食品工程原理-膜分離技術

膜分離技術及其應用膜分離發(fā)展過程和趨勢可用？高增長低增長透析微濾超濾反滲透電滲析控制釋放氣體分離滲透汽化雙極膜液膜膜反應器閘膜活化傳遞微濾

0.1～10m：細菌、煤灰、發(fā)酵細胞、顏料、蛋白等超濾0.005～0.1m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾0.0005～0.005m：低聚糖、染料、多價離子反滲透0.0001～0.001m：電解質、大于100Da的有機溶質水、小于100Da的有機溶質

膜的適用范圍膜料液水小分子大分子滲透液定義：

具有選擇性分離的功能薄膜材料。

“21世紀的多數(shù)工業(yè)中，膜技術扮演著戰(zhàn)略的角色”“誰掌握了膜技術，誰就掌握了21世紀的未來”膜的簡介報告內容膜技術簡介發(fā)展歷史專業(yè)術語應用實例典型膜過程反滲透超濾微濾陶瓷膜技術

膜的發(fā)展歷史1748年AbbleNelkt發(fā)現(xiàn)水能自然地擴散到裝有酒精的豬膀胱內，首次揭示了膜分離現(xiàn)象；1827年Dutrochet引入名詞滲透（Osmosis）；1861年Schmidt提出超濾概念；1864年Traube成功研制了人類歷史上第一張人造膜（亞鐵氰化銅膜）1918年Zsigmondy提出了商品微濾膜的制備方法，并將其應用于微生物、微粒等方面的分離和富集；1950年W.Juda成功研制了第一張具有實用價值的離子交換膜；1960年Loeb和Sourirajan研制出第一張不對稱的醋酸纖維素反滲透膜，導致了膜分離技術進入了實用和裝置的研制階段；1967年以后在美國、丹麥、日本等國出現(xiàn)了多家膜及其組件的生產(chǎn)廠家，逐漸開始了膜分離技術的規(guī)模應用。我國1958年開始研究離子交換膜和電滲析，1966年開始研究RO、UF、MF、液膜、氣體分離等膜分離過程應用與開發(fā)研究。80年代后期又陸續(xù)開展了滲透汽化、膜萃取、膜蒸餾和膜反應等新膜過程的研究，并著手進行膜技術的推廣應用工作。國內主要的膜研究和推廣單位：1）氣體分離：大連化學物理研究所（天邦膜公司）2）液體分離：杭州水處理技術中心（西斗門公司）天津紡織工學院（膜天公司）3）無機膜：南京工業(yè)大學（久吾高科）中國科技大學膜的發(fā)展歷史膜的發(fā)展歷史膜的簡介特征：具有選擇性分離的功能薄膜材料，以及以其為核心的裝置、過程、工藝的集成與應用特點：無相變、低能耗高效率、污染小工藝簡單、操作方便便于與其它技術集成濃縮液進料液滲透液膜的分類膜的的適適用用范范圍圍分離離對對象象的的粒粒徑徑分分布布膜元元件件

膜元元件件膜分分離離的的形形式式————錯錯流流過過濾濾終端端過過濾濾污染染嚴嚴重重錯流流過過濾濾污染染輕輕膜過過程程的的一一些些術術語語膜過過程程的的一一些些術術語語錯流流過過濾濾錯流流過過濾濾的的優(yōu)優(yōu)點點：：(1)便于于連連續(xù)續(xù)化化操操作作過過程程中中控控制制循循環(huán)環(huán)比比；；(2)流流體體流流動動平平行行于于過過濾濾表表面面，，產(chǎn)產(chǎn)生生的的表表面面剪剪切切力力帶帶走走膜膜表表面面的的沉沉積積物物，，防防止止污污染染層層積積累累，，使使之之處處于于動動態(tài)態(tài)平平衡衡，，從從而而有有效效地地改改善善液液體體分分離離過過程程，，使使過過濾濾操操作作可可以以在在較較長長的的時時間間內內連連續(xù)續(xù)進進行行；；(3)錯錯流流過過濾濾所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的流流體體剪剪切切力力和和慣慣性性舉舉力力能能促促進進膜膜表表面面的的溶溶質質向向流流體體主主體體的的反反向向運運動動，，提提高高了了過過濾濾速速度度。。膜過過程程的的一一些些術術語語膜過過程程的的一一些些術術語語通量量：在在一一定定操操作作條條件件下下，，單單位位時時間間通通過過單單位位面面積積膜膜的的體體積積流流量量。。單單位位L/m2.h選擇擇性性：將將混混合合物物總總的的組組分分分分離離開開來來的的能能力力。。1））液液體體分分離離的的選選擇擇性性常常用用截截留留率率表表示示：：R＝＝1－－Cp/Cf2））氣氣體體分分離離或或有有機機溶溶劑劑混混合合物物的的分分離離常常用用分分離離因因子子表表示示選選擇擇性性：：A/B＝(yA/yB)/(xA/xB)，，其其中中y表表示示滲滲透透側側各各組組分分的的濃濃度度，，x表表示示原原料料側側的的濃濃度度。。當當A/B等于于1，，表表示示無無法法實實現(xiàn)現(xiàn)分分離離目目的的，，大大于于1表表示示A組組分分通通過過膜膜的的速速度度大大于于B組組分分。。通量量衰衰減減系系數(shù)數(shù)m：：由于于過過程程的的濃濃差差極極化化、、膜膜的的壓壓密密、、膜膜污污染染等等的的影影響響，，使使得得通通量量隨隨時時間間的的變變化化膜過過程程的的一一些些術術語語膜過過程程的的一一些些術術語語推動動力力：1））對對多多孔孔膜膜而而言言，，在在對對流流流流動動的的情情況況下下，，傳傳質質推推動動力力是是膜膜兩兩側側的的壓壓力力差差。。膜壓壓降降：：P1-P2，，是是由由于于流流體體流流動動引引起起的的。。