商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite

第3章分離機(jī)械與設(shè)備第3章分離機(jī)械與設(shè)備§3.4萃取機(jī)械1、萃取分離簡(jiǎn)介1.定義根據(jù)不同物質(zhì)在同一溶劑中溶解度的差別，使混合物中各組分得到部分的或全部分離分離過程，稱為萃取。萃取是分離和提純有機(jī)化合物常用的操作之一。應(yīng)用萃取可以從固體或液體混合物中提取出所需要的物質(zhì)，也可以用來洗去混合物中少量的雜質(zhì)。通常稱前者為抽提或萃取，后者為洗滌?！?.4萃取機(jī)械1、萃取分離簡(jiǎn)介1.定義萃取是分離和提純萃取過程包括液相到液相、固相到液相、氣相到液相等三種傳質(zhì)過程。通常把固液傳質(zhì)過程稱為“浸取”，氣液傳質(zhì)過程稱為“吸收”，僅把液液傳質(zhì)過程稱為萃取。利用組分在兩個(gè)互不相溶的液相中的溶解度差而將其從一個(gè)液相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)液相的分離過程稱為液液萃取，也叫溶劑萃取，簡(jiǎn)稱萃取。待分離的一相稱為被萃相，萃取后成為萃余相，用做分離劑的相稱為萃取相。萃取相中起萃取作用的組分稱為萃取劑，起溶劑作用的組分稱為稀釋劑或溶劑。萃取過程包括液相到液相、固相到液相、氣相到液相等三種傳質(zhì)過程①傳質(zhì)速度快、生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；②分離效率高、生產(chǎn)能力大等一些列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用相當(dāng)普遍；③能量消耗較少，設(shè)備投資費(fèi)用不高；④采用多級(jí)萃取可使產(chǎn)品達(dá)到較高純度，便于下一步處理，減少以后工序的設(shè)備和操作費(fèi)用。2、萃取法特點(diǎn)：①傳質(zhì)速度快、生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；3、萃取工藝分類工業(yè)上采取的萃取方法多樣，最常用的方法有：錯(cuò)流萃取法、逆流萃取法、雙溶劑萃取法、回流萃取法。（1）錯(cuò)流萃取法：把溶劑加入到被萃取的混合液中，然后使被萃取物在萃取相和萃余相之間達(dá)到溶解平衡，并且使兩相分層澄清后，把形成的萃取相分出。萃余相再次用溶劑處理，重復(fù)多次。每次以溶劑處理的一個(gè)步驟稱為一個(gè)萃取級(jí)。3、萃取工藝分類工業(yè)上采取的萃取方法多樣，最常用的方法有：錯(cuò)（2）逆流萃取法：溶劑與被萃取的混合液具有一定的密度差，重相從萃取塔的頂部進(jìn)入塔內(nèi)，輕相從萃取塔的底部壓入塔內(nèi)，兩相在塔內(nèi)由于密度的差異，在重力的影響下形成兩種流動(dòng)方向相反的料液流和溶劑流，兩相在萃取塔內(nèi)充分接觸，輕液從塔頂流出，重液從塔底流出，從而達(dá)到萃取分離的目的。特點(diǎn)：①該法萃取效率高，溶劑用量少；②設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一次性投資大，不易操作。（2）逆流萃取法：溶劑與被萃取的混合液具有一定的密度差，重相（3）雙溶劑萃取法：采用兩種互溶度很小的溶劑作為萃取劑，一次性從被萃取液中萃取分離出兩種（或兩組）物質(zhì)的一種萃取方法。在萃取過程中，兩種溶劑通常分別從塔的頂部和底部進(jìn)入塔內(nèi)，以逆流的方式通過整個(gè)萃取系統(tǒng)。（4）回流萃取法：用乙醇等易揮發(fā)的有機(jī)溶劑提取A組分，將浸出液加熱蒸餾，其中揮發(fā)性溶劑餾出后又被冷凝，重復(fù)流出浸出器中浸提的A組分，這樣周而復(fù)始，知道有效成分回流提取完全的方法。（3）雙溶劑萃取法：采用兩種互溶度很小的溶劑作為萃取劑，一次萃取劑選擇要點(diǎn)：①選擇性好表現(xiàn)為分離系數(shù)大。②萃取容量大表現(xiàn)為單位體積或單位質(zhì)量溶解萃合物多。③化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無(wú)腐蝕。④易與原料液相分層不乳化、不產(chǎn)生第三相。⑤易于反萃或分離便于萃取劑的重復(fù)利用。⑥安全性好無(wú)毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。⑦經(jīng)濟(jì)性好成本低、損耗小。萃取劑選擇要點(diǎn)：3.4.2溶劑萃取設(shè)備的分類根據(jù)料液和溶劑接觸的次數(shù)及接觸時(shí)的流動(dòng)方向，溶劑萃取設(shè)備可以分成單級(jí)萃取設(shè)和多級(jí)萃取設(shè)備，后者又可分為錯(cuò)流接觸設(shè)備和逆流接觸萃取設(shè)備。多級(jí)逆流萃取過程具有分離效率高、產(chǎn)品回收率高、溶劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)最常用的萃取流程。多級(jí)萃取設(shè)備也有多種類型，如混合沉降器、篩板萃取塔、填料萃取塔等。根據(jù)操作方式不同，溶劑萃取設(shè)備可分成間歇萃取設(shè)備和連續(xù)萃取設(shè)備。根據(jù)分離物系構(gòu)成的不同，溶劑萃取設(shè)備可分成液一液萃取設(shè)備和液一固萃取設(shè)備。3.4.2溶劑萃取設(shè)備的分類第一節(jié)液-液萃取分離過程與設(shè)備

