分離膜與膜分離組件

1、第二章 分離膜與膜分離組件第一節(jié) 分離膜的種類(lèi)一、高分子膜目前，市場(chǎng)銷(xiāo)售的分離膜主要以高分子膜為主，它幾乎涵蓋了所有的膜過(guò)程，得到了廣泛的應(yīng)用，主要品種如下。1醋酸纖維素膜2聚砜類(lèi)膜3聚丙烯腈膜4聚酰胺類(lèi)膜 5其它類(lèi)聚合物膜（1）聚偏氟乙烯超濾膜 該膜可以高壓消毒，耐一般的溶劑，耐游離氯性強(qiáng)于聚砜超濾膜，廣泛地用于超濾和微濾過(guò)程。但該膜是疏水性的，經(jīng)膜表面改性后可改善其親水性，如Millipore公司的Durapore膜。（2）再生纖維素膜 該膜的親水性較強(qiáng)，對(duì)蛋白的吸附性較弱，耐溶劑性好，使用溫度可達(dá)到75，如美國(guó)Amicon公司的YM系列超濾膜。二、無(wú)機(jī)膜 常用的無(wú)機(jī)分離膜為陶瓷膜、玻璃膜

2、、金屬膜（含碳）和沸石膜等。 第二節(jié) 分離膜的制備高分子膜的制備方法有很多種，如熱壓成型法、相轉(zhuǎn)化法、浸涂法、輻照法、表面化學(xué)改性法、等離子聚合法、拉伸成孔法、核徑跡法、動(dòng)力形成法等等。無(wú)機(jī)分離膜的制備方法亦有多種，如燒結(jié)法、溶膠凝膠法、分相法、壓延法、化學(xué)沉淀法等等。其中最主要的是溶膠凝膠法一、均質(zhì)對(duì)稱(chēng)膜的制備（一）致密均質(zhì)膜致密膜一般指結(jié)構(gòu)緊密的膜，其孔徑在1.5nm以下，膜中的高分子以分子狀態(tài)排列。致密均質(zhì)膜廣泛用于表征膜材料的性質(zhì)。常用的制備方法是溶液澆注法，其制備過(guò)程為：將膜材料用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙猓瞥删鶆虻蔫T膜液，將鑄膜液傾倒在鑄膜板上，用特制刮刀使之鋪展成具有一定厚度的均勻薄層，然

3、后移置特定環(huán)境中讓溶劑完全揮發(fā)，最后形成均勻薄膜。（二）微孔均質(zhì)膜1拉伸法制微孔濾膜該方法主要用于聚烯烴類(lèi)材料。拉伸法制膜一般要經(jīng)過(guò)二步。首先將溫度已達(dá)其熔點(diǎn)附近的高分子經(jīng)過(guò)擠壓、并在迅速冷卻下制成高度定向的結(jié)晶膜，然后將該膜沿機(jī)械力方向再拉伸幾倍，這一次拉伸破壞了它的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生裂縫狀的孔隙。這種方法一般稱(chēng)為Celgard法。 GoreTex®型膜采用的是另一種采用拉伸成孔法，由聚四氟乙烯制備的微孔分離膜。GoreTex®拉伸多孔膜的孔隙率高，孔徑范圍寬，具有極高的化學(xué)惰性，可以過(guò)濾有機(jī)溶劑和熱的無(wú)機(jī)酸和堿，是一種重要的微孔濾膜。2燒結(jié)法制微孔濾膜將粉狀高分子聚合物均