2））對對致致密密膜膜而而言言，，推推動動力力為為膜膜兩兩側側的的化化學學勢勢之之差差。。P1P2P3P＝＝（（P1＋＋P2））/2－－P3膜過過程程的的一一些些術術語語濃差差極極化化：：在膜膜分分離離過過程程中中，，一一部部分分溶溶質質被被截截留留，，在在膜膜表表面面及及靠靠近近膜膜表表面面區(qū)區(qū)域域的的濃濃度度越越來來越越高高，，造造成成從從膜膜表表面面到到本本體體溶溶液液之之間間產(chǎn)產(chǎn)生生濃濃度度梯梯度度，，這這一一現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為““濃濃差差極極化化””。。123CfCmCp濃差差膜膜層層滲滲透透側側極化化層層極極化化層層傳遞遞阻阻力力：：1））膜阻阻Rm:與膜膜本本身身的的結結構構有有關關，，包包含含膜膜層層到到支支撐撐層層的的傳傳遞遞阻阻力力；；2））濃差差極極化化阻阻力力Rc：：由于于被被截截留留組組分分在在膜膜面面濃濃度度的的增增大大而而引引起起的的；；3）推動力力的損損失：：進料側側和滲滲透側側的壓壓力損損失；；4）膜污染染阻力力：由于物物料中中的成成分對對膜產(chǎn)產(chǎn)生吸吸附、、堵塞塞、以以及沉沉積等等現(xiàn)象象而引引起的的。膜過程程的一一些術術語Rm膜管本本身阻阻力Ri膜孔內內污染染阻力力Rg凝膠層層阻力力Rc濃差極極化阻阻力膜污染染膜污染染阻力力的概概念模模型膜過程程的一一些術術語膜污染染：指處處理物物料中中的微微粒、、膠體體粒子子或溶溶質大大分子子由于于與膜膜存在在物理理化學學相互互作用用或機機械作作用而而引起起的在在膜表表面或或膜孔孔內吸吸附、、沉積積造成成膜孔孔徑變變小或或堵塞塞，使使膜產(chǎn)產(chǎn)生滲滲透通通量與與分離離特性性的不不可逆逆變化化現(xiàn)象象。物理污污染包括膜膜表面面的沉沉積，，膜孔孔內的的阻塞塞，這這與膜膜孔結結構、、膜表表面的的粗糙糙度、、溶質質的尺尺寸和和形狀狀等有有關。?；瘜W污污染包括膜膜表面面和膜膜孔內內的吸吸附，，這與與膜表表面的的電荷荷性、、親水水性、、吸附附活性性點及及溶質質的荷荷電性性、親親水性性、溶溶解度度等有有關。。膜的用用途濃縮：目的的產(chǎn)物物以低低濃度度形式式存在在，因因此需需要除除去溶溶劑；；（截截留物物為產(chǎn)產(chǎn)物））純化：除去去雜質質；分離：將混混合物物分成成兩種種或多多種目目的產(chǎn)產(chǎn)物；；反應促促進：把化化學反反應或或生化化反應應的產(chǎn)產(chǎn)物連連續(xù)取取出，，能提提高反反應速速率或或提高高產(chǎn)品品質量量。膜的應應用從20世紀紀初到到20世紀紀90年代代，膜膜技術術基本本已經(jīng)經(jīng)從實實驗室室步入入工業(yè)業(yè)化，，并在在水處處理、、食品品工業(yè)業(yè)、環(huán)環(huán)境保保護、、化工工與石石油化化工、、電子子、冶冶金、、國防防………等領領域得得到成成功的的應用用。目目前全全球膜膜產(chǎn)業(yè)業(yè)的規(guī)規(guī)模超超過百百億美美元，，正以以年30％％的速速度遞遞增著著。膜的應應用膜海水淡淡化工業(yè)廢廢水處處理城市廢廢水資資源化化天然氣氣生物質質利用用能源水資源源傳統(tǒng)工工業(yè)生態(tài)環(huán)環(huán)境除塵CO2控制制藥藥食品品化工與與石化化電子子冶金金燃料電電池潔凈燃燃燒膜技術術的工工業(yè)應應用工業(yè)領域應用舉例金屬工藝金屬回收；污染控制；富氧燃燒

紡織及制革工業(yè)余熱回收；藥劑回收；污染控制造紙工業(yè)代替蒸餾；污染控制；纖維及藥劑回收食品及生化工業(yè)凈化；濃縮；消毒；代替蒸餾；副產(chǎn)品回收化學工業(yè)有機物除去或回收；污染控制；氣體分離；藥劑回收和再利用醫(yī)藥及保健人造器官；控制釋放；血液分離；消毒；水凈化水處理海水、苦咸水淡化；超純水制備；電廠鍋爐用水凈化；廢水處理國防工業(yè)艦艇淡水供應；戰(zhàn)地醫(yī)院污水凈化；低放射性水處理；野戰(zhàn)供水膜技術術用于于生物物質資資源開開發(fā)膜生物物反應應器技技術取取得間間歇發(fā)發(fā)酵可可提高高反應應器效效率15－－80倍滲透汽汽化膜膜分離離技術術比傳傳統(tǒng)共共沸蒸蒸餾節(jié)節(jié)能60％％生產(chǎn)裝裝置總總投資資為傳傳統(tǒng)分分離方方法總總投資資的40－－80%650kcal/l130kcal/l7wt%乙醇1380kcal/l42wt%乙醇93wt%乙醇99.8wt%乙醇980kcal/l350kcal/l(~90%ES)(~33%ES)纖維素發(fā)酵蒸餾蒸餾脫水透醇膜60wt%乙醇99.8wt%乙醇透水膜傳統(tǒng)過程:發(fā)酵速率低、能耗大膜生物反應器：實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，降低操作成本膜法海海水淡淡化分離方法反滲透低溫多效多級閃蒸能耗(kWh/m3)3.5>7>10國家或地區(qū)沙特中國長海中國長島中國滄化設備能力m3/d568001000100018000原水含鹽量mg/L43700350003400013000能耗kwh/m3754.52.75產(chǎn)水成本RMB/m34.886.695.131.83反滲透透淡化化廠的的能耗耗及產(chǎn)產(chǎn)水成成本幾種分分離方方法能能耗比比較膜法海海水淡淡化嵊泗1000噸/日反滲透海水淡化裝置膜法自自來水水廠巴黎瓦瓦茲河河梅里里市14萬萬立方方米/天的的納濾濾廠，，每天天為巴巴黎附附近50萬萬居民民提供供14萬噸噸飲用用水典型膜膜應用用過程程－反滲透透滲透與與反滲滲透的的區(qū)別別：滲透是是水通通過半半透透膜，，從低低溶質質濃度度一側側到高高溶質質濃度度一側側，直直到兩兩側的的水的的化學學位達達到平平衡。。