一、溶媒萃取法是用一種溶劑將物質(zhì)從另一種溶劑中提取出來的方法，這兩種溶劑不能互溶或只部分互溶，能形成便于分離的兩相，利用混合物中不同組分在同種溶劑中的溶解度不同，而將所需要的組分分離出來。溶劑萃取法又分為物理萃取和化學(xué)萃取。物理萃取的理論基礎(chǔ)是分配定律，而化學(xué)萃取服從相律及一般化學(xué)反應(yīng)的平衡規(guī)律。第一節(jié)液-液萃取分離過程與設(shè)備一、溶媒萃取法1.物理萃取

在溶劑萃取中，被提取的溶液稱為料液，其中欲提取的物質(zhì)稱為溶質(zhì)，而用以進(jìn)行萃取的溶劑稱為萃取劑。經(jīng)接觸分離后，大部分溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取劑中，得到的溶液稱為萃取液，而被萃取除溶質(zhì)以后的料液稱為萃余液。將萃取劑和料液放在萃取器中，經(jīng)充分振蕩，靜置待分層形成兩相，即萃余相和萃取相，進(jìn)行萃取的體系是多相多組分體系。在一個(gè)多組分兩相體系中，溶質(zhì)自動(dòng)地從化學(xué)位大的一相轉(zhuǎn)移到化學(xué)位小的一相，其過程是自發(fā)進(jìn)行的。1.物理萃取在溶劑萃取中，被提取的溶液稱為料液，其中2.化學(xué)萃取化學(xué)萃取是伴有化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)過程?？煞譃槲孱惤j(luò)合反應(yīng)萃取

在此萃取反應(yīng)中，溶質(zhì)和萃取劑皆是中性分子，兩者通過絡(luò)合反應(yīng)結(jié)合成為中性溶劑絡(luò)合物后進(jìn)入有機(jī)相。進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)的萃取劑主要是中性含磷萃取劑、中性含硫和含氧萃取劑。陽(yáng)離子交換反應(yīng)萃取

此類萃取反應(yīng)中萃取劑為一弱酸性有機(jī)化合物，溶質(zhì)在水相中以絡(luò)離子形式存在，萃取時(shí)，水相中溶質(zhì)的陽(yáng)離子取代出萃取劑中的氫離子，故稱為陽(yáng)離子交換反應(yīng)萃取。2.化學(xué)萃取化學(xué)萃取是伴有化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)過程?？煞譃槲孱愲x子締合反應(yīng)萃取

有兩種情況：一是溶質(zhì)離子在水相中形成絡(luò)陰離子，萃取劑與氫離子結(jié)合成陽(yáng)離子，兩者通過離子締合反應(yīng)構(gòu)成離子締合物而進(jìn)入有機(jī)相，稱為陰離子萃取；另一情況是溶質(zhì)的陽(yáng)離子與螯合性萃取劑結(jié)合成螯合陽(yáng)離子，然后與水相中存在的較大陰離子通過離子締合反應(yīng)構(gòu)成離子締合物而進(jìn)入有機(jī)相，稱為陽(yáng)離子萃取。離子締合反應(yīng)萃取加合反應(yīng)萃?。▍f(xié)同萃取）

萃取體系中含有兩種或兩種以上萃取劑，如被萃取組分的分配系數(shù)顯著大于每一萃取劑（濃度及其它條件皆相同）單獨(dú)使用時(shí)的分配系數(shù)之和，即為加合反應(yīng)萃取。帶同萃取反應(yīng)

