制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座

大豆分離蛋白傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝豆粕堿溶酸沉分離蛋白乳清廢水（排放或末端處理）清潔生產(chǎn)工藝流程豆粕堿溶酸沉乳清超濾濾液納濾濾液反滲透鹽水排放回用水分離蛋白質(zhì)低分子蛋白質(zhì)低聚糖制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第1頁借助于一定孔徑薄膜，將不一樣大小、不一樣形狀和不一樣特征物質(zhì)顆?；蚍肿舆M(jìn)行分離、提純或濃縮新型分離技術(shù)。膜分離技術(shù)已被國際上公認(rèn)為20世紀(jì)末至21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途，甚至?xí)斐梢淮喂I(yè)革命重大生產(chǎn)技術(shù)，所以能夠稱為前沿技術(shù)，是世界各國研究熱點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于生物工程、化學(xué)、制藥、飲料、電力、冶金、海水淡化、資源再生等領(lǐng)域。滲出液一、膜分離技術(shù)概述制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第2頁1、膜分離技術(shù)地位和影響美國官方文件曾說“18世紀(jì)電器改變了整個(gè)工業(yè)進(jìn)程，而20世紀(jì)膜技術(shù)將改變整個(gè)面貌”，“當(dāng)前沒有一個(gè)技術(shù)，能像膜技術(shù)這么廣泛地被應(yīng)用”日本和歐洲則把膜技術(shù)作為二十一世紀(jì)基盤技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)?！罢l掌握了膜技術(shù)，誰就掌握了化學(xué)工業(yè)未來”-NormanN.Li，美國科學(xué)院院士，著名華裔科學(xué)家。膜分離已得到廣泛應(yīng)用。21世紀(jì)是工業(yè)生物技術(shù)世紀(jì)，膜技術(shù)將飾演主要角色。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第3頁2、膜分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)占地少，處理效率高，設(shè)備易于放大；條件溫和，可在室溫或低溫下操作，適宜于熱敏感物質(zhì)分離濃縮；化學(xué)與機(jī)械剪切作用小，降低失活；無相轉(zhuǎn)變（除滲透氣化外），節(jié)能；有相當(dāng)好選擇性，可在分離、濃縮同時(shí)到達(dá)部分純化目標(biāo)；系統(tǒng)可密閉循環(huán)，預(yù)防外來污染；易于和反應(yīng)或其它分離過程集成和耦合。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第4頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第5頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第6頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第7頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第8頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第9頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第10頁高分子膜分離功效很早就已發(fā)覺。1748年，耐克特（A.Nelkt）發(fā)覺水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透研究。1861年，施密特（A.Schmidt）首先提出了超出濾概念。他提出，用比濾紙孔徑更小棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若在溶液側(cè)施加壓力，使膜兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多。這種過濾可稱為超出濾。3、膜分離技術(shù)發(fā)展簡史制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第11頁然而，真正意義上分離膜出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。1961年，米切利斯（A.S.Michealis）等人用各種百分比酸性和堿性高分子電介質(zhì)混合物以水—丙酮—溴化鈉為溶劑，制成了可截留不一樣分子量膜，這種膜是真正超出濾膜。美國Amicon企業(yè)首先將這種膜商品化。50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反滲透膜研究。1967年，DuPont企業(yè)研制成功了以尼龍—66為主要組分中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥DDS企業(yè)研制成功平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)化。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第12頁自上世紀(jì)60年代中期以來，膜分離技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)分離膜是超出濾膜（UF膜）、微孔過濾膜（MF膜）和反滲透膜（RO膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型分離膜。在此期間，除上述三大膜外，其它類型膜也取得很大發(fā)展。80年代氣體分離膜研制成功，使功效膜地位又得到了進(jìn)—步提升。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第13頁含有分離選擇性人造液膜是馬?。∕artin）在60年代初研究反滲透時(shí)發(fā)覺，這種液膜是覆蓋在固體膜之上，為支撐液膜。60年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)覺含有表面活性劑水和油能形成界面膜，從而創(chuàng)造了不帶有固體膜支撐新型液膜，并于1968年取得純粹液膜第一項(xiàng)專利。70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流動(dòng)載體液膜，使液膜分離技術(shù)含有更高選擇性。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第14頁黎念之

(Norman

N.