4、勻加熱，控制溫度及壓力，使粉粒間存在一定空隙。只使粉粒的表面熔融但并不全熔，從而相互粘結(jié)形成多孔的薄層或塊狀物。再進(jìn)行機(jī)械加工成為濾膜。該膜孔徑的大小，主要由原料粉的粒度及溫度來(lái)控制。在燒結(jié)過(guò)程中，由于表面熔融，顆粒又互相集聚，因而使空隙變得緊密。燒結(jié)所需的溫度是根據(jù)成膜材料的粒度、壓力、大氣環(huán)境以及是否有增塑劑或其他添加劑而異。分子量大或不加增塑劑的聚合物，燒結(jié)溫度一般較高。該法除使用單一的成膜材料外，還可在燒結(jié)材料中混入另一種不相熔合的材料，待燒結(jié)完畢后再用溶劑萃取除去。此法多用于聚乙烯和聚四氟乙烯等膜材料。3核徑跡刻蝕法制微孔濾膜（核孔濾膜）由放射性同位素裂變產(chǎn)生的碎片，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后基本以

5、垂直方向進(jìn)入高分子薄膜，由于帶電粒子的通過(guò)，在所經(jīng)過(guò)的路徑上使周?chē)姆肿影l(fā)生電離并受到激發(fā)，聚合物分子的長(zhǎng)鏈斷裂。由于在斷裂處形成活性很高的新鏈端，在此區(qū)域內(nèi)的材料有較高的化學(xué)反應(yīng)能力，能夠優(yōu)先被化學(xué)蝕刻劑所溶解。將照射后的高分子薄膜放人一定溫度和濃度的化學(xué)蝕刻劑中(酸或堿)侵蝕，蝕刻劑優(yōu)先溶解輻射損傷區(qū)的材料，蝕刻一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)蝕穿的孔洞篩孔。膜孔的大小由浸蝕的程度來(lái)控制。因?yàn)槭怯杀砻嬷饾u向膜的中部浸蝕，所以實(shí)際上孔形并非是整齊的圓柱體，而是呈錐體形。4溶出法制微孔濾膜溶出法是指在制膜基材中混入某些可溶出的高分子材料，或其它可溶的溶劑，或與水溶性固體細(xì)粉混煉。成膜后用水或其他溶劑將可溶性

6、物質(zhì)溶出，從而形成多孔膜。例如，將二醋酸纖維素和聚乙二醇共溶于丙酮、二氯甲烷等混合溶劑中，將配成的溶液在玻璃板上刮膜后，讓溶劑蒸發(fā)，再用水將致孔的增塑劑聚乙二醇溶出后，制成多孔膜。如將食鹽、碳酸鈣等細(xì)粉混入聚合物中制膜，再用水或酸溶出，也能制成多孔膜。但這類(lèi)多孔膜的孔隙率和孔徑均勻性都較差。二、非對(duì)稱(chēng)膜的制備在膜過(guò)程中用得最多的是非對(duì)稱(chēng)膜，液-固相轉(zhuǎn)化法是最主要的制造非對(duì)稱(chēng)膜的方法。第一張具有高脫鹽率和高通量的醋酸纖維素非對(duì)稱(chēng)反滲透膜就是用這個(gè)方法制造的。另一種具有非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的分離膜為復(fù)合膜。它是先制成多孔支撐層，再在其表面覆蓋一層致密薄層（皮層）。它與上面提到的非對(duì)稱(chēng)膜的區(qū)別在于：多孔支撐層

7、和致密層不是一次同時(shí)形成而是分兩次制成的；復(fù)合膜的皮層膜材料一般與支撐層的膜材料不同。復(fù)合膜的制備方法有高分子溶液涂敷、界面縮聚、就地聚合、等離子體聚合、水上延伸動(dòng)力形成法等。其中以界面縮聚和就地聚合兩種用得最多。（一）相轉(zhuǎn)化制膜法相轉(zhuǎn)化是一種以某種控制方式使聚合物從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的過(guò)程，這種固化過(guò)程通常是由一個(gè)均相液態(tài)轉(zhuǎn)變成兩個(gè)液態(tài)（液液分相）而引發(fā)的。在相分離達(dá)到一定程度時(shí)，其中一個(gè)液相（聚合物濃度高的相）固化，結(jié)果形成了固體本體。通過(guò)控制相轉(zhuǎn)化的初始階段，可以控制膜的形態(tài)，即是多孔的還是無(wú)孔的。 相轉(zhuǎn)化包括許多不同的方法，如溶劑蒸發(fā)凝膠法、控制蒸發(fā)凝膠法、熱凝膠法、蒸氣相凝膠法及浸沉凝膠