某一溶質(zhì)不被萃取或很少被萃取，但當(dāng)其與另一溶質(zhì)同時(shí)被萃取時(shí)，它卻能被萃取或者分配系數(shù)顯著增大，這種現(xiàn)象稱為帶同萃取。

加合反應(yīng)萃?。▍f(xié)同萃?。?、混合—澄清萃取設(shè)備（1）結(jié)構(gòu)混合－澄清器輕相重相重相輕相常見的液-液萃取設(shè)備主要有：混合-澄清萃取設(shè)備、塔式萃取設(shè)備、離心萃取機(jī)。1、混合—澄清萃取設(shè)備（1）結(jié)構(gòu)混合－澄清器輕相重相重相商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite（2）優(yōu)點(diǎn)①處理量大，級(jí)效率高；②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易放大和操作；③兩相流量比范圍大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，易于開、停工；對(duì)物系的適應(yīng)性好，對(duì)含有少量懸浮固體的物料也能處理；④易實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)操作，便于調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)。不需高大的廠房和復(fù)雜的輔助設(shè)備。（3）缺點(diǎn)①占地大，溶劑儲(chǔ)量大。②需要?jiǎng)恿嚢韬图?jí)間物流輸送設(shè)備，設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)較高。（4）應(yīng)用適用于所需級(jí)數(shù)少、處理量大的場(chǎng)合。（2）優(yōu)點(diǎn)（3）缺點(diǎn)（4）應(yīng)用Elgin型噴淋萃取塔輕相重相輕相重相Elgin型噴淋萃取塔4.4.2塔式萃取設(shè)備

（1）噴灑塔（噴淋塔）特點(diǎn)：無(wú)塔內(nèi)件，阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少易維護(hù)。但兩相很難均勻分布，軸向反混嚴(yán)重，理論級(jí)數(shù)不超過1~2級(jí)，傳質(zhì)系數(shù)小。輕相重相輕相重相Elgin型噴淋萃取塔輕相重相輕相重相Elgin型噴淋萃取塔（2）篩板萃取塔

萃取過程中的篩板塔輕液輕液重液重液篩板輕液分散在重液內(nèi)的混合液分散相聚集界面溢流管（2）篩板萃取塔塔板上兩相流動(dòng)情況：為保證篩板塔正常操作，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①分散相應(yīng)均勻地通過全部篩孔，防止連續(xù)相短路而降低分離效率；②兩相在板間分層明顯，而且要有一定高度的分散相累積層。輕液分散的篩板萃取塔輕液向上流相界面輕液篩板降液管重液向下流擋板分散的輕液輕液向上流相界面重相液滴篩板升液管重液向下流擋板重液重液分散的篩板萃取塔塔板上兩相流動(dòng)情況：為保證篩板塔正常操作，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：輕（3）填料萃取塔特點(diǎn)：填料萃取塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作方便，級(jí)效率較低，在工藝要求的理論級(jí)小于3，處理量較小時(shí)可考慮采用。

填料萃取塔輕液輕液重液重液液－液相界面填料（3）填料萃取塔特點(diǎn)：填料萃取塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作方便（4）轉(zhuǎn)盤萃取塔特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，維修方便，操作彈性和通量較大，應(yīng)用較廣。輕液輕液重液重液界面格柵定環(huán)轉(zhuǎn)盤

轉(zhuǎn)盤萃取塔（4）轉(zhuǎn)盤萃取塔特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，維修方便，操作彈性（5）攪拌填料塔重液出輕液出重液入輕液入1.轉(zhuǎn)軸2.攪拌器3.絲網(wǎng)填料123（5）攪拌填料塔重液出輕液出重液入輕液入1.轉(zhuǎn)軸2.攪拌器4.4.3離心萃取器優(yōu)點(diǎn)：處理量大，效率較高，提供較多理論級(jí)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：能耗大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備及維修費(fèi)用高。應(yīng)用：適用于要求接觸時(shí)間短，物流滯留量低，易乳化，難分相的物系。驅(qū)動(dòng)槽輪輕相進(jìn)重相出轉(zhuǎn)鼓清洗通道栓塞輕相出重相進(jìn)機(jī)械密封

波式離心萃取器示意圖4.4.3離心萃取器優(yōu)點(diǎn)：處理量大，效率較高，提供較多理萃取設(shè)備的選擇原則（1）穩(wěn)定性及停留時(shí)間穩(wěn)定性差—停留時(shí)間盡可能短—離心萃取器；伴有較慢的化學(xué)反應(yīng)時(shí)—停留時(shí)間長(zhǎng)—混合-澄清槽。（2）所需理論級(jí)數(shù)