Li)

博士小傳黎念之化學(xué)工程學(xué)家。美國國籍1932年12月25日生于中國上海，原籍湖南湘潭。

1954年獲臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位。1959年獲美國密執(zhí)安州立韋恩大學(xué)碩士學(xué)位1963年獲美國史蒂文斯理工學(xué)院博士學(xué)位1995年迄今任北美膜科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長和恩理（NL）化學(xué)技術(shù)企業(yè)董事長。1990年起任美國國家工程院院士1996年起任臺(tái)灣“中央研究院”院士

1998年當(dāng)選為中國科學(xué)院外籍院士年獲被譽(yù)為化學(xué)工業(yè)界諾貝爾獎(jiǎng)普金獎(jiǎng)?wù)履陿s獲世界化工大會(huì)授予終生成就獎(jiǎng)

膜科學(xué)主要奠基人之一。他創(chuàng)造液體膜技術(shù)已形成一項(xiàng)主要技術(shù)。著作13部，論文及專利共有一百五十余篇（項(xiàng)），應(yīng)邀在美國、中國、日本、歐洲等地作學(xué)術(shù)演講一百二十余次，擔(dān)任過約六十次重大國際化學(xué)、化工、膜科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議主席。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第15頁二、經(jīng)典膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域（一）膜分離類型1、按推進(jìn)力不一樣可分為：（1）壓力差膜分離：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、滲透蒸發(fā)（VP）、氣體分離（GS）。（2）濃度差膜分離：滲析（DD）、透析（3）電位差膜分離：電滲析（ED）、膜電解（ME）（4）溫度差膜分離：膜蒸餾（MD）制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第16頁微濾(ME,microfiltration)

超濾(UF，ultrafiltration)

納濾(NF,nanofiltration)

反滲透(RO,reverseosmosis)

電滲析(ED,electrodialysis)

膜電解(ME,membraneelectrolysis)

擴(kuò)散滲析(DD,diffusiondialysis)

氣體分離(GS,gasseparate)

蒸汽滲透(VP,vaporpervation)

全蒸發(fā)(PV,fullevaporation)

膜蒸餾(MD,membranedistillation)

膜接觸器(MC,membranecontactor)