而反反滲透透是在在推動動力作作用下下，溶溶劑（（水））從高高溶質質濃度度一側側到低低溶質質濃度度一側側，克克服的的是滲滲透壓壓。滲透壓壓的計計算算：理想水水溶液液滲透透壓＝RTCsi實際溶溶液＝iRTCsiCsi是溶質質的濃濃度，，mol/cm3典型膜膜應用用過程程－反滲透透半透膜膜純水鹽水純水鹽水純水鹽水hPA、滲滲透B、滲滲透平平衡C、反反滲透透滲透、、平衡衡滲透透、反反滲透透示意意圖典型膜膜應用用過程程－反滲透透一般而而言，，無機機鹽溶溶液的的滲透透壓很很高，，含1g/l氯氯化鈉鈉的天天然水水，滲滲透壓壓為0.07MPa，含含35g/l氯氯化鈉鈉的海海水，，滲透透壓為為2.5MPa。反滲透透是以以壓力力差為為推動動力的的分離離操作作，其其功能能是截截留離離子物物質而而僅透透過溶溶劑。。反滲透不是是滲透的逆逆過程，兩兩者同樣是是在等溫條條件下溶劑劑從高化學學位到低化化學位的遷遷移過程。。反滲透將料料液分成兩兩部分：透透過膜的是是含溶質很很少的溶劑劑，稱為滲滲透液；未未透過膜的的液體，溶溶質濃度增增高，稱為為濃縮液。。1784年年AbbleNollet用豬膀胱胱作透過試試驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)滲透現(xiàn)象象；1953年年C.E.Reid提出用反反滲透法淡淡化海水的的方案；1960年年Loeb和S.Sourirajan制成成第一張非非對稱結構構的醋酸纖纖維素膜，，反滲透技技術進入實實用化階段段。反滲透過程程可以分為為三類：高壓反滲透透（5.6~10.5MPa），低壓反滲透透（1.0~4.2MPa）），納濾（0.3~1.0MPa）。典型膜應用用過程－反滲透分離機理反滲透膜上上的微孔孔孔徑約為2nm，而無機鹽鹽離子的直直徑僅為0.1~0.3nm，水合離離子的直徑徑為0.3~0.6nm，明明顯小于孔孔徑，無法法用分子篩篩分原理來來解釋分離離現(xiàn)象。S.Sourirajan提提出了優(yōu)先先吸附－毛毛細管流動動模型來解解釋非荷電電膜的分離離；荷電膜膜分離機理理著重考慮慮的是膜與與分離對象象之間的Donnan效應。。溶解－擴散散模型：膜膜是無孔的的“完整的的膜”典型膜應用用過程－反滲透膜低壓滲透側側Jw=水通通量Cw=滲透透液溶質濃濃度Qp＝滲透透流量＝Jw×ACr＝截留留液中溶質質濃度Qr＝截留留液流量高壓側p-＝膜的推推動力Cb＝主體體溶質濃度度Cm＝膜面面溶質濃度度供料截留液滲透液Qi=進料料流量Ci=溶質質濃度反滲透過程程示意圖反滲透過程程用三個參參數(shù)來評價價：R＝表觀截截留率＝1-Cw/CiJw=滲透透通量＝單單位面積上上的滲透流流量r＝回收率率間歇系統(tǒng)：：r=JwAt/V連續(xù)系統(tǒng)：：r=JwA/Qi典型膜應用用過程－反滲透反滲透膜：：高操作壓力力：3－10MPa；要求膜必須須有高透水水率，高脫脫鹽率；耐一定的酸酸堿、耐微微生物、耐耐壓密；必須滿足工工藝要求、、性質穩(wěn)定定，能長期期使用。形狀：平板板膜、管式式膜、卷式式膜、中空空纖維膜主要膜材料料：醋酸纖纖維素、芳芳香聚酰胺胺、聚砜膜組件反滲透過程程的經(jīng)濟性性和應用性性，取決于于各種廉價價的反滲透透膜組件。。主要有：管管式、板式式、中空纖纖維、卷式式卷式組件的的銷售占反反滲透市場場總量的70％，中中空纖維組組件占26％，管式式、板框組組件的銷售售量較小。。組件必須滿滿足：1）機械強強度：必須須承受高壓壓，及周期期性的減壓壓與膜清洗洗；2）水力性性能好：組組件設計必必須使膜的的污染和濃濃差極化最最??；3）經(jīng)濟性性：組件壽壽命必須長長；4）制造費費用低，易易于替換。。典型膜應用用過程－反滲透典型膜應用用過程－反滲透典型膜應用用過程－反滲透典型膜應用用過程－反滲透過程設計1、原則：設計變量：：組件的流流體力學和和流速、水水的特性（（溶質濃度度和擴散性性、滲透壓壓、粘度等等）、操作作壓力、水水回收率、、污染指數(shù)數(shù)。設計過程中中應考慮因因素：1）溶液變變量：懸浮浮固體、可可溶性無機機物、微生生物、可溶溶性有機物物、有機溶溶劑、氧化化性化學試試劑、溫度度、pH2）最低預預處理要求求SDI<53）膜的變變量：膜材材料和組件件形式、組組件中的流流速、壓力力降、說回回收率和濃濃度、最小小運行通量量和最大通通量、組件件排列、清清洗要求4）膜與其其他過程的的結合；5）膜的性性能隨長期期運行會發(fā)發(fā)生變化，，隨時間的的延長，通通量和脫鹽鹽率發(fā)生明明顯的變化化，一般膜的壽壽命3～5年；典型膜應用用過程－反滲透2、料液預預處理每個反滲透透系統(tǒng)都包包含了一定定程度的供供料預處理理系統(tǒng)。