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一、膜分离技术简介 膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要还只有微滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/04/200604071749_16429_1604910_3.jpg[/img]
[em09501][em09504]微滤(MF) 又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。 对于微滤而言,举个例子,艾柯超纯水设备膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1-1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。 超滤(UF) 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1000分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过,达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。 对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000-300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。 纳滤(NF) 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在80-1000的范围内,孔径为几纳米,因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。 对于纳滤而言,膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60%-90%,相应截留分子量范围在100-1000,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。 反渗透(RO) 是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性,以膜两侧静压为推动力,而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分,因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ,而成为海水和苦咸水淡化,以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。 反渗透的截留对象是所有的离子,仅让水透过膜,对NaCl的截留率在98%以上,出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质,也即能截留所有的离子,在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。 膜分离的基本工艺原理是较为简单的(参见下图)。在过滤过程中料液通过泵的加压,料液以一定流速沿着滤膜的表面流过,大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐,小于膜截留分子量的物质或分子透过膜,形成透析液。故膜系统都有两个出口,一是回流液(浓缩液)出口,另一是透析液出口。在单位时间(Hr)单位膜面积(m2)透析液流出的量(L)称为膜通量(LMH),即过滤速度。影响膜通量的因素有:温度、压力、固含量(TDS)、离子浓度、黏度等。 膜分离操作基本工艺流程: 由于膜分离过程是一种纯物理过程,具有无相变化,节能、体积小、可拆分等特点,使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。对不同组成的有机物,根据有机物的分子量,选择不同的膜,选择合适的膜工艺,从而达到最好的膜通量和截留率,进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。 Part2:膜分离系统应用 1、澄清纯化技术-超/微滤膜系统 澄清纯化分离所采用的膜主要是超/微滤膜,由于其所能截留的物质直径大小分布范围广,被广泛应用于固液分离、大小分子物质的分离、脱除色素、产品提纯、油水分离等工艺过程中。 超/微滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程。 澄清纯化技术可采用的膜分离组件主要有:陶瓷膜、平板膜、不锈钢膜、中空纤维膜、卷式膜、管式膜。 采用膜分离澄清纯化的优点: 1)、可得到绝对的真溶液,产品稳定性好; 2)、过滤分离收率高; 3)、分离效果好,产品质量高,运行成本低; 4)、缩短生产周期,降低生产成本; 5)、过程无需添加化学药品、溶媒溶剂,不带入二次污染物质; 6)、操作简便,占地面积小,劳动力成本低; 7)、可拓展性好,容易实现工业化扩产需求; 8)、设备可自动运行,稳定性好,维护方便。 2、浓缩提纯技术――纳滤膜系统 膜分离技术在浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100-1000Dal的纳滤膜。纳滤膜的主要特点是对二价离子、功能性糖类、小分子色素、多肽等物质的截留性能高于98%,而对一些单价离子、小分子酸碱、醇等有30~50%的透过性能,常被应用于溶质的分级、溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的浓缩等物质的分离、精制、浓缩工艺过程中。 纳滤膜分离技术常被用于取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。 浓缩提纯技术可采用的膜组件主要有:卷式膜、管式膜。 采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点: (1)、能耗极低,节省浓缩过程成本; (2)、过程无化学反应、无相变化,不带入其他杂质及造成产品的分解变性; (3)、在常温下达到浓缩提纯目的,不造成有效成分的破坏,工艺过程收率高; (4)、可完全脱除产品的盐分,减少产品灰分,提高产品纯度; (5)、可回收溶液中的酸、碱、醇等物质; (6)、设备结构简洁紧凑,占地面积小; (7)、操作简便,可实现自动化作业,稳定性好,维护方便。 Part3:行业应用 1、制药行业 生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制 树脂解析液的浓缩及解析剂回收 农药水剂、粉剂的生产应用 中药浸提液过滤除杂及浓缩 中药浸膏生产应用 合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩 结晶母液回收 [emot=emot_01]