制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第17頁2、按膜孔徑或截留物質(zhì)大?。何V——超濾——納濾、電滲析、透析——反滲透膜孔徑大小制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第18頁灰塵細(xì)菌病毒生物大分子生物小分子鹽類水請(qǐng)將以下物質(zhì)按從大到小次序排列：制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第19頁病毒生物大分子生物小分子鹽類水灰塵細(xì)菌病毒生物大分子生物小分子鹽類水灰塵細(xì)菌病毒生物大分子生物小分子鹽類水灰塵細(xì)菌病毒生物大分子生物小分子鹽類水膜微濾（MF）超濾（UF）納濾（MF）反滲透濾（RO）灰塵細(xì)菌（0.2-2um）（10-200nm）（＜2nm）（2-10nm）制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第20頁3、各種膜分離法原理和應(yīng)用范圍膜分離法截留顆粒大小截留主要物質(zhì)過濾介質(zhì)應(yīng)用舉例微濾（MF）0.2~2um灰塵、細(xì)菌微孔濾膜除菌，回收菌超濾（UF）10nm~200nm生物大分子及以上超濾膜蛋白質(zhì)、多肽和多糖回收和濃縮納濾（NF）2nm~10nm生物小分子及以上納濾膜脫鹽、濃縮反滲透（RO）<2nm鹽類及以上反滲透膜鹽、氨基酸、糖濃縮、淡水制造制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第21頁1、微濾(MF)又稱微孔過濾，是以微濾膜作為過濾介質(zhì)膜分離技術(shù)。（1）截留顆粒直徑：0.2~2um。（2）操作壓力：低于0.1MPa。（3）應(yīng)用：試驗(yàn)室和生產(chǎn)中通常利用微濾技術(shù)除去或搜集發(fā)酵液中細(xì)胞。無菌水、礦泉水、純生啤酒生產(chǎn)。熱敏性藥品和營養(yǎng)物質(zhì)過濾除菌等（二）經(jīng)典膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第22頁微濾（MF）細(xì)胞水鹽大分子小分子制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第23頁①、微粒和細(xì)菌過濾：可用于水高度凈化、食品和飲料除菌、藥液過濾、發(fā)酵工業(yè)空氣凈化和除菌等。②、微粒和細(xì)菌檢測(cè)：微孔膜可作為微粒和細(xì)菌富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量測(cè)定。③、氣體、溶液和水凈化：大氣中懸浮塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。④、食糖與酒類精制：微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類進(jìn)行過濾，可除去食糖中雜質(zhì)、酒類中酵母、霉菌和其它微生物，提升食糖純度和酒類產(chǎn)品清澈度，延長存放期。因?yàn)槭浅夭僮?，不?huì)使酒類產(chǎn)品變味。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第24頁⑤、藥品除菌和除微粒熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌尸體仍留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥品，如胰島素、血清蛋白等不能采取熱壓法滅菌。對(duì)于這類情況，微孔膜有突出優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過微孔膜過濾后，細(xì)菌被截留，無細(xì)菌尸體殘留在藥品中。常溫操作也不會(huì)引發(fā)藥品受熱破壞和變性。許多液態(tài)藥品，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)過濾技術(shù)難以到達(dá)要求，必須采取微濾技術(shù)。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第25頁2、超濾(UF)可截留溶液中溶解大分子物質(zhì)，而透過小分子物質(zhì)。（1）截留顆粒直徑：10~200nm。（2）操作壓力：0.1~0.7MPa。（3）應(yīng)用：一是分離純化，從高分子物質(zhì)與低分子物質(zhì)溶液中，使低分子物質(zhì)透過膜；二是溶液濃縮。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第26頁大分子水鹽小分子超濾（UF）制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第27頁超濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域包括化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可歸納為以下方面。（1）純水制備：超濾技術(shù)廣泛用于水中細(xì)菌、病毒和其它異物除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。（2）食品工業(yè)中廢水處理：在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量乳糖。（3）果汁、酒等飲料消毒與澄清：應(yīng)用超濾技術(shù)可除去果汁果膠和酒中微生物等雜質(zhì)，使果汁和酒在凈化處理同時(shí)保持原有色、香、味，操作方便，成本較低。（4）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥品等。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第28頁

納濾膜主要用于截留粒徑在2～10nm，分子量為1000左右物質(zhì)，能夠使鹽和小分子物質(zhì)透過，操作壓（0.5～1MPa）。其被分離物質(zhì)尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。3、納濾(NF)制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第29頁水鹽小分子大分子納濾（NF）制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第30頁應(yīng)用領(lǐng)域(1)、脫鹽淡化對(duì)苦咸水進(jìn)行軟化、脫鹽是納濾應(yīng)用最大市場(chǎng)。產(chǎn)水完全符合飲用水要求。在美國當(dāng)前已經(jīng)有超出40萬噸/日規(guī)模納濾膜裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)，大型裝置多數(shù)分布在佛羅里達(dá)半島。(2)、食品、飲料、制藥行業(yè)

此領(lǐng)域中納濾膜應(yīng)用十分活躍，如各種蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、奶類、酒類、醬油、調(diào)味品等濃縮、精制。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第31頁4、反滲透(RO)在壓力作用下，溶劑（通常是水）透過膜，而溶質(zhì)被阻擋于膜壁外。（1）截留顆粒直徑：小于2nm。（2）操作壓力：1~10MPa。（3）應(yīng)用：主要用于分離各種離子和小分子物質(zhì)。在溶液濃縮、無離子水制備、海水淡化等方面廣泛應(yīng)用。溶質(zhì)水水膜溶質(zhì)水水膜滲透反滲透制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第32頁滲透與反滲透原理示意圖制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第33頁水鹽小分子大分子反滲透（RO）制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第34頁