需理論級(jí)數(shù)少（2~3級(jí)）—各種萃取設(shè)備；需理論級(jí)數(shù)4~5級(jí)—轉(zhuǎn)盤塔、脈沖塔和振動(dòng)篩板塔；需理論級(jí)更多—離心萃取器或多級(jí)混合-澄清槽。（3）物系的分散與凝聚特性

物系易乳化，不易分相—離心萃取器；物系界面張力較小，或兩相密度差較大—重力流動(dòng)式。萃取設(shè)備的選擇原則（1）穩(wěn)定性及停留時(shí)間（4）生產(chǎn)能力生產(chǎn)處理量小—填料塔或脈沖塔；生產(chǎn)處理量大—篩板塔，轉(zhuǎn)盤塔，混合-澄清槽等。（5）防腐蝕及防污染要求

具有腐蝕性—結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的填料塔；具有污染性—屏蔽性能良好的脈沖塔。（6）建筑物場(chǎng)地要求

空間高度有限—混合-澄清槽；占地面積有限—塔式萃取設(shè)備。（4）生產(chǎn)能力

浸取是固-液萃取，又稱浸出、提取或浸提。由于食品加工的原料大多為固體，要分離提取其中的成分，往往采取浸取的方法，因此浸取在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。食用油的浸提香料的浸提咖啡豆可溶性成分的浸提甜菜中糖分的浸提天然色素的浸提

應(yīng)用第二節(jié)固-液萃取分離過程與設(shè)備浸取是固-液萃取，又稱浸出、提取或浸提。由于食品加工的固體的浸提過程一般包括三個(gè)步驟：①溶劑浸潤(rùn)進(jìn)入固體內(nèi)，溶質(zhì)溶解；②溶解的溶質(zhì)從固體內(nèi)部流體中擴(kuò)散達(dá)到固體表面；③溶質(zhì)繼續(xù)從固體表面通過液膜擴(kuò)散而到達(dá)外部溶劑的主體中。影響浸提速度的因素包括：①可浸提物質(zhì)的含量；②原料的形狀和大??；③溫度；④溶劑。固體的浸提過程一般包括三個(gè)步驟：影響浸提速度的因素包括：浸提的基本概念浸提是將溶劑加入固相或另一液相混合物中，其中所含的一種或幾種組分溶出從而使混合物得到完全或部分分離的過程。統(tǒng)稱為溶劑萃取。其中液體溶劑對(duì)固體混合物進(jìn)行的溶質(zhì)萃取過程稱為固－液萃取，也稱為浸出、浸提或浸瀝。浸取適用的原料粘性無(wú)組織結(jié)構(gòu)新鮮易于膨脹浸提的基本概念浸提是將溶劑加入固相或另一液相混合物中，其中所浸提熱浸冷浸適用于提取遇熱易被破壞的物質(zhì)及含淀粉、樹膠、果膠、黏液質(zhì)的樣品，從含淀粉較多的苦豆子種子中提取生物堿，就是在冷的稀鹽酸水浸出生物堿。由于提高溫度有利于有效成分的溶解度故提取效果較冷浸好。該方法操作時(shí)間長(zhǎng)，浸出溶劑用量大往往浸出效率差，不易完全浸出，不適合有效成分含量低的原料分離原料預(yù)處理（破碎或切片）混合提取過程浸提熱浸冷浸適用于提取遇熱易被破壞的物質(zhì)及含淀粉、樹膠、果膠浸提溶劑的選擇原則（1）溶質(zhì)的溶解度大，以為節(jié)省溶劑用量；（2）與溶質(zhì)之間又足夠大的沸點(diǎn)差，以便于回收利用；（3）溶質(zhì)在溶劑的擴(kuò)散阻力小，即擴(kuò)散系數(shù)大和黏度??；（4）價(jià)廉易得，無(wú)毒，腐蝕性小等。浸提溶劑的選擇原則（1）溶質(zhì)的溶解度大，以為節(jié)省溶劑用量；浸提理論擴(kuò)散現(xiàn)象：分子熱運(yùn)動(dòng)隨意彌散的宏觀現(xiàn)象。滲透現(xiàn)象：只允許溶劑通過，而不允許溶質(zhì)通過的半透膜。浸析現(xiàn)象：浸析膜除了能允許溶劑通過之外，還允許一些中小分子的溶質(zhì)通過卻不能讓大分子膠體物質(zhì)通過。浸提理論浸提平衡浸提系統(tǒng)由3種組分，即溶劑、溶質(zhì)(目標(biāo)浸提物)和惰性固體構(gòu)成。浸提系統(tǒng)的平衡關(guān)系：極其復(fù)雜，其機(jī)理尚未完全搞清楚。但較多采用以下模型：假定在不溶性的多孔惰性固體(A量)內(nèi)部含有不被固體所吸附的溶質(zhì)B。溶質(zhì)量B對(duì)所加溶劑量S而言，假定是在飽和溶解度以下。如果固體與溶劑經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的充分接觸，則溶質(zhì)完全溶解，并且固體空隙中的液體濃度等于周圍液體的濃度，這時(shí)液體的組成不隨更長(zhǎng)的接觸時(shí)間而改變。這種級(jí)接觸則稱為理論級(jí)。或稱理論效。浸提平衡浸提系統(tǒng)由3種組分，即溶劑、溶質(zhì)(目標(biāo)浸提物)和惰固體的浸提過程的步驟溶劑浸潤(rùn)進(jìn)入固體內(nèi)，溶質(zhì)溶解溶解的溶質(zhì)從固體內(nèi)部流體中擴(kuò)散達(dá)到固體表面溶質(zhì)繼續(xù)從固體表面通過液膜擴(kuò)散到達(dá)外部溶劑的主體。

