藥物膜分離技術(shù)-膜結(jié)構(gòu)膜組件及膜過濾理論（制藥技術(shù)課件）

大綱1、膜的基本性能2、超濾膜組件介紹第3課時(shí)-節(jié)常用的膜分離技術(shù)：典型的膜分離技術(shù)有微孔過濾(MF)超濾(UF)反滲透(RO)納濾(NF)滲析(D)電滲析(ED)液膜(LM)滲透蒸發(fā)(PV)等第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)過濾譜圖umARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL過濾對(duì)象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts中水鹽份Metalions金屬離子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY過濾方法Pyrogens熱源Virus病毒Colloidalsilica膠體硅Albuminprotein白蛋白Bacteria細(xì)菌Carbonblack碳黑Paintpigment顏料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海灘沙礫Pollens花粉RO反滲透Ultrafiltration超濾Microfiltration微濾Particle

filtration一般過濾NF納濾第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)膜分離過程的類型

分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等。物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實(shí)現(xiàn)的。第3課時(shí)-節(jié)幾種主要分離膜的分離過程膜過程推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對(duì)稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價(jià)離子、多價(jià)離子有機(jī)物復(fù)合膜反滲透壓力差溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽非對(duì)稱性膜復(fù)合膜第3課時(shí)-節(jié)膜過程推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型滲析濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞低分子量物、離子溶劑非對(duì)稱性膜電滲析電位差電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離壓力差氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶質(zhì)或溶劑均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)稱膜液膜分離濃度差反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)溶劑乳狀液膜、支撐液膜續(xù)上表第3課時(shí)-節(jié)膜膜組件膜系統(tǒng)第3課時(shí)-節(jié)膜絲膜組件膜系統(tǒng)第3課時(shí)-節(jié)膜的種類平板膜板框式膜器件、折疊式膜器件、卷式膜器件管式膜

中空纖維膜（直徑＜0.5mm）毛細(xì)管膜（直徑＝0.5～5mm）管狀膜（直徑＞5mm）.第3課時(shí)-節(jié)將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個(gè)單元稱為膜組件。工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。一、膜組件第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)(1)板框式(Plate-and-Frame)膜組件板框式是最早使用的一種膜組件。其設(shè)計(jì)類似于常規(guī)的板框過濾裝置。第3課時(shí)-節(jié)濃縮液（截留液）透過液進(jìn)料（原料液）平板式膜組件第3課時(shí)-節(jié)海水從上部進(jìn)入組件后，沿膜表面逐層流動(dòng)，其中純水透過膜到達(dá)膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔聚集在邊緣的導(dǎo)流管后排出，而未透過的濃縮咸水從下部排出。在多孔支撐板兩側(cè)覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個(gè)端板密封，壓緊。第3課時(shí)-節(jié)平板式構(gòu)造第3課時(shí)-節(jié)把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管組裝在一起。(2)管式(Tubular)膜組件第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)管式膜元件2、

第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)(3)螺旋卷式(SpiralWound)膜組件

卷式納濾膜濃縮設(shè)備(生產(chǎn)型)

第3課時(shí)-節(jié)由中間為多孔支撐板，兩側(cè)是膜的“膜袋”裝配而成，膜袋的三個(gè)邊粘封，另一邊與一根多孔中心管連接。組裝時(shí)在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀材料（隔網(wǎng)），繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內(nèi)。原料進(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。第3課時(shí)-節(jié)螺旋卷式反滲透膜組件第3課時(shí)-節(jié)密封密封密封螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層第3課時(shí)-節(jié)膜葉透水網(wǎng)狀材料透過水濃水進(jìn)水螺旋卷式膜組件組合示意圖第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)(4)中空纖維(HollowFiber)膜組件將大量的中空纖維安裝在一個(gè)管狀容器內(nèi),中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一端流人,沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng),透過液則滲透通過中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔,然后從纖維在環(huán)氧樹脂的固封頭的開端引出,原液則從膜組件的另一端流出。中空纖維膜組件的最大特點(diǎn)是單位裝填膜面積比所有其他組件大,最高可達(dá)到30000m2/m3。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)中空纖維式膜組件第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表。第3課時(shí)-節(jié)幾種常用的膜組件類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用狀況框板式結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、牢固、能承受高壓，使用強(qiáng)度較高，工藝簡(jiǎn)便裝置成本高，流動(dòng)狀態(tài)不好，濃差極化嚴(yán)重；易堵塞，不易清洗。適于小容量規(guī)模；已商業(yè)化管式容易清洗和更換；原水流動(dòng)狀態(tài)好，壓力損失小，耐較高壓力；能處理含有懸浮物的、黏度高的或者能析出固體等易堵塞流水通道的溶液體系裝置成本高，管口密封較難；膜的堆積密度小適于小容量規(guī)模；已商業(yè)化螺旋式膜的堆積密度大，結(jié)構(gòu)緊湊；可使用強(qiáng)度好的平板膜；價(jià)格低廉。制作工藝和技術(shù)較復(fù)雜，密封較困難；易堵塞，不易清洗，不宜在高壓下操作適于大容量規(guī)模；已商業(yè)化中空纖維膜膜的堆積密度大，不需外加支撐材料；濃差極化可忽略；價(jià)格低廉。制作工藝和技術(shù)較復(fù)雜，易堵塞，不易清洗適于大容量規(guī)模；已商業(yè)化第3課時(shí)-節(jié)膜組件的組裝示意圖進(jìn)水口耐壓容器連接器膜組件密封圈端蓋透過液濃縮液第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)中空纖維超濾膜設(shè)備