反滲透最早應(yīng)用于苦咸水淡化。反滲透過程主要是從水溶液中分離出水。（1）海水、苦咸水淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水制備。

近年來，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中應(yīng)用更表達(dá)了其優(yōu)越性。反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第35頁（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等。與慣用冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品療效、風(fēng)味和營養(yǎng)等均不受影響。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第36頁5、電滲析（ED）在電場(chǎng)作用下，帶電離子透過膜向兩極移動(dòng)，而到達(dá)分離目標(biāo)。溶液膜膜+-+-制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第37頁+-極水鹽水

淡水應(yīng)用：電滲析主要用于溶液脫鹽、海水淡化、純水制備等制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第38頁食鹽生產(chǎn)電滲析器示意圖A：陰離子膜，K：陽離子膜；D：稀室，C：濃室Na+ClNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+ClClClClClClClClAKKKKKAAAADCDDDDCCC陽極水陰極水咸水Cl2NaOH脫鹽水濃縮液制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第39頁（1）中草藥有效成份分離和精制：經(jīng)過電滲析普通能夠把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和高分子化合物三部分。（2）純水制備：電滲析制備初級(jí)水,可去鹽80-90%；再用離子交換除鹽10-20%制備高級(jí)水。這么既降低成本,又降低污染。（3）水污染處理：如回收鍍鎳廢水等。

應(yīng)用舉例制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第40頁

我國在電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大創(chuàng)新，僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界1/3。我國電滲析裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模海水淡化裝置。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第41頁膜電解基本原理能夠經(jīng)過NaCl水溶液電解來說明。在兩個(gè)電極之間加上一定電壓，則陽極生成氯氣，陰極生成氫氣和氫氧化鈉。陽離子交換膜允許Na+滲透進(jìn)入陽極室，同時(shí)阻攔了氫氧根離子向陰極運(yùn)動(dòng)，在陰極室反應(yīng)是：2Na++2H2O+2e=2NaOH+H2在陽極室反應(yīng)為：2Cl－－2e=Cl26、膜電解（ME）制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第42頁透析袋酶溶液蒸餾水應(yīng)用：在生物分離方面，主要用于生物大分子溶液脫鹽。因?yàn)橥肝鲞^程以濃差為傳質(zhì)推進(jìn)力，膜透過通量很小，不適于大規(guī)模生物分離過程，而在試驗(yàn)室中應(yīng)用較多。7、透析制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第43頁在二分之一透膜兩側(cè)兩種溶液中小分子溶質(zhì)或溶劑經(jīng)過膜進(jìn)行交換，而大分子被截留在各自一側(cè)現(xiàn)象，稱為透析。人工腎是透析過程最成功范例。自1943年Kolff用醋酸纖維素膜制成人工腎對(duì)血液進(jìn)行透析治療尿毒癥取得成功后，透析技術(shù)在血液濾過、血液灌流和血漿分離等各種治療方法上得到應(yīng)用。

水

溶質(zhì)

B

A

滲出液

原液

水或溶劑

滲析液

溶劑+擴(kuò)散分子

制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第44頁8、滲透蒸發(fā)（PV）

滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注膜分離技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分蒸氣分壓差推進(jìn)力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目標(biāo)一個(gè)膜分離方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手段較難處理恒沸物及近沸點(diǎn)物系分離。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第45頁滲透蒸發(fā)疏水膜一側(cè)通入料液，另一側(cè)抽真空或通入惰性氣體，使膜兩側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)分壓差。在分壓差作用下，料液中溶質(zhì)溶于膜內(nèi)，擴(kuò)散經(jīng)過膜，在透過側(cè)發(fā)生氣化，氣化溶質(zhì)被膜裝置外設(shè)置冷凝器冷凝回收。發(fā)生了相變適合用于：高濃度混合物分離，尤其適合用于共沸物和揮發(fā)度相差較小雙組分溶液分離制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第46頁

水分子

醇分子

膜

制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第47頁滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化)制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第48頁滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃)制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第49頁