溶劑S原料F0溢流E1底流W固體的浸提過程的步驟溶劑浸潤(rùn)進(jìn)入固體內(nèi)，溶質(zhì)溶解溶劑S原料F萃取設(shè)備設(shè)備級(jí)式固定床浸取裝置連續(xù)移動(dòng)床浸取裝置單級(jí)浸取罐多級(jí)固定床浸取系統(tǒng)U型管式浸取器平轉(zhuǎn)式浸取器萃取設(shè)備設(shè)備級(jí)式固定床浸取裝置連續(xù)移動(dòng)床浸取裝置單級(jí)浸取罐多超臨界流體萃取(SCFE)是近30多年來出現(xiàn)的一種新型的萃取分離技術(shù)特性：低能耗、無(wú)污染、無(wú)殘留和適宜處理易受熱分解的熱敏性物料第三節(jié)超臨界萃取設(shè)備超臨界流體萃取(SCFE)是近30多年來出現(xiàn)的一種新型的萃取某一純物質(zhì)的臨界溫度是指在任何高壓下均不能使該物質(zhì)液化的最低溫度，與此溫度點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的壓力稱為臨界壓力。在壓溫圖中，高于臨界溫度和臨界壓力的區(qū)域稱為超臨界區(qū)，此時(shí)的流體稱為超臨界流體。在超臨界區(qū)域內(nèi)，壓力稍有變化，超臨界流體對(duì)溶質(zhì)的溶解能力也會(huì)發(fā)生很大變化。原理：某一純物質(zhì)的臨界溫度是指在任何高壓下均不能使該物質(zhì)液化的最低超臨界氣體的密度接近于液體，這使它具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿∧芰?。超臨界流體的黏度和擴(kuò)散系數(shù)與氣體相近似，使它具有非常好的傳質(zhì)性能。超臨界流體作為萃取劑還具有良好的選擇性；在超臨界區(qū)域內(nèi)，壓力稍有變化，即引起超臨界流體的密度發(fā)生很大的變化，從而它對(duì)溶質(zhì)的溶解能力也會(huì)發(fā)生很大變化。壓力變化即引起超臨界流體的相態(tài)發(fā)生變化，從而有利于溶質(zhì)和萃取劑的分離。超臨界流體性質(zhì)超臨界氣體的密度接近于液體，這使它具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿∧?/p>

超臨界流體萃取系統(tǒng)主要由四部分組成①溶劑壓縮機(jī)(即高壓泵)。②萃取器。③溫度、壓力控制系統(tǒng)。④分離器和吸收器。其他輔助設(shè)備包括：輔助泵、閥門、調(diào)節(jié)器、流量計(jì)、熱量回收器等。超臨界流體萃取系統(tǒng)主要由四部分組成控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)壓力吸附方式吸收器控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)壓力吸附方式吸收器