8、法。大部分的相轉(zhuǎn)化膜是利用浸沉凝膠法制得的。三、復(fù)合膜制備工藝膜技術(shù)發(fā)展史中的一個(gè)重要突破是用相轉(zhuǎn)化法成功制備了不對(duì)稱(chēng)膜。它是由一個(gè)很薄的具有選擇性的皮層（一般為0.11mm）和由同種材料構(gòu)成的多孔亞層構(gòu)成。另一個(gè)重要突破是開(kāi)發(fā)了不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜。在這種膜中，一個(gè)薄薄的致密皮層支撐在多孔亞層上，皮層和亞層是由不同的聚合物材料制成的。復(fù)合膜的優(yōu)點(diǎn)在于可以分別選用適當(dāng)?shù)钠雍蛠唽邮怪谶x擇性、滲透性、化學(xué)和熱穩(wěn)定性等方面得到優(yōu)化。通常多孔亞層也是由相轉(zhuǎn)化法制備的，皮層難以用相轉(zhuǎn)化法制得。目前制造復(fù)合膜的方法有：浸涂、噴涂、旋轉(zhuǎn)涂敷、界面聚合、原位聚合、等離子聚合、接枝等。除了溶液涂敷（浸涂、旋轉(zhuǎn)

9、涂敷和噴涂）外，其它幾種方法都是通過(guò)聚合反應(yīng)，形成很薄的新聚合物層。四、無(wú)機(jī)膜制備工藝上世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的溶膠一凝膠（Sol-Gel）方法可被視為能與制備不對(duì)稱(chēng)聚合物膜的 Loeb-Sourirajan方法相媲美的無(wú)機(jī)膜制備上的突破。以金屬或碳為基礎(chǔ)的不同類(lèi)型的微濾膜已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，但由于孔徑較大，其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)有限。采用溶膠一凝膠過(guò)程可以制備具備超濾性質(zhì)的中孔層，有可能通過(guò)Knudsen機(jī)理實(shí)現(xiàn)氣體分離。另外，這種中孔層也是進(jìn)一步致密化的基礎(chǔ)。采用溶膠一凝膠方法制備無(wú)機(jī)膜關(guān)鍵是控制膜的完整性，即避免針孔和裂紋等缺陷的產(chǎn)生，膜的性能取決于溶膠、支撐體性質(zhì)、及凝膠膜干燥熱處理等條件。 第

10、三節(jié) 膜的分離特性膜的性能通常包括分離透過(guò)特性和物理化學(xué)性能。膜物理化學(xué)性能主要包括承壓性、耐溫性、耐酸堿性、抗氧化性、耐生物與化學(xué)侵蝕性、機(jī)械強(qiáng)度、膜的厚度、可萃取物、含水量、毒性、生物相容性、親水性和疏水性、孔隙率、電性能、膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及膜的平均孔徑等等。膜的分離透過(guò)特性主要是指分離效率和滲透通量，不同膜分離過(guò)程表述方法如表2-3所示。表2-3 膜的分離透過(guò)特性表示方法膜分離過(guò)程分離性能透過(guò)性能反滲透、納濾脫鹽率純水透過(guò)速率超濾截留相對(duì)分子質(zhì)量、截留率純水透過(guò)速率微濾膜的平均孔徑、最大孔徑過(guò)濾速率電滲析交換容量，脫鹽率反離子遷移數(shù)氣體分離分離系數(shù)滲透系數(shù)、滲透速率滲透氣化分離系數(shù)滲透速率