滲透蒸發(fā)作為一個(gè)無污染、高能效膜分離技術(shù)已經(jīng)引發(fā)廣泛關(guān)注。當(dāng)前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽—液平衡限制。滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第50頁

除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其它領(lǐng)域應(yīng)用尚都處于試驗(yàn)室階段。預(yù)計(jì)有很好應(yīng)用前景領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采取滲透蒸發(fā)膜去除少許有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；從溶劑中脫除少許水或從水中除去少許有機(jī)物；石油化工工業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、同系物、同分異構(gòu)體等分離等。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第51頁9、氣體分離膜氣體膜分離是利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能不一樣，即滲透速率不一樣來實(shí)現(xiàn)分離技術(shù)，含有很大發(fā)展前景。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第52頁氣體分離膜是當(dāng)前各國均極為重視開發(fā)產(chǎn)品，已經(jīng)有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國DuPont企業(yè)用聚酯類中空纖維制成H2氣體分離膜，對(duì)組成為70％H2，30％CH4，C2H6，C3H8混合氣體進(jìn)行分離，可取得含90％H2分離效果。氣體分離膜應(yīng)用領(lǐng)域制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第53頁

另外，富氧膜、分離N2，CO2，SO2，H2S等氣體膜，都已經(jīng)有工業(yè)化應(yīng)用。比如從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離N2或CO2，從煙道氣中分離SO2、從煤氣中分離H2S或CO2等等，均可采取氣體分離膜來實(shí)現(xiàn)。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第54頁詳細(xì)示例：水果保鮮系統(tǒng)普通說來，水果在收獲后，仍會(huì)繼續(xù)呼吸作用，果品將逐步劣化以至腐爛，為抑制果品呼吸，可適當(dāng)降低其保藏容器中氧氣濃度，增加二氧化碳濃度。當(dāng)前廣泛采取由硅氧烷膜使氧氣與二氧化碳等進(jìn)行交換分離方法。外界氣氛%O221CO20N279倉庫氣氛%O2CO292N2硅氧烷膜制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第55頁ABC超濾、反滲透兩種膜分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是()A.分離過程中不發(fā)生相改變,與有相改變分離法和其它分離法相比，能耗要低。B.分離過程是在常溫下進(jìn)行,因而尤其適合用于對(duì)熱敏性物質(zhì)分離、濃縮。C.因?yàn)橹皇怯脡毫ψ鳛槌瑸V和反滲透推進(jìn)力，所以分離裝置簡單，操作方便。D.膜使用方便，不需洗滌與后處理操作，節(jié)約時(shí)間。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第56頁三、膜分離技術(shù)基本流程滲出液膜組件料液罐濃縮液（回流液）泵制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第57頁四、膜材料及膜制備（一）膜材料有機(jī)高分子材料無機(jī)材料分離膜材料制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第58頁主要有：陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。適用：微濾膜。特點(diǎn)：是機(jī)械強(qiáng)度高，耐高溫、耐化學(xué)試劑和耐有機(jī)溶劑，但缺點(diǎn)是不易加工，造價(jià)較高。制備方法：氧化鋁、硅膠、和鈦等陶瓷微粒燒結(jié)而成。1、無機(jī)材料制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第59頁燒結(jié)過程示意圖加熱孔將一定大小顆粒進(jìn)行壓縮，然后在高溫下燒結(jié)。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第60頁當(dāng)前，實(shí)用有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其它材料?？捎米鞣礉B透膜、微濾膜和超濾膜。2、有機(jī)高分子材料

以日本為例，纖維素酯類膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其它材料膜占2％。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第61頁類別膜材料舉例纖維素酯類纖維素衍生物類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亞)胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其它殼聚糖，聚電解質(zhì)等制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第62頁纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型葡萄糖基經(jīng)過1,4—β—甙鏈連接起來天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：（1）、纖維素酯類膜材料從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。醋酸纖維素是當(dāng)今最主要膜材料之一。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第63頁聚砜結(jié)構(gòu)中特征基團(tuán)為，為了引入親水基團(tuán)，常將粉狀聚砜懸浮于有機(jī)溶劑中，用氯磺酸進(jìn)行磺化。（2）聚砜類OCCH3CH3OS