第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)

膜結(jié)構(gòu)第3課時(shí)-節(jié)膜膜組件膜系統(tǒng)第3課時(shí)-節(jié)膜絲膜組件膜系統(tǒng)第3課時(shí)-節(jié)膜的種類平板膜板框式膜器件、折疊式膜器件、卷式膜器件管式膜

中空纖維膜（直徑＜0.5mm）毛細(xì)管膜（直徑＝0.5～5mm）管狀膜（直徑＞5mm）.第3課時(shí)-節(jié)板框式膜組件板框式是最早使用的一種膜組件。其設(shè)計(jì)類似于常規(guī)的板框過濾裝置。第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)滲透物滲透物側(cè)間隔網(wǎng)

卷式膜器件示意圖中心滲透管截留物滲透物原料膜原料側(cè)間隔網(wǎng)膜原料截留物滲透物第3課時(shí)-節(jié)卷式膜器件結(jié)構(gòu)圖第3課時(shí)-節(jié)卷式膜器件結(jié)構(gòu)圖二第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)折

疊

式

膜

器

件

示

意

圖①預(yù)濾層②膜③支撐層④外殼體⑤內(nèi)支撐管封頭第3課時(shí)-節(jié)折

疊

式

膜

器

件

示

意

圖-2第3課時(shí)-節(jié)折疊式膜器件示意

圖

-3

第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)平板膜制備示意圖凝結(jié)浴相轉(zhuǎn)化膜聚合物溶液刮刀后處理支撐體第3課時(shí)-節(jié)中空纖維第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)第3課時(shí)-節(jié)膜分離技術(shù)--膜的分類膜的分類—膜分離技術(shù)大綱1.按膜的材料2.按膜的分離原理3.按膜的形態(tài)分類4.按膜的結(jié)構(gòu)分類膜的分類—膜分離技術(shù)

膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡(jiǎn)稱為膜。膜分離過程是分離膜以特定的方式限制兩相間的物質(zhì)傳遞，使不同的物質(zhì)以不同的速率透過膜，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。膜的分類—膜分離技術(shù)

1.按膜的材料分類膜的分類—膜分離技術(shù)2.按膜的分離原理分類根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可將其分為：

微孔膜；超過濾膜；反滲透膜；納濾膜；滲析膜；電滲析膜；滲透蒸發(fā)膜等。膜的分類—膜分離技術(shù)3.按膜的形態(tài)分類板式膜（含鋸齒式）；管式膜；卷式膜；中空纖維式膜。膜的分類—膜分離技術(shù)對(duì)稱膜：膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似；

非對(duì)稱膜：非常薄的表層為活性膜，其孔徑和表皮的性質(zhì)決定了分離特性，而厚度主要決定傳遞速度。多孔的支撐層只起支撐作用，對(duì)分離特性和傳遞速度影響很小，非對(duì)稱膜除了高透過速度外，還有另一優(yōu)點(diǎn)，即被脫除的物質(zhì)大都在其表面，易于清除。4.按膜的結(jié)構(gòu)分類

膜的分類—膜分離技術(shù)復(fù)合膜：膜的選擇性膜層（或稱活性膜層）沉積于具有微孔的底膜(支撐層)表面上，就像非對(duì)稱性膜的連續(xù)性表皮，只是表層與底層是不同的材料，而非對(duì)稱膜是同一種材料。復(fù)合膜的性能不僅取決于有選擇性的表面薄層，而且受微孔支撐材料、結(jié)構(gòu)、孔徑、孔分布和多孔率的影響。4.按膜的結(jié)構(gòu)分類

膜分離技術(shù)應(yīng)用實(shí)例引言膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，上世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過濾及過濾過程簡(jiǎn)單、易于控制等特征，因此，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。

膜可以是固相、液相、甚至是氣相的。用各種天然或人工材料制造出來(lái)的膜品種繁多，在物理、化學(xué)、生物性質(zhì)上呈現(xiàn)出各種各樣的特性。