其目的為：：延長膜的的壽命、防防止膜污染染、保持系系統(tǒng)的去除除率和回收收率。與預處理相相關的投資資成本和操操作費用占占總生產(chǎn)成成本的50％。預處理程度度取決于：：膜組件的的類型、料料液組成、、系統(tǒng)要求求達到的性性能。預處理的方方法：1）防止化化學損傷膜膜的預處理理供給水的氯氯濃度和pH會對膜膜產(chǎn)生化學學損傷。聚聚酰胺類膜膜不耐氯，，醋酸纖維維素特別要要控制pH，在pH<4,pH>7的的條件下水水解特別快快。脫氯常用方方法：a、用NaHSO3處理；b、炭過濾c、用SO2氣體處理。。pH的調整整一般用H2SO4或NaOH典型膜應用用過程－反滲透典型膜應用用過程－反滲透脫鹽裝置的的共同單元元：供給水吸入入系統(tǒng)預處理系統(tǒng)統(tǒng)反滲透膜膜產(chǎn)品水后后處理動力回收收系統(tǒng)水源供水泵預處理系系統(tǒng)高壓泵反滲透膜膜單元后處理系系統(tǒng)分配汽提、消消毒能量回收收系統(tǒng)濃液排放放典型脫鹽鹽系統(tǒng)單單元可降低能能耗25～40％沖擊式水水輪泵反轉泵典型膜應應用過程程－反滲透海水氯氣FeClSO4陽離子聚聚電介質質攪拌槽絮凝槽重力過濾濾器活性炭過過濾器氯氣0.5m筒式式過濾器器阻垢劑加酸（H2SO4））去膜組件件海水淡化化預處理理系統(tǒng)0.5m筒式式過濾器器去膜組件件深進水加酸阻垢劑軟化水處處理中的的預處理理典型膜應應用過程程－反滲透濃縮液4段滲透透液3段滲透透液1段滲透透液2段滲透透液產(chǎn)品水高水回收收率的反反滲透級級聯(lián)工藝藝典型膜應應用過程程－反滲透應用1、海水水和苦咸咸水淡化化2、廢水水和有害害廢水的的處理工業(yè)廢水水市政廢水水3、化學學加工工工業(yè)的應應用電鍍和金金屬拋光光工業(yè)造紙工業(yè)業(yè)紡織工業(yè)業(yè)石油工業(yè)業(yè)電力工業(yè)業(yè)4、食品品加工工工業(yè)的應應用水處理產(chǎn)品回收收濃縮和脫脫水分餾5、地下下水和地地表水的的處理6、納濾濾的應用用廢水處理理產(chǎn)品脫鹽鹽濃縮典型膜應應用過程程－反滲透反滲透過過程已成成功使用用30多多年，據(jù)據(jù)統(tǒng)計，，在全世世界所有有淡化過過程生產(chǎn)產(chǎn)11.5×106m3/d的飲飲用水中中，反滲滲透占23.4%。優(yōu)點：能能耗和投投資運行行費用低低，占地地小，設設備腐蝕蝕輕，易易建造、、操作、、維修，，建廠時時間短。。海水淡化化在沙特特至少有有6套，，產(chǎn)水2300～57000m3/d，苦苦咸水淡淡化13套，3500～53000m3/d。典型膜應應用過程程－反滲透典型膜應應用過程程－反滲透典型膜應應用過程程－超濾定義超濾膜是是按分子子大小而而去除的的壓力推推動膜過過程。一一般孔徑徑為2~50nm，能夠截截留分子子量300~500000道爾爾頓的物物質。一一般物質質的大小小相差10倍時時，分離離效果最最佳。所所能除去去的物質質包括糖糖、生物物分子、、高分子子聚合物物、膠體體物質。。超濾的的一般操操作壓力力為2~5bar。切割分子子量（（MWCO）：膜具有90%以以上截留留率的最最小分子子量物質質。銳截留孔孔徑分布布窄，散散截留孔孔徑分布布寬。同分子量量的不同同溶質分分子，如如球形蛋蛋白（白白蛋白））、帶支支鏈的多多糖（葡葡聚糖））、線性性柔性分分子（聚聚乙二醇醇），會會表現(xiàn)出出不同的的截留性性質。有關分子子量與分分子大小小、截留留分子量量與膜孔孔徑之間間的關系系報道不不多。缺點：不不能獲得得膜結構構性能的的定量數(shù)數(shù)據(jù)；測測定結果果的影響響因素多多，測定定結果不不唯一。。典型膜應應用過程程－超濾操作壓力力0滲透通量量純溶劑高流速料料液低流速料料液AA通量與操操作壓力力之間的的關系膜嚴重污污染分離機理理膜對溶質質的截留留作用是是由于：：在膜表表面及微微孔內的的吸附附（一次吸附附）、在膜膜孔中的的停留（（阻塞）、在膜膜表面的的機械截截留（篩分）。其中中一次吸吸附和阻阻塞是與與膜與溶溶質之間間的相互互作用、、溶質濃濃度、操操作條件件有很大大關系的的。就膜膜本身而而言還是是篩分作作用為主主。典型膜應應用過程程－超濾0時間滲透通量量溶劑濃差極化化控制嚴重污染染滲透通量量隨時間間的變化化將超濾過過程分成成三個階階段：最初幾秒秒種：形形成準穩(wěn)穩(wěn)定態(tài)濃濃度極化化層；1~10min：溶質質吸附；；長時間：：凝膠截留率隨隨污染而而提高通通常歸于于膜面膠膠體層的的篩分作作用和毛毛細孔徑徑減小。。增加壓力力即增加加截留率率，原因因是克服服滲透壓壓或凝膠膠層的壓壓密作用用。pH通常常影響吸吸附過程程從而影影響滲透透通量。。典型膜應應用過程程－超濾超濾膜及及組件常用超濾濾膜材料料聚合物：聚砜、聚醚砜、、醋酸纖維維素、再生纖維維素、聚酰胺、、聚片氟乙乙烯、聚聚丙烯腈腈無機材料料：氧化鋁、、氧化鋯鋯、氧化化鈦、硼硅玻璃璃、熱解解碳、鋯鋯/不銹銹鋼、鋯鋯/碳卷式組件件：疏松松－纏繞繞組件、、清潔流流道網(wǎng)（（標準螺螺旋式組組件）板框式組組件：料料液側壓壓力5～～20bar，，流道為為0.6mm的的能耗比比0.3mm的的能耗高高20～～40％％；中空纖維維：0.5~2.5mm，其其內徑必必須是需需過濾系系統(tǒng)中最最大粒徑徑的10倍；陶瓷膜：：蜂窩狀組組件，單單管組件件，圓盤式組組件。