分離熱敏性、高沸點(diǎn)物質(zhì)(a)動(dòng)植物油(魚油等及大豆、向日葵、可可、咖啡、棕?cái)R等的種子油)的萃取(b)從茶、咖啡中脫除咖啡因。(c)啤酒花和尼古丁的萃取。(d)從植物中萃取香精油等風(fēng)味物質(zhì)。(c)從動(dòng)植物中萃取脂肪酸。(f)從奶油和雞蛋中去除膽固醇。(g)從天然產(chǎn)物中萃取功能性有效成分；(h)植物色素的萃取及各種物質(zhì)的脫色、脫臭在食品業(yè)的用途分離熱敏性、高沸點(diǎn)物一、膜分離的基本概念1、膜分離的原理：用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法，稱為膜分離。2、分類：按膜材料的來源：天然膜和合成膜按膜材料的化學(xué)組分：纖維素酯類膜和非纖維素酯類膜按膜斷面的物理形態(tài)：對(duì)稱膜、不對(duì)稱膜和復(fù)合膜按膜的形狀：平板膜、管式膜和中空纖維膜§3.5膜分離機(jī)械一、膜分離的基本概念§3.5膜分離機(jī)械按膜內(nèi)平均孔徑、推動(dòng)力和傳遞機(jī)制進(jìn)行分類。過程孔徑推動(dòng)力機(jī)制微濾0.02-10μm壓力差篩分超濾0.001-0.02μm壓力差篩分反滲透無(wú)孔壓力差溶液-擴(kuò)散氣體透過無(wú)孔壓力差溶液-擴(kuò)散透析1-3nm濃度差篩分+擴(kuò)散電滲析相對(duì)分子質(zhì)量小于200電位差離子遷移滲透蒸發(fā)無(wú)孔分壓差溶液-擴(kuò)散

膜分離過程類型二、膜分離過程的類型按膜內(nèi)平均孔徑、推動(dòng)力和傳遞機(jī)制進(jìn)行分類。過程孔徑推動(dòng)力機(jī)制離。

三、膜分離過程離。三、膜分離過程膜分離有四個(gè)顯著特點(diǎn)（1）膜分離是一個(gè)高效分離過程，可以實(shí)現(xiàn)高純度的分離；（2）大多數(shù)膜分離過程不發(fā)生相變化，因此能耗較低；（3）膜分離通常在常溫下進(jìn)行，特別適合處理熱敏性物料；（4）膜分離設(shè)備本身沒有運(yùn)動(dòng)的部件，可靠性高，操作、維護(hù)都十分方便；（5）處理能力和規(guī)模選擇性強(qiáng)；（6）體積小，占地少。膜分離有四個(gè)顯著特點(diǎn)（1）膜分離是一個(gè)高效分離過程，可以實(shí)現(xiàn)1)反滲透（Reverseosmosis,RO）

膜兩側(cè)壓力相等的情況下，在濃差的作用下作為溶劑的水分子從溶質(zhì)濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)通過，這種現(xiàn)象稱為滲透。促使水分子透過的推動(dòng)力稱為滲透壓。

溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越大。如果欲使高濃度溶液中的溶劑透過膜到低濃度的一側(cè)，則可在高濃度的一側(cè)時(shí)間壓力，壓力必需大于此滲透壓，這種操作稱為反滲透。

滲透壓461)反滲透（Reverseosmosis,RO）滲透壓RO膜沒有明顯孔道結(jié)構(gòu)，透過機(jī)理一般通過“溶解－擴(kuò)散”模型描述。假設(shè)溶質(zhì)或溶劑首先溶解在膜中，然后擴(kuò)散通過RO膜。應(yīng)用：海水淡化，工業(yè)用水軟化，直飲水…RO膜沒有明顯孔道結(jié)構(gòu)，透過機(jī)理一般通過2)超濾（Ultrafiltration,UF）和

微濾（Microfiltration,MF）

膜分離技術(shù)的主要代表。

超濾和微濾都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力。膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，主要用于截留高分子溶質(zhì)或固體微粒。

2)超濾（Ultrafiltration,UF）和

超濾主要用于高分子溶質(zhì)之間或高分子與小分子之間的分離，利用分子量的差別進(jìn)行分離。濃縮，脫鹽，或純化。

微濾一般用于懸浮液的過濾，在生物分離中廣泛用于菌體的分離和濃縮，細(xì)胞碎片的去除?？讖剑何V>超濾>納濾超濾主要用于高分子溶質(zhì)之間或高分子與小分3)透析（Dialysis,DS）利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將含有高分子溶質(zhì)和其它小分子溶質(zhì)的溶液與純水或緩沖液分隔，由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在濃差的作用下，高分子溶液中的小分子溶質(zhì)（例如無(wú)機(jī)鹽）透向水側(cè)，水側(cè)的水分子透向溶液側(cè)，這即為透析。

性質(zhì)：透析膜一般為親水膜，例如纖維素膜、聚丙烯腈膜和聚酰胺膜等，孔徑一般5～10nm。

3)透析（Dialysis,DS）

應(yīng)用：常用于臨床的血液透析，生物分離方面，用于大分子溶液的脫鹽。

血液透析應(yīng)用：血液透析例子：

生物實(shí)驗(yàn)室中常用，直徑5～80mm，將料液裝入透析袋中，封口，浸入到透析液（純水或緩沖液），一定時(shí)間后即可完成透析，也可采用攪拌。

缺點(diǎn)：以濃差為推動(dòng)力，膜的透過通量很小，不適大規(guī)模生物分離過程，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用較多。例子：4）電滲析（Electrodialysis,ED）