OO[]n聚砜類樹脂含有良好化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，強(qiáng)度也很高，pH值適應(yīng)范圍為1～13，最高使用溫度達(dá)120℃，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良。所以已成為主要膜材料之一。制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第64頁早期使用聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龍—4、尼龍—66等制成中空纖維膜。以后發(fā)展了芳香族聚酰胺，用它們制成分離膜，pH適用范圍為3～11，分離率可達(dá)99.5％（對(duì)鹽水），透水速率為0.6ml/cm2·h。長久使用穩(wěn)定性好。（3）聚酰胺類制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第65頁1.分離膜制備工藝類型

膜制備工藝對(duì)分離膜性能十分主要。一樣材料，因?yàn)椴灰粯又谱鞴に嚭涂刂茥l件，其性能差異很大。合理、先進(jìn)制膜工藝是制造優(yōu)良性能分離膜主要確保。當(dāng)前，國內(nèi)外制膜方法很多，其中最實(shí)用是相轉(zhuǎn)化法（流涎法和紡絲法）和復(fù)合膜化法。（二）膜制備制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第66頁

相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)制膜液經(jīng)過溶劑揮發(fā)或向溶液加入非溶劑或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔噙^程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最主要方法是L—S型制膜法。它是由加拿大人勞勃（S.Leob）和索里拉金（S.Sourirajan）創(chuàng)造，并首先用于制造醋酸纖維素膜。將制膜材料用溶劑形成均相制膜液，在模具中流涎成薄層，然后控制溫度和濕度，使溶液緩緩蒸發(fā)，經(jīng)過相轉(zhuǎn)化就形成了由液相轉(zhuǎn)化為固相膜。2.相轉(zhuǎn)化制膜工藝制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第67頁聚合物溶劑添加劑均質(zhì)制膜液流涎法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維蒸出部分溶劑凝固液浸漬水洗后處理L—S法制備分離膜工藝流程框圖制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第68頁

由L—S法制膜，起分離作用僅是接觸空氣極薄一層，稱為表面致密層。它厚度約0.25～1μm。而用L—S法制備表面層小于0.1μm膜極為困難。為此，發(fā)展了復(fù)合制膜工藝。3.復(fù)合制膜工藝制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第69頁多孔支持膜涂覆交聯(lián)加熱形成超薄膜復(fù)合膜形成超薄膜溶液交聯(lián)劑復(fù)合制膜工藝流程框圖制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第70頁五、膜分離設(shè)備板框式膜過濾器螺旋盤繞式過濾器管式膜過濾器中空纖維式膜過濾器制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第71頁五、膜分離設(shè)備1、板框式膜組件

板框式膜組件使用平板式膜，這類膜器件結(jié)構(gòu)與慣用板框壓濾機(jī)類似，由導(dǎo)流板、膜、支承板交替重合組成。優(yōu)點(diǎn):組裝方便，膜清洗更換比較輕易，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要而組裝不一樣數(shù)量膜。

制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第72頁板框式膜過濾器導(dǎo)流板膜支撐板透過液制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第73頁板框式膜過濾器制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第74頁板式膜過濾器制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第75頁2、管式膜組件管式膜組件由管式膜制成，管內(nèi)與管外分別走料液與透過液，管式膜排列形式有列管、排管或盤管等。管式膜分為外壓和內(nèi)壓兩種。

缺點(diǎn):管式膜組件缺點(diǎn)是單位體積膜組件膜面積少，普通僅為33～330m2/m3，除特殊場(chǎng)所外，普通不被使用。

制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第76頁1—高壓水泵；2—緩沖器；3—管式組件；4—壓力表；5—閥門；6—玻璃鋼管；7—膜管式膜裝置原液1濃縮液234567制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第77頁料液滲透液濃縮液制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第78頁制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第79頁單根管子可以更換管束膜過濾器示意圖制藥設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)膜分離設(shè)備專家講座第80頁各種管式膜制藥設(shè)備和