典型膜應應用過程程－超濾典型膜應應用過程程－超濾典型膜應應用過程程－超濾膜組件典型膜應應用過程程－超濾膜污染及及清洗的的方法根據(jù)污染染物的化化學性質質，開發(fā)發(fā)清洗劑劑；確定清洗洗方法：：低壓高高速清洗洗、脈沖沖清洗、、化學清清洗等清洗劑：：表面活活性劑、、酸、堿堿、氧化化劑、絡絡合劑等等用草酸、、檸檬酸酸或EDTA等等配制的的清洗液液可以從從膜上除除去金屬屬氧化物物沉淀；；加酶洗滌滌劑對有有機物，，特別是是蛋白質質、多糖糖類和油油脂類污污染物有有較好的的清洗效效果。雙氧水溶溶液對有有機物也也有良好好的洗滌滌效果。。如果在膜膜的微孔孔中有膠膠體堵塞塞，則可可以利用用分離效效率極差差的物質質，如尿尿素、硼硼酸、醇醇等作清清洗劑，，這些物物質易于于滲入細細孔而達達到清洗洗的目的的。典型膜應應用過程程－超濾操作方式式批式濃縮縮：全循循環(huán)、部部分循環(huán)環(huán)供料－排排放全過濾供料槽供料泵調節(jié)閥滲透液全循環(huán)V0C0=VtCt+A0tJ(t)Cp(t)dtRi=1-Cp/CrVCF=V0/VrCr=C0(VCF)Ri典型膜應應用過程程－超濾供料槽供料泵調節(jié)閥部分循環(huán)環(huán)滲透液循環(huán)泵1、全循循環(huán)設備備簡單，，一般在在試驗研研究中采采用，泵泵的費用用高；2、部分分循環(huán)的的供料泵泵提供操操作壓力力（小流量，，高揚程程），循環(huán)環(huán)泵提供供膜面流流速（大流量，，低揚程程）排放供料槽滲透液R1R2P2P1兩級連續(xù)續(xù)操作方方式Qn-1=An-1Jn-1+Qn供料－排排放典型膜應應用過程程－超濾應用牛奶中的的應用：：牛奶脫脫脂、蛋蛋白預濃濃縮、降降低乳糖糖含量果汁澄清清：替代代離心過過濾、果果膠酶處處理、用用硅藻土土預涂地地真空過過濾等，，果汁產(chǎn)產(chǎn)量高。。發(fā)酵液處處理：回回收抗生生素等排放液處處理：造造紙工業(yè)業(yè)回收磺磺化木質質素、脫脫油、脫脫脂等。。典型膜應應用過程程－超濾頭苞霉素素C的回回收石油化學學和食品品工業(yè)的的萃取過過程，用用超濾回回收溶劑劑；例如如從重碳碳氫化合合物中分分離低碳碳氫化合合物；在天然產(chǎn)產(chǎn)品和醫(yī)醫(yī)藥用產(chǎn)產(chǎn)品的潛潛在應用用是將產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)和超濾濾分離相相結合；；如將超超濾與酶酶糖化作作用結合合，生產(chǎn)產(chǎn)葡萄糖糖。與化學絡絡合反應應結合，，生產(chǎn)生生物活性性物質。。發(fā)酵液MFUFRO低TDS滲透液液HPLC純化的抗抗生素蛋白質、、色素去去除細胞收集集MF：0.2微微米UF：1萬分子子量RO：聚聚酰胺反反滲透膜膜典型膜應應用過程程－超濾過程的經(jīng)經(jīng)濟性：：膜組件和和有關設設備的成成本費；；膜組件替替換費；；化學清洗洗劑費；；能量使用用費；勞力費；；折舊費。。典型膜應應用過程程－超濾典型膜應應用過程程－微濾微濾：當壓力力推動流流體透過過膜或其其他過濾濾介質，，從流體體中分離離微米大小小的粒子時時，這個個過程為為微濾。?？讖剑?.05~10m；滲滲透壓可可以忽略略，推動動力為0.1~5bar表面過濾濾：粒子的尺寸寸比過濾介質質的尺寸大，，粒子以其幾幾何形狀被阻阻擋，不能進進入和通過膜膜，這種篩濾濾機理稱為表表面過濾。深度過濾：粒子的尺寸寸比過濾介質質的尺寸小，，粒子能進入入過濾介質，，并粘附在其其上，被除去去。典型膜應用過過程－微濾錯流過濾與常常規(guī)微過濾常規(guī)微濾是指指滲透液受壓壓而垂直通過過過濾介質，，所有大于孔孔徑的粒子被被截留。表面過濾和深深度過濾膜堆積層時間時間常規(guī)過濾錯流過濾濾餅厚度通量典型膜應用過過程－微濾膜及系統(tǒng)1、膜膜材料：有機機物、聚合物物、陶瓷膜結構：均質、、不對稱、復復合膜制作方法：相相轉化法、粒粒子燒結、示示蹤蝕刻形狀：平板、、中空纖維、、管式和多通通道支撐膜和非支支撐膜疏水膜和親水水膜表面電荷：帶帶電荷和不帶帶電荷的膜典型膜應用過過程－微濾2、膜的性能能特征截留率滲透率廢物處置量和和產(chǎn)量耐化學性表面能和潤濕濕行為溫度極限機械強度清洗性吸收性典型膜應用過過程－微濾3、過濾系統(tǒng)統(tǒng)設計中還需提提出的關鍵問問題：a、需要達到到的要求：料料液是否要澄澄清、殘留液液是否回收？？B、能夠達到到設計目標的的競爭技術是是什么？C、完成這一一分離的可預預見的附加值值？D、對于大于于某一尺寸的的懸浮物是否否需要進行絕絕對分離？E、產(chǎn)品質量量和過程的可可靠性的定位位問題？F、產(chǎn)量大小小及運行時間間？G、安裝和操操作系統(tǒng)的投投資限制情況況？典型膜應用過過程－微濾終端微濾的應應用1、制藥溶液液的消毒2、飲料的澄澄清60年代初，，聚合物膜在在啤酒業(yè)得以以應用，90％以上應用用于啤酒、果果汁飲料、礦礦泉水等過程程中。