11、滲析溶質(zhì)透過(guò)系數(shù)過(guò)濾系數(shù)膜的孔徑是表征膜性能的重要指標(biāo)，它是決定膜的分離透過(guò)特性的最主要因素。有關(guān)膜孔徑的測(cè)量方法有直接觀測(cè)方法和間接方法。 一、直接法1電子顯微鏡2、原子力顯微鏡(AFM)二、間接法1泡點(diǎn)法2液體流速法3汞壓入法4標(biāo)準(zhǔn)顆粒過(guò)濾法5細(xì)菌過(guò)濾法6氣體吸附-脫附法7熱測(cè)孔法8滲透測(cè)孔法9液體置換法10核磁共振法第四節(jié) 膜分離組件及其設(shè)計(jì)所有膜裝置的核心部分都是膜組件，即按一定技術(shù)要求將膜組裝在一起的組合構(gòu)件。膜組件一般包括膜、膜的支撐體或連接物、與膜組件中流體分布有關(guān)的流道、膜的密封、外殼以及外接口等。在開(kāi)發(fā)膜組件的過(guò)程中，必須考慮以下幾個(gè)基本要求：流體分布均勻，無(wú)死角；具有良好的

12、機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；裝填密度大；制造成本低；易于清洗；壓力損失小。此外，在設(shè)計(jì)膜組件的結(jié)構(gòu)時(shí)，還必須考慮傳遞阻力因素，應(yīng)該注意傳遞阻力（特別是濃差極化和壓力損失）在氣態(tài)和蒸汽體系中的重要程度完全不同于在液態(tài)體系中的重要程度。一、管式膜組件 與毛細(xì)管和中空纖維不同，管式膜不是自支撐的。這種膜被固定在一個(gè)多孔的不銹鋼、陶瓷或塑料管內(nèi)，管直徑通常624mm，每個(gè)膜組件中膜管數(shù)目一般為418根，當(dāng)然也不局限于這個(gè)數(shù)目。如圖2-19所示，原料一般是流經(jīng)膜管中心，而滲透物通過(guò)多孔支撐管流入膜組件外殼。這種管狀膜的裝填密度是很低的，一般低于300m2m3。陶瓷膜組件的一種特殊類(lèi)型為蜂窩結(jié)構(gòu)，如

13、圖2-20所示，在陶瓷“塊”中開(kāi)有若干個(gè)孔，用溶膠凝膠法在這些管的內(nèi)表面上覆蓋一層很薄的-氧化鋁或氧化鋯（ZrO2）皮層。管式膜組件的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制濃差極化，流動(dòng)狀態(tài)好，可大范圍地調(diào)節(jié)料液的流速；膜生成污垢后容易清洗；對(duì)料液的預(yù)處理要求不高并可處理含懸浮固體的料液。其缺點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用較高；單位體積內(nèi)膜的面積較低。使用管式膜組件應(yīng)注意：（1）按照料液中最大粒子的大小應(yīng)為管道直徑的十分之一的原則。對(duì)于直徑為0.5和1寸的管式膜，料液中的粒子的直徑應(yīng)分別小于1.25mm和2.5mm。 （2）管式膜推薦料液流速一般為26m/sec。例如，對(duì)于PCI和KOCH管式膜組件，要求每個(gè)膜組件的進(jìn)液

14、量為1634噸/時(shí)，而CeraMemPMA和US Filter無(wú)機(jī)膜組件，要求每個(gè)膜組件的進(jìn)液量為64噸/時(shí)。 （3）管式膜的清洗系統(tǒng)可以采用CIP技術(shù)，也可以采用海綿球清洗的方法。 （4）由于管式膜組件具有低的填充密度，組件中含有較大的料液量，在進(jìn)行濃縮操作時(shí)要加以注意。 （5）管式膜的費(fèi)用：對(duì)于聚合物管式膜系統(tǒng)，設(shè)備的投資為13001500美元/平方米膜，膜的更換費(fèi)用為85700美元/平方米膜；對(duì)于無(wú)機(jī)膜系統(tǒng)，設(shè)備的投資為22006000美元/平方米膜，膜的更換費(fèi)用為500-3000美元/平方米膜。 圖2-19 管式膜組件圖2-20 蜂窩結(jié)構(gòu)陶瓷膜組件截面圖二、中空纖維膜組件 組件中裝配的