電滲析是利用分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別進(jìn)行分離的膜分離法，可用于小分子電解質(zhì)（例如氨基酸、有機(jī)酸）的分離和溶液的脫鹽。電滲析操作所用的膜材料為離子交換膜，即在膜表面和孔內(nèi)共價(jià)鍵合有離子交換基團(tuán)，如磺酸基等酸性陽(yáng)離子交換基和季銨基等堿性陰離子交換基。鍵合陽(yáng)離子交換基的膜稱為陽(yáng)離子交換膜，鍵合陰離子交換基的膜稱為陰離子交換膜。在電場(chǎng)的作用下，前者選擇性透過陽(yáng)離子，后者選擇性透過陰離子。4）電滲析（Electrodialysis,ED）A

C

A

C12345ACAC1用途：海水和苦水的淡化，廢水處理氨基酸、有機(jī)酸分離純化…

反應(yīng)－分離耦合是發(fā)展方向之一。用途：海水和苦水的淡化，廢水處理5）滲透氣化（Pervaporation,PV）

疏水膜兩側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)的分壓差，在分壓差作用下，料液的溶質(zhì)溶于膜內(nèi)，擴(kuò)散通過膜，在透過側(cè)發(fā)生氣化，氣化的溶質(zhì)被膜外設(shè)置的冷凝器冷凝回收。根據(jù)溶質(zhì)間透過膜的速度不同，使混合物得到分離。膜與溶質(zhì)的相互作用決定溶質(zhì)的滲透速度，根據(jù)相似相溶的原理，疏水性較大的溶質(zhì)易溶于疏水膜，因此滲透速度高，在透過一側(cè)得到濃縮。氣化所需的潛熱用外部熱源供給。根據(jù)膜選擇透過溶質(zhì)的現(xiàn)象，可消除共沸現(xiàn)象，可用于共沸混合物的分離，也稱膜蒸餾。

5）滲透氣化（Pervaporation,PV）真空泵●○○○○○●●●●●○○○液相氣相料液滲透氣化膜冷凝器透過液滲透氣化示意圖真空泵●○○○○○●●●●●○○○液相氣相料液滲透氣化膜冷凝

滲透氣化膜主要為多孔聚乙烯膜、聚丙烯膜和含氟多孔膜等。

80年代，滲透氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在乙醇、丁醇等揮發(fā)性產(chǎn)物的分離耦合過程中應(yīng)用。

例子：生物酒精的需求巴西、美國(guó)乙醇連續(xù)發(fā)酵。滲透氣化膜主要為多孔聚乙烯膜、聚丙烯膜和膜分離裝置與膜組件各種膜分離裝置主要包括兩部分，一是膜分離單元，即膜組件，二是對(duì)流體提供壓力和流速的裝置，即泵。對(duì)超濾和反滲透而言，膜組件通常有四種：管式、平板式、卷式和中空纖維式膜分離裝置與膜組件各種膜分離裝置主要包括兩部分，一是膜分離單

1、平板式膜組件1、平板式膜組商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite2.螺旋卷式膜器件(1)基本部件膜、多孔支撐層、原料水隔網(wǎng)、多孔中心管構(gòu)成：兩層膜三邊封口，構(gòu)成信封狀膜袋，膜袋內(nèi)填充多孔支撐層，一層膜袋襯一層隔網(wǎng)，從膜袋開口端開始繞多孔中心管卷繞而形成螺旋卷式膜器件。2.螺旋卷式膜器件(1)基本部件6464(2)特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度高②制作簡(jiǎn)單，安裝、操作方便③適合低流速、低壓下操作④制作工藝復(fù)雜，膜清洗困難(2)特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度高(3)工作過程原料從端部進(jìn)入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動(dòng)，而透過物進(jìn)入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動(dòng)，最后匯集在中心收集管中再排出，濃液則從組件另一端排出。(3)工作過程原料從端部進(jìn)入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于3、管式膜組件結(jié)構(gòu)：膜粘在支撐管的內(nèi)壁或外壁。外管為多孔金屬管，中間為多層纖維布，內(nèi)層為管狀超濾或反滲透膜原理：原液在壓力作用下在管內(nèi)流動(dòng)，產(chǎn)品由管內(nèi)透過管膜向外遷移。3、管式膜組件結(jié)構(gòu)：膜粘在支撐管的內(nèi)壁或外壁。外管為多孔金屬