3、半導體生生產(chǎn)工業(yè)中液液體的純化氣體過濾器：：去除氣體中中的微粒和膠膠體、菌體等等超純水生產(chǎn)中中預處理和最最終供水4、選擇性分分析應用消毒過濾的目目的：a、最終消毒毒，即熱敏感感制藥產(chǎn)品細細菌的總去除除；B、降低細菌菌含量，以保保持注射液組組分中熱源的的低含量；c、去除注射射液中無機和和有機粒子，，去除在加工工過程中產(chǎn)生生的帶懸浮粒粒子的氣體。?？蓱玫念I域域：1）一般服務務：注射用水水、氣體、蒸蒸汽的除菌；；2）合成非經(jīng)經(jīng)腸道藥；典型膜應用過過程－微濾3）眼藥水；；4）發(fā)酵產(chǎn)品品：抗生素、、疫苗、生物物工程蛋白質質；5）血漿和血血清的處理。。過濾器選擇的的標準典型膜應用過過程－微濾典型膜應用過過程－微濾典型膜應用過過程－微濾典型膜應用過過程－微濾典型膜應用過過程－微濾生物方面的主主要應用液相澄清：抗抗生素發(fā)酵液液的澄清、溶溶菌液的澄清清、蛋白質液液澄清、酵母母溶菌液澄清清固相回收：連連續(xù)培養(yǎng)發(fā)酵酵的細胞回收收、菌細胞的的收獲和沖洗洗、網(wǎng)狀菌絲絲體的濃縮、、酵母濃縮抗生素的澄清清陶瓷膜過濾：：膜面流速2.5~4m/s,操作壓力力3~5bar,回收率率大于95%。過濾純化最終產(chǎn)品分離離典型分離過程程MF離心硅藻土過濾離子交換吸附附溶劑萃取等電沉淀液液萃取分級沉淀色譜分離結晶噴霧干燥冷凍干燥發(fā)酵產(chǎn)物的下下游處理分離典型膜應用過過程－微濾無機膜簡介：：發(fā)展無機膜的研究究始于1940年，到到目前經(jīng)歷了了三個階段：：1、第一階段段始于二戰(zhàn)時時期的Manhattan計劃，當當時采用多孔孔陶瓷材料進進行鈾同位素素的分離富集集。隨著激光光技術的出現(xiàn)現(xiàn)，采用無機機膜富集鈾已已不具備技術術上的優(yōu)勢，，所以其逐漸漸退出了這一一領域的競爭爭。（氣體擴散分分離階段、軍軍工階段）2、自80年年代，無機膜膜進入工業(yè)應應用領域，相相繼開發(fā)出工工業(yè)用無機微微濾膜和無機機超濾膜及其其組件，代替替高分子膜在在其無法使用用的苛刻條件件下使用。2004年市市場將達到100億美元元。（進入了民用用工業(yè)的快速速發(fā)展階段））3、進入90年代，由于于無機膜優(yōu)異異的性能及材材料科學的發(fā)發(fā)展，新的膜材料、、新的制膜技技術日益得到發(fā)展展。此后進入入了膜反應研究的高速發(fā)展期期。無機膜簡介：：特點與有機膜相比比1、耐高溫：無機膜的使用用溫度可高于于400℃，甚至可達800℃，因此特別適適合于高溫操操作產(chǎn)物的直直接分離或人人為提高溫度度，以用于高高粘度流體的的分離；另外外用于食品和和生物工程領領域時可直接高溫蒸蒸汽清洗和滅滅菌。2、化學穩(wěn)定性好好：無機膜能耐耐酸堿、耐有有機溶劑，適適用于較寬的的pH范圍，，因此可在強強腐蝕性介質質中使用，并并可采用化學學試劑進行清清洗；另外無無機膜可用于于非水溶液體體系的分離。。3、機械強度度高：無機膜特別是是分離膜一般般以載體膜形形式制備，其其機械強度遠遠高于有機膜膜，因此可在在較高壓力下下使用，膜組組件及膜微孔孔不會產(chǎn)生變變形和損壞；；還可以高壓反沖沖進行再生。。4、抗微生物能力力強：一般不與微生生物發(fā)生作用用，本身無毒毒，不污染被被分離體系，，因此用于食食品、生化領領域有獨特的的優(yōu)勢。5、無機膜具有孔孔徑分布范圍圍較窄、分離離效率。6、缺點：造價較高，，裝填面積較較小，運行費費用偏高無機膜簡介：：特點平均孔徑：100nm50nm20nm陶瓷膜的孔徑徑分布圖無機膜簡介：：分類與現(xiàn)狀無機膜粗孔膜>50nm微孔膜<2nm致密膜微濾膜超濾膜納濾膜滲透蒸發(fā)膜反滲透膜氣體分離膜金屬及其合金膜致密陶瓷膜多孔膜中孔膜2~50nm無機膜集成過程陶瓷膜在液相相分離領域的的應用現(xiàn)狀在食品工業(yè)中中的應用：始于1980年，主要集中中在奶制品、、酒類、果汁汁飲料、調味味品等料液的的澄清、濃縮縮除菌。在環(huán)保行業(yè)中中的應用：以廢水、廢液液的處理為主主，主要用于于含油廢水的的處理以及化化工、石油化化工中生產(chǎn)廢廢液處理，其其目標是回收收水中有用成成分，使處理理后的水循環(huán)環(huán)利用或達標標排放。在生物與制藥藥工業(yè)中的應應用：這是一個新的的增長點，主主要涉及下游游細胞回收、、發(fā)酵液澄清清、產(chǎn)品凈化化等諸多方面面，另外酶膜膜反應器、膜膜傳感器等也也是研究熱點點。在食品工業(yè)中中的應用在牛奶工業(yè)中中的應用牛奶的微濾除除菌、乳清濃濃縮、酸奶處處理等果汁生產(chǎn)中的的應用主要在蘋果汁汁、獼猴桃汁汁等生產(chǎn)中已已實現(xiàn)工業(yè)應應用。釀酒工業(yè)中的的應用無菌低溫啤酒酒生產(chǎn)、啤酒酒罐底液處理理等工業(yè)已規(guī)規(guī)模應用以及及在葡萄酒生生產(chǎn)中的應用用。