15、中空纖維膜的直徑要比毛細(xì)管膜細(xì)得多。中空纖維膜組件可用于超濾、反滲透和氣體分離等過(guò)程。在多數(shù)應(yīng)用情況下，被分離的混合物流經(jīng)中空纖維膜的外側(cè)，而滲透物則從纖維管內(nèi)流出，即多數(shù)情況下外壓使用。因此更為耐壓，可以承受高達(dá)10MPa的壓差。除了Toyobo公司生產(chǎn)的中空纖維膜之外，絕大多數(shù)實(shí)用的中空纖維膜都是不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。中空纖維膜組件與毛細(xì)管膜組件的形式是相同的，其差異僅僅在于膜的規(guī)格不同。中空纖維膜組件是裝填密度最高的一種膜組件構(gòu)型，可以達(dá)到30000m2m3。在膜組件中裝有一個(gè)有孔的中心管，原料液從該管流入，這種情況下纖維呈環(huán)狀排列并在滲透物側(cè)予以封裝。從外向內(nèi)流動(dòng)式的一個(gè)缺點(diǎn)是可能發(fā)生溝流，即原

16、料傾向于沿固定路徑流動(dòng)而使有效膜面積下降。采用中心管可以使原料液在腹內(nèi)分布得更為均勻，從而提高膜面積利用率。 新的膜組件的開(kāi)發(fā)主要是為了最大程度地減少污染和濃差極化。實(shí)現(xiàn)這一目的的方法之一就是改變流道形狀，如用橫向流代替切向流。使用皮層在外側(cè)的中空纖維或毛細(xì)管膜的橫向流膜組件就是一個(gè)例子。在這種膜組件中原料垂直于纖維流動(dòng)，如圖2-22所示，這強(qiáng)化了邊界層的傳質(zhì)過(guò)程。此時(shí)纖維本身起到湍流強(qiáng)化器的作用，如圖所示，纖維可以有不同的排列方式。這種膜組件結(jié)構(gòu)不僅有利于微濾、超濾和反滲透等壓力驅(qū)動(dòng)過(guò)程而且也有利于滲透汽化、液膜和膜接觸反應(yīng)器等過(guò)程。 圖2-21 中空纖維膜組件示意圖圖2-22 橫向流膜組件

17、示意圖纖維排列方法（a）順排，(b)錯(cuò)排 中空纖維膜組件的開(kāi)發(fā)成功有兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是制作能長(zhǎng)期耐壓的中空纖維并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；二是要使水在纖維間均勻流動(dòng)。組件的主要特點(diǎn)是：（1）組件能做到非常小型化。由于不用支撐體，在組件內(nèi)能裝幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)根中空纖維，所以有極高的膜裝填密度，一般為1600030000m2/m3；（2）透過(guò)水側(cè)的壓力損失大。透過(guò)膜的水是由極細(xì)的中空纖維膜的中心部位引出，壓力損失能達(dá)數(shù)個(gè)大氣壓；（3）膜面污垢去除較困難。只能采用化學(xué)清洗而不能進(jìn)行機(jī)械清洗；（4）中空纖維膜一旦損壞是無(wú)法更換的；（5）對(duì)進(jìn)料液要求嚴(yán)格的預(yù)處理。盡管中空纖維型組件存在一些缺點(diǎn)，但由于中空纖維膜生產(chǎn)