管式膜組件按膜附著在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)而分為內(nèi)壓管式和外壓管式組件。按管式組件中膜管的數(shù)量又分為單管式和列管式兩種。

管式組件的優(yōu)點(diǎn)是：流動(dòng)狀態(tài)好、流速易控制，適當(dāng)控制流速可防止或減小濃差極化；安裝、拆卸、換膜和維修均較方便。由于支撐管的管徑相對(duì)較大(一般在0.6～2.5cm)，所以能處理含懸浮團(tuán)體的溶液，不易堵塞，但與平板組件相比，單位體積內(nèi)有效膜面積較少，此外管口的密封也較困難。管式膜組件按膜附著在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)而分為內(nèi)壓管式和外壓商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite4、毛細(xì)管式膜組件由許多毛細(xì)管組成，纖維平行排列，兩端均與—塊端板粘合。毛細(xì)管由紡絲法制得，無(wú)支撐部件。進(jìn)料液從毛細(xì)管的中心通過，透過液從毛細(xì)管壁滲出。與管式膜組件相比，毛細(xì)管式膜組件擁有高填充密度4、毛細(xì)管式膜組件由許多毛細(xì)管組成，纖維平行排列，兩端均與—

卷式膜組件結(jié)構(gòu)(Koch膜設(shè)備公司)1，14-進(jìn)料2-料液穿過流道隔離件流動(dòng)3，5-膜4-透過液收集器材6-料液流道隔離件7-外套8-透2液流動(dòng)9，11-濃縮R液10-透過液出口12-防套筒伸縮裝置13-透過液收集孔卷式5、中空纖維膜組件結(jié)構(gòu)與毛細(xì)管式膜組件相類似，膜管沒有支撐材料，靠本身的強(qiáng)度承受工作壓力。將幾萬(wàn)根中空纖維集束的開口端粘接，裝填在管狀殼體內(nèi)。5、中空纖維膜組件商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite膜反應(yīng)器

蛋白質(zhì)分解酶的膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器蛋白質(zhì)分解酶的膜電滲析器（一）電滲析原理和特點(diǎn)1、電滲析的基本原理電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過性(即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的一種膜過程。電滲析器（一）電滲析原理和特點(diǎn)商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite離子交換膜的選擇透過性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團(tuán)的作用。膜上的孔隙容許離子進(jìn)出和通過。膜上的離子基團(tuán)容許電性相反的離子通過。離子交換膜的選擇透過性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團(tuán)的作用2、電滲析法的特點(diǎn)（1）耗電能與鹽溶液的濃度成正比，不適合與濃溶液（2）不能除去不帶電荷的雜質(zhì)2、電滲析法的特點(diǎn)（1）耗電能與鹽溶液的濃度成正比，不適合與（二）電滲析器的結(jié)構(gòu)1、構(gòu)造電滲析器由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三部分構(gòu)成。（1）膜堆膜堆是由相當(dāng)數(shù)量的膜對(duì)組裝而成的。膜對(duì)：是由一張陽(yáng)離子交換膜，一張隔板甲（或乙）；一張陰膜，一張隔板乙（或甲）組成。（二）電滲析器的結(jié)構(gòu)1、構(gòu)造商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite（2）極區(qū)包括電極、極框和導(dǎo)水板。（3）壓緊裝置壓緊裝置是用來壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件形成一個(gè)整體，不致漏水。（2）極區(qū)2、組裝方式電滲析器的組裝是用“級(jí)”和“段”來表示，一對(duì)電極之間的膜堆稱為“一級(jí)”。水流同向的每一個(gè)膜堆稱為“一段”。增加段數(shù)就等于增加脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增加膜對(duì)數(shù)，可提高水處理量。一般有以下幾種組裝形式：一級(jí)一段；一級(jí)多段；多級(jí)一段；多級(jí)多段。2、組裝方式電滲析器的組裝是用“級(jí)”和“段”來表示，一對(duì)電極商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite商業(yè)地產(chǎn)概論及運(yùn)營(yíng)管理林寵升培訓(xùn)教程N(yùn)XPowerLite（三）電滲析工藝流程1.循環(huán)操作流程（三）電滲析工藝流程1.循環(huán)操作流程2.三級(jí)連續(xù)操作2.三級(jí)連續(xù)操作（四）應(yīng)用1.水的純化生產(chǎn)制藥工藝用水2.鹽溶液濃縮3.脫除有機(jī)物和有機(jī)物脫酸4.廢水處理（四）應(yīng)用1.水的純化樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。4月-244月-24Wednesday,April3,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。01:59:4001:59:4001:594/3/20241:59:40AM安全象只弓，不拉它就松，