在牛奶工業(yè)中中的應用牛奶MFUFRO脂肪和細菌脫脂牛奶UF截留物UF滲透物RO濃縮物水高脂奶油飲料生產(chǎn)奶酪特殊奶制品全蛋白乳糖生產(chǎn)發(fā)酵食品和非非食品生產(chǎn)蒸發(fā)干燥全奶粉奶罐運輸特殊奶品脫脂奶200m3/d固含量9.2％蛋白質3.6％乳糖4.7%灰份0.7％％預處理UF滲透液167m3/d乳糖4.7％％灰份0.7％％RO滲透液122m3/dBOD<500g/m3排放陰溝濃縮液45m3/d乳糖17.4%灰份2.6%動物飼料濃縮液33m3/d固含量28.7％蛋白質21.2%乳糖4.7%灰份0.7％％奶酪前體46T/d固含量42%添加劑奶油酵母凝乳素青霉素奶酪生產(chǎn)奶酪40T/d固含量47.5%蛋白質16.9%UF巴氏殺菌菌脫脂乳生產(chǎn)產(chǎn)奶酪在牛奶工業(yè)中中的應用原奶MF脫脂奶UF混合巴氏殺菌均相化PROCAL奶飲料料奶油滲透液超濾法生產(chǎn)產(chǎn)飲料奶在牛奶工業(yè)業(yè)中的應用用乳清MF澄清乳清UFUF滲透物物RONFEDEDNFRO乳清蛋白濃濃縮物蛋白質分級級膜生物反應應器肽濃縮乳糖膜生物反應應器燃料化學物物質脂肪、酪蛋蛋白脫鹽乳清濃縮乳清各種乳清蛋蛋白乳清處理水在牛奶工業(yè)業(yè)中的應用用果汁生產(chǎn)中中的應用果汁生產(chǎn)中中的應用蘋果汁生產(chǎn)產(chǎn)裝置膜面積積：220m2處理量：17m3/h全自動控制制運行通量優(yōu)優(yōu)于國外裝裝置產(chǎn)品質量優(yōu)優(yōu)于國外裝裝置果汁廠陶瓷瓷膜工程在釀酒工業(yè)業(yè)中的應用用葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁微濾－1擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒微濾－2準備上市的酒葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁擠壓作用（亞硫酸鹽處理，冷凍，離心）擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒澄清（整理，過濾）化學穩(wěn)定作用：冷凍生物穩(wěn)定作用：巴氏殺菌裝瓶準備上市的酒A：傳統(tǒng)工藝藝B：膜工藝傳統(tǒng)葡萄酒酒工藝與膜膜技術過濾濾工藝比較較在釀酒工業(yè)業(yè)中的應用用未濾啤酒離心沉降預澄清發(fā)酵硅藻土過濾板框過濾終端過濾器滅菌過濾器發(fā)酵未濾啤酒離心沉降預澄清錯流微濾制成無菌濾液啤酒過濾在環(huán)保工業(yè)業(yè)中的應用用在含油廢水水處理中的的應用油田回注水水、金屬表表面切削液液、冷軋乳化液液、清洗液廢水水等在化工及石石化廢水處處理中的應應用主要用于回回收化工廢廢水中的貴貴重金屬及及其氧化物物等。在其它工業(yè)業(yè)廢水處理理中的應用用造紙工業(yè)的的黑水和白白水處理、、紡織廢水水中PVA回收等。上海寶鋼集集團公司冷冷軋線設備處理能能力為：6萬m3/年，油截截留率大于于99.9％，水回回用率大于于90％，，回收油120噸/年設備折舊費用（元）3.3918能耗費用

（元）1.559人工費用

（元）0.691.4維修

（元）0.271.0清洗劑費用（元）0.224.0油回收費（元）－2.25－2.25水回收費（元）－0.90(水質不穩(wěn)定)項目國產(chǎn)陶瓷膜（元/m3)進口有機膜（元/m3)總費用

（元）2.9731.15說明1：：年處理10萬噸冷冷軋乳化液液廢水設備備，采用國國產(chǎn)陶瓷膜膜300萬萬元人民幣幣（武鋼）），進口有有機膜設備備200萬萬美元（寶寶鋼，1988年）），成本僅僅是其1/10。2：有關數(shù)數(shù)據(jù)來源于于上海寶鋼鋼集團設計計院。鋼鐵冷軋乳乳化液廢水水處理回用用技術在生化與制制藥工業(yè)中中的應用在發(fā)酵液除除菌中的應應用乳酸、核酸酸、青霉素素G等提取取在中成藥生生產(chǎn)中的應應用主要用于替替代醇沉工工藝，除去去煎煮液中中的雜質，，研究處于于起步階段段等。在血漿分離離中的應用用已被證實是是可行的方方法，但國國內尚未開開展研究。。膜技術用于于中藥精制陶瓷膜的優(yōu)優(yōu)勢：1、煎煮液無需需冷卻可直直接過濾，，減少生產(chǎn)產(chǎn)環(huán)節(jié)；2、膜的再再生方便，，除菌徹底底,膜本身身可直接高高溫滅菌；；3、無論中中藥水提液液性質如何何,對膜本本身沒有影影響；4、對中藥藥有效成份份基本無截截留；5、口服液液生產(chǎn)，放放置時間顯顯著延長，，無瓶底沉沉淀物；6、制片劑劑或粉劑時時，賦型劑劑用量比醇醇沉法減少1/3；7、對水提提液和醇提提液均可適適用；8、對單方方和復方中中藥均可適適用。膜技術用于于中藥精制制傳統(tǒng)中藥精精致工藝(醇沉法)。工藝復雜，，成本高、、生產(chǎn)周期期長，水溶溶性有效成成分損失大大洗凈蒸發(fā)煎煮除雜醇沉乙醇回收蒸發(fā)濃縮膜過濾膜濃縮產(chǎn)品保留率(％)氧化苦參堿苦參總黃酮醇沉66.0254.77微濾79.7277.23注：中藥苦參水醇沉與微濾比較陶瓷分離膜膜取代醇沉沉過程的中中藥提取新新工藝黃芪單方微微濾與醇沉沉之成分損失率率、固形物物去除率、、濁度降低低率比較樣品號樣品成分損失率（%）固形物去除率（%）濁度降低率（%）A原液———B140%醇沉64.527.194.0B250%醇沉67.120.997.4B360%醇沉67.728.698.0B470%醇沉50.530.398.1B580%醇沉57.738.598.6C1800nm濾液17.14.787.6C2200nm濾液25.914.495.1C350nm濾液50.412.096.01.