰極室溶液堿性。若水中存在鈣鎂離子時(shí)，會(huì)生成沉淀沉積在電極上，為保護(hù)電極，引入極水對(duì)電極進(jìn)行沖洗。離子時(shí)，會(huì)生成沉淀沉積在電極上，為保護(hù)電極，引入極水對(duì)電極進(jìn)行沖洗。3、電滲析的基本概念、電滲析的基本概念（1）faraday定律：定律：電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上參與反應(yīng)的物質(zhì)量正比電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上參與反應(yīng)的物質(zhì)量正比于通電時(shí)間和電流，即：于通電時(shí)間和電流，即：q=it；每通過(guò)每通過(guò)96500c的電量，在任一電極上發(fā)生的電量，在任一電極上發(fā)生得失得失1mol電子的反應(yīng)。電子的反應(yīng)。（2）離子遷移速度：電解質(zhì)溶液中的離子在電場(chǎng)力的推動(dòng)下移動(dòng)，一維情況下）離子遷移速度：電解質(zhì)溶液中的離子在電場(chǎng)力的推動(dòng)下移動(dòng)，一維情況下可用類似于可用類似