18、的工業(yè)化，以及組件膜的高裝填密度和高產(chǎn)水量，因此它和螺旋卷式膜組件一樣，是重點(diǎn)研究發(fā)展的型式之一。 三、板框式膜組件 板框式膜組件可用于反滲透、微濾、超濾和滲透汽化等膜過(guò)程。這種膜組件構(gòu)型與實(shí)驗(yàn)室用的平板膜最接近。在所有的板框式膜組件結(jié)構(gòu)中，基本的部件是：平板膜、支撐膜的平盤(pán)與進(jìn)料邊起流體導(dǎo)向作用的平盤(pán)。將這些部件以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合堆疊在一起，構(gòu)成板框式膜組件。另外一種形式是板框式膜堆。它是由兩張膜一組構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)，兩張膜的原料側(cè)相對(duì)，由此構(gòu)成原料腔室和滲透物腔室。在原料腔室和滲透物腔室中安裝適當(dāng)?shù)拈g隔器。采用密封環(huán)和兩個(gè)端板將一系列這樣的膜組安裝在一起以滿(mǎn)足一定的膜面積要求，這便構(gòu)成板框式膜堆

19、。這類(lèi)膜組件的裝填密度約為100400m2m3。圖2-23為板框式膜組件流道示意圖。為減少溝流即防止流體集中于某一特定流道，膜組件中設(shè)計(jì)了檔板。表2-7列出了國(guó)外市場(chǎng)上幾種常見(jiàn)的板框式膜組件。 板框式膜組件的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是，每?jī)善ぶg的滲透物都是被單獨(dú)引出來(lái)的，因此，可以通過(guò)關(guān)閉各個(gè)膜組件來(lái)消除操作中的故障，而不必使整個(gè)膜組件停止運(yùn)轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)是在板框式膜組件中需要個(gè)別密封的數(shù)目太多，另外內(nèi)部壓力損失也相對(duì)較高（取決于流體轉(zhuǎn)折流動(dòng)的情況）。圖2-23 板框式膜組件流道示意圖四、螺旋卷繞式膜組件膜組件中最重要的類(lèi)型是螺旋卷繞式膜組件。它首先是為反滲透過(guò)程開(kāi)發(fā)的但目前也被用于超濾和氣體分離過(guò)程。圖2

20、-24是卷繞式膜組件的構(gòu)造示意圖。1透過(guò)液集水管；透過(guò)液隔網(wǎng)，三個(gè)邊界密封；膜；密封邊界圖2-24卷繞式膜組件的構(gòu)造示意圖從圖2-24可以看出，在卷繞式膜組件中，一個(gè)（或者多個(gè)）膜袋與由塑料制成的隔網(wǎng)配套，按螺旋形式圍著滲透物收集管卷繞。膜袋是由兩層膜構(gòu)成的，兩層膜之間設(shè)有多孔的塑料網(wǎng)狀織物（滲透物隔網(wǎng)）。膜袋有三面是封閉的，第四面(即敞開(kāi)的那一面)接到帶有孔的滲透物收集管上。原料溶液從端面進(jìn)入，按軸向流過(guò)膜組件，而滲透物在多孔支撐層中按螺旋形式流進(jìn)收集管。要說(shuō)明的是，進(jìn)料邊隔網(wǎng)并不只是起著使膜之間保持一定間隔的作用，至少還對(duì)物料交換過(guò)程有著重要的促進(jìn)作用（在流動(dòng)速度相對(duì)較低的情況下可控制濃差