第6課時(shí)-節(jié)膜分離技術(shù)的應(yīng)用水的脫鹽和凈化食品工業(yè)醫(yī)療、衛(wèi)生方面化工方面環(huán)境工程其他方面海水與苦咸水淡化電廠鍋爐供水脫鹽超純水制備城市家庭飲用水的凈化乳品加工酒類生產(chǎn)果汁加工酶制劑生產(chǎn)醫(yī)療、衛(wèi)生用水藥品生產(chǎn)醫(yī)療應(yīng)用中藥提煉回收有機(jī)蒸氣制取富氧空氣無(wú)水乙醇生產(chǎn)膜與生物技術(shù)國(guó)防上的應(yīng)用交通、運(yùn)輸方面脫氣膜電泳漆廢水電鍍廢水纖維工業(yè)廢水造紙工業(yè)廢水其他廢水應(yīng)用第6課時(shí)-節(jié)

膜分離技術(shù)在醫(yī)藥生產(chǎn)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在傳統(tǒng)中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在微生物制藥中的應(yīng)用第6課時(shí)-節(jié)膜分離技術(shù)在傳統(tǒng)中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的中藥提取方法傳統(tǒng)提取方法大多首先采用溶劑初步提取含中藥有效成分的混合物，得到的各個(gè)部分經(jīng)活性測(cè)試確定有效部位后再通過層析、重結(jié)晶等分離技術(shù)對(duì)藥效成分進(jìn)一步精制。第6課時(shí)-節(jié)膜分離技術(shù)的應(yīng)用中藥成分復(fù)雜且具有多元性,膜分離技術(shù)依據(jù)藥效活性與其分子結(jié)構(gòu)及分子量水平密切相關(guān)的特性,通過選用不同截留特性的膜組件構(gòu)成膜分離系統(tǒng)對(duì)中藥有效部位和有效成分進(jìn)行分離和純化。操作通常以壓力為推動(dòng)力,可在常溫下完成,無(wú)需添加其它物質(zhì),具有高選擇性、高產(chǎn)品收率等優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)物可以是單一成分(有效成分),也可以是某一分子量區(qū)段的多種成分(有效部位或有效部位群),在一定程度上保證了中藥復(fù)方的特色、克服了傳統(tǒng)工藝的不足。第6課時(shí)-節(jié)

10種中藥在超濾前后藥液成分的測(cè)試結(jié)果第6課時(shí)-節(jié)膜分離技術(shù)在微生物制藥中的應(yīng)用

膜分離技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)，在現(xiàn)代生物制藥分離工程中具有巨大的應(yīng)用潛力，得到了廣泛的發(fā)展，已經(jīng)用于酶、活性蛋白、氨基酸、維生素、甾體、疫苗等物質(zhì)的分離純化。而膜分離技術(shù)在抗生素提煉中的應(yīng)用也是重點(diǎn)推廣的領(lǐng)域之一。第6課時(shí)-節(jié)

抗生素傳統(tǒng)提取方法主要有吸附法、溶劑萃取法、離子交換法和沉淀法，這些方法各有特點(diǎn)但工藝往往都十分繁雜所需時(shí)間長(zhǎng)、易變性失活、需消耗大量的原料、能耗高、回收率低、廢水污染嚴(yán)重且處理難度大。膜分離技術(shù)作為一門新型的分離、濃縮、提純及凈化技術(shù)具有節(jié)能、不破壞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、少污染和操作簡(jiǎn)單，可在常溫下連續(xù)操作、可直接放大、可專一配膜等特點(diǎn)，且各種膜過程具有不同的分離機(jī)制，適用于不同對(duì)象和要求。第6課時(shí)-節(jié)抗生素的制備第6課時(shí)-節(jié)膜分離技術(shù)--膜過濾的基礎(chǔ)理論膜過濾的基礎(chǔ)理論—膜分離技術(shù)大綱1.孔道特征2.截留率和截留分子量3.滲透通量膜過濾的基礎(chǔ)理論—膜分離技術(shù)表征膜性能的參數(shù)主要有：（1）膜孔道特征參數(shù)（孔徑大小、孔徑分布、孔隙度等）；（2）膜的截留率與截留分子量；（3）水通量等。膜過濾的基礎(chǔ)理論—膜分離技術(shù)膜的孔徑一般用兩個(gè)物理量來(lái)表述，即最大孔徑和平均孔徑。

它們都在一定程度上反映了膜孔的大小，但各有其局限性。

孔徑分布是指膜中一定大小的孔占整個(gè)孔的體積百分?jǐn)?shù)；孔徑分布數(shù)值越大，說明孔徑分布較窄，膜的分離選擇性越好。

孔隙度是指整個(gè)膜孔所占的體積百分?jǐn)?shù)；孔隙度越大，流動(dòng)阻力越小，但膜的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)降低。（一）孔道特征膜過濾的基礎(chǔ)理論—膜分離技術(shù)

膜對(duì)溶質(zhì)的截留能力用截留率σ來(lái)表示，截留率是指對(duì)于一定相對(duì)分子量的物質(zhì)，膜能截留的程度，其定義式為：（二）截留率和截留分子量當(dāng)σ=1時(shí)，表示溶質(zhì)全部被膜截留