經(jīng)經(jīng)醇沉及膜膜分離，目目標成分含含量均有下下降；2.膜膜過濾后目目標成分損損失明顯低低于醇沉工工藝。3.提提高收率的的方法a.多次次醇沉b.加水水洗滌過濾濾4.膜膜過程的優(yōu)優(yōu)化尤為重重要陶瓷分離膜膜取代醇沉沉過程的中中藥提取新新工藝糖可清實驗驗A:糖渴清清復方A組組水提液B:糖糖渴渴清清復復方方B組組水水提提液液C:中中藥藥金金剛剛藤藤水水提提液液0.2um對對三三種種不不同同中中藥藥體體系系的的滲滲透透性性能能比比較較陶瓷瓷分分離離膜膜取取代代醇醇沉沉過過程程的的中中藥藥提提取取新新工工藝藝糖可可清清中中試試實實驗驗11味味單單方方藥藥材材A組組根根莖莖類類B組組葉葉果果實實類類煎煮煮液液188.8kg煎煮煮液液193kgMF殘留留液液滲透透液液加水水滲滲析析MF殘留留液液滲透透液液加水水滲滲析析后續(xù)續(xù)加加工工成成藥藥陶瓷瓷分分離離膜膜取取代代醇醇沉沉過過程程的的中中藥藥提提取取新新工工藝藝糖可可清清中中試試實實驗驗陶瓷瓷膜膜處處理理量量：：250l/h實驗驗膜膜運運行行時時間間：：1.5小小時時膜孔孔徑徑：：0.2微微米米，，氧氧化化鋯鋯材材質質批次次：：2次次總黃黃酮酮收收率率：：95.4%固含含物物去去除除率率：：A組組：：23.4%，，B組組：：32.6%陶瓷瓷分分離離膜膜取取代代醇醇沉沉過過程程的的中中藥藥提提取取新新工工藝藝與醇醇沉沉工工藝藝比比較較檢測目標0.2MF50%醇沉濁度(NTU)<0.826.3固含量％0.3120.393生產(chǎn)周期短長成分收率>90%<80%新藥藥進進入入臨臨床床階階段段建立立了了““糖糖渴渴清清””單單方方和和復復方方的中中試試（（500T/a））裝裝置置，，糖糖渴清清””獲獲得得國國家家新新藥藥臨臨床床批批件，，成成為為首首例例采采用用陶陶瓷瓷膜膜新新技術術制制備備的的國國家家級級新新藥藥膜技技術術在在植植物物提提取取工工藝藝中中的的應應用用傳統(tǒng)統(tǒng)植植物物提提取取液液分分離離工工藝藝的的三三大大問問題題：：以高高原原料料消消耗耗獲獲取取目目標標組組分分分分離離；；以高高能能耗耗獲獲取取溶溶劑劑回回收收和和目目標標組組分分濃濃縮縮；；以環(huán)環(huán)境境污污染染代代價價獲獲取取經(jīng)經(jīng)濟濟效效益益經(jīng)過過陶陶瓷瓷膜膜工工藝藝處處理理后后，，物物料料的的濁濁度度有有了了明明顯顯的的下下降降膜集成過過程的研研究－陶瓷膜分分離（洋姜）操作壓差差、膜面面流速、、操作溫溫度對滲滲透通量量的影響響洋姜水提液的膜過濾液物性變化樣品濁度/NTU糖度/Bix固含量/％水提原液>360－16.0MF滲透液0.915.812.4滲透液母液3次洗脫脫后（加加水量為為原液的的1/3），母母液糖度度降低了了約30％，表表明母液液中的單單糖已得得到了脫脫除（>95%）；電電導率下下降了約約79％％；納濾工藝藝具備脫脫除單糖糖、脫鹽鹽、濃縮縮三重功功能。膜集成過過程的研研究－納濾膜分分離（洋姜）溶液糖度度和電導導率隨操操作時間間的變化化

固含量濃縮液/%滲透液/%原料

12.4—加水批次019.81.75119.51.16218.90.974318.40.864膜集成過過程的研研究根據(jù)實驗驗考察以以及過程程優(yōu)化的的結果，，設計了了4m3/hr膜膜集成工工藝，包包括陶瓷瓷膜、納納濾膜和和反滲透透膜等分分離技術術。陶瓷膜分分離、納納濾、反反滲透集成新工工藝的處處理量達達12000噸噸/年洋姜提取取膜工藝藝膜技術在在生物與與制藥工工業(yè)中的的應用微生物發(fā)發(fā)酵在生生化行業(yè)業(yè)中具有有舉足輕輕重的地地位,終終產(chǎn)物都都是在發(fā)發(fā)酵中形形成。但但發(fā)酵過過程中存存在許多多制約因因素，就就分離而而言，原料的預預處理中中除去蛋蛋白，發(fā)酵中中及時分離微生生物代謝謝產(chǎn)物，發(fā)酵終終了后所所要求組分從發(fā)發(fā)酵液中中的分離離、其它組組分的回回收利用用，以及及發(fā)酵廢液液的處理理，都是發(fā)發(fā)酵過程程要解決決的問題題。涉及下游游細胞回回收、發(fā)發(fā)酵液澄澄清、產(chǎn)產(chǎn)品凈化化等諸多多方面，，另外酶酶膜反應應器、膜膜傳感器器等也是是研究熱熱點。膜技術在在生物與與制藥工工業(yè)中的的應用生化產(chǎn)品品的特點點1、目的的產(chǎn)物在在初始物物料中的的含量低低2、初始始物料成成分相當當復雜3、生物物活性物物質穩(wěn)定定性差，，易失活活、降解解4、產(chǎn)品品種類繁繁多5、應用用面廣，，對純度度和含量量要求高高膜技術在在生物與與制藥工工業(yè)中的的應用采用膜分分離的優(yōu)優(yōu)勢：1、條件溫和和，能保保持生物物活性2、選擇擇性好，，分離系系數(shù)高3、活性性產(chǎn)物的的量和具具有較高高的收率率4、分離離步驟明明顯減少少5、分離離快速，，生產(chǎn)能能力顯著著提高膜技術在在生物與與制藥工