21、極化影響）。組件的裝填密度比板框式膜組件高，但這也取決于流道寬度，而該寬度由原料側(cè)和滲透物側(cè)之間的隔網(wǎng)決定。圖2-25為裝有隔網(wǎng)的原料通道的橫截面圖。這種隔網(wǎng)對(duì)傳質(zhì)和壓降有很大的影響。因此，螺旋卷繞式膜組件在應(yīng)用中已獲得很大程度的成功，因?yàn)樗鼈儾粌H結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)不易污染。圖2-25原料通道的橫截面圖 1974年，針對(duì)廢水處理應(yīng)用而設(shè)計(jì)的卷繞式膜組件開(kāi)始供應(yīng)市場(chǎng)，在設(shè)計(jì)中特別考慮到了結(jié)構(gòu)上的易清洗性。與標(biāo)準(zhǔn)的組件相比，對(duì)整個(gè)膜卷繞件（包括間隔材料）進(jìn)行無(wú)縫包裝，以代替膜板與外殼壁之間的唇形密封，這種措施可以避免存在靜水區(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在靜水區(qū)中易形成生物污垢；用矩形結(jié)構(gòu)進(jìn)料間隔板代

22、替菱形結(jié)構(gòu)的進(jìn)料間隔板，其橫向流動(dòng)隔板比置于主流向的隔板更?。豢偟拈g隔板厚度由0.5mm增至0.9mm。為了使裝置達(dá)到較高的收率，常常需要將多個(gè)元件（可多達(dá)6個(gè)）安裝在一個(gè)耐壓外殼中。卷式膜組件的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉;裝填密度相對(duì)較高；由于有進(jìn)料分隔板，物料交換效果良好；低能耗；膜的更換及系統(tǒng)的投資較低。不足是：滲透邊流體流動(dòng)路徑較長(zhǎng)；難以清洗；膜必須是可焊接和可粘結(jié)的；料液的預(yù)處理要求嚴(yán)格。五、特殊膜組件1旋轉(zhuǎn)式膜組件1979年Lopez-leiva提出，采用使膜旋轉(zhuǎn)的方法達(dá)到減少膜的濃差極化效果，進(jìn)而防止膜的污染問(wèn)題，隨后商業(yè)化產(chǎn)品問(wèn)世。如圖2-26所示，膜固定在旋轉(zhuǎn)的圓筒上，并放入

23、一個(gè)靜止的圓筒內(nèi)，料液在壓力下沿軸向低流速地通過(guò)兩圓筒間的環(huán)形間隙，透過(guò)液從內(nèi)筒引出，其中內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)速度為5004000轉(zhuǎn)/分。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)一定值時(shí)，產(chǎn)生Taylor渦流，這種渦流能產(chǎn)生巨大的湍流并將溶質(zhì)從膜表面上帶走。由于旋轉(zhuǎn)膜表面可以產(chǎn)生100000秒-1的剪切力，這相當(dāng)于10倍的常規(guī)錯(cuò)流設(shè)備產(chǎn)生的效果。如圖2-27所示，該組件能有效地控制膜的濃差極化，進(jìn)而減輕膜的污染。因此該系統(tǒng)特別適合應(yīng)用于環(huán)境工程與生物工程等領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)式膜組件允許壓力和剪切速度的獨(dú)立控制，膜組件的入口與出口沒(méi)有明顯的壓降，因此可以準(zhǔn)確控制跨膜壓差。該組件的滲透速率比傳統(tǒng)的切線(xiàn)流系統(tǒng)高出3-10倍，而能耗比其他組件要低。另外一種該類(lèi)型的膜組件是將膜固定在一個(gè)靜止圓筒的外面，在此圓筒的外面安裝旋轉(zhuǎn)的圓筒并形成環(huán)隙。這兩種類(lèi)型的組件可以做得很小，如Membrex的Benchmark(0.020.04m2)和Pacesetter(0.04、0.125、0.25m2)型號(hào)的旋轉(zhuǎn)式膜組件。但由于大型的旋轉(zhuǎn)圓筒的不穩(wěn)定性及較低的裝填密度，這種旋轉(zhuǎn)式膜組件難以放大為工業(yè)化裝置。透過(guò)液靜止外殼料液膜轉(zhuǎn)筒Taylor渦流截留液圖2-26 旋轉(zhuǎn)式膜組件