第九、十章 料液过滤分离设备

1、发酵机械与设备发酵机械与设备n徐徐 明明 芳芳 博博 士士n教教 授授n暨暨 南南 大大 学学 生生 科科 院院n2015-12-11目录绪论绪论第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第四篇第四篇 其他设备其他设备n第一章第一章 生物质原料预处理设备生物质原料预处理设备n第二章第二章 生物细胞培养基制备设备生物细胞培养基制备设备n第三章第三章 生物培养基灭菌设备生物培养基灭菌设备n第四章第四章 原料（物料）输送设备原料（物料）输送设备生物工程设备课件生物工程设备课件第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第八章第八章 生物反应器的检测及控制生物反

2、应器的检测及控制底物底物生物反应器生物反应器检测控检测控制仪表制仪表培养基培养基（灭菌）（灭菌）经加工经加工原料原料酶酶细胞细胞生物催化剂生物催化剂（游离或固定化）（游离或固定化）机械能机械能除除菌菌空气空气产品提取纯化产品提取纯化副产品副产品产品产品废物废物热能热能原材料原材料营养物营养物典型工业生物技术过程典型工业生物技术过程下游加工概述下游加工概述下游加工过程下游加工过程(Down stream processing)发酵液发酵液预处理预处理细胞分离细胞分离细胞破碎细胞破碎细胞碎片分离细胞碎片分离初步纯化初步纯化高度纯化高度纯化成品加工成品加工第九章 固液分离设备n一、固液分离方法概述一

3、、固液分离方法概述n二、过滤设备二、过滤设备n三、离心分离设备三、离心分离设备n1、n3、按照过滤推动力的差别，过滤机分为哪几、按照过滤推动力的差别，过滤机分为哪几类？类？n4、n5、真空转鼓过滤机、真空转鼓过滤机n6、为哪几类？为哪几类？ 7、如何选择离心设备、如何选择离心设备一、固液分离方法概述固液分离方法概述n在生物加工过程中的一些中间产物如：微生物发酵液、动植物细胞培养液、酶微生物发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液或各种提取液反应液或各种提取液，常常是由固相与液相组成，而且大多数表现为粘度大和成分复杂 。n故这些产物的固固- -液分离比较困难液分离比较困难。 一、固液分离方法概述一、固

4、液分离方法概述n固液分离的方法很多，固液分离的方法很多，n生物工业中运用的方法有：生物工业中运用的方法有：n分分离筛、重力沉降、浮选分离、离心分离筛、重力沉降、浮选分离、离心分离和过滤离和过滤等。等。分离方法选择原则分离方法选择原则因待处理溶液的性质而异，重要参数：n分离粒子的大小和尺寸分离粒子的大小和尺寸n介质的黏度介质的黏度n粒子和介质之间的密度差粒子和介质之间的密度差n固体颗粒的含量固体颗粒的含量n粒子聚集或絮凝作用的影响粒子聚集或絮凝作用的影响n产品稳定性助滤剂的选择产品稳定性助滤剂的选择n料液对设备的腐蚀性料液对设备的腐蚀性n操作规模及费用操作规模及费用n不要带入新的杂质，方便后续工

5、序不要带入新的杂质，方便后续工序 n最常用的主要是过滤和离心分离。最常用的主要是过滤和离心分离。过滤过滤 n目前工业生产中用于固液分离固液分离的主要方法，传统的单元操作。n原理原理：迫使迫使通过通过或或，把固体截留，从而达到，把固体截留，从而达到的目的目的。的。 离心分离离心分离 n原理：利用原理：利用惯性离心力和物质的沉降系惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的分离数或浮力密度的不同而进行的分离、浓、浓缩等操作。缩等操作。 n使用范围：使用范围：固体颗粒很小且黏度很大、固体颗粒很小且黏度很大、过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液分离有效分离有效，对

6、那些忌用助滤剂的悬浮液，对那些忌用助滤剂的悬浮液的分离。的分离。 二、过滤设备二、过滤设备 根据过滤机理不同过滤机理不同可分为：澄清过滤和澄清过滤和滤饼过滤滤饼过滤 澄清过滤澄清过滤：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。清。滤饼过滤滤饼过滤：当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。澄清的滤液。 过滤介质的选择过滤介质的

7、选择过滤介质一般按照不同的过滤操作进行分类 ：澄清过滤：澄清过滤：硅藻土、砂、颗粒活性碳、玻璃珠、塑料硅藻土、砂、颗粒活性碳、玻璃珠、塑料颗粒等颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成的成型颗粒滤层。滤饼过滤滤饼过滤：滤布，滤布，包括等无纺布，。 按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机分为按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机分为：常压过滤机常压过滤机推动力太小 自动板框压滤机 大大缩短了间歇时间，减轻劳动强度 加压过滤加压过滤 板框硅藻土过滤机 垂直叶片式硅藻土过滤机 硅藻土过滤机 叶片式硅藻土过滤机 柱式硅藻土过滤机 水平式硅藻土过滤机

8、真空转鼓过滤机 真空过滤机真空过滤机 无格式转鼓真空过滤机 滤布循环行进式（RCF）转鼓真空过滤机 1、常压过滤机、常压过滤机n此类过滤机由于此类过滤机由于推动力太小推动力太小，在工业中，在工业中很少用。很少用。n但在啤酒厂麦芽糖化的过滤仍采用这种但在啤酒厂麦芽糖化的过滤仍采用这种压力差很小的压力差很小的平底筛过滤机平底筛过滤机。加压过滤加压过滤-自动板框压滤机自动板框压滤机n旧板框过滤机的缺点是需人工排除滤饼和洗换滤布，旧板框过滤机的缺点是需人工排除滤饼和洗换滤布，设备笨重设备笨重，间歇操作间歇操作，卫生条件差卫生条件差。但具有过滤。但具有过滤结结构简单构简单，单位体积的，单位体积的过滤面积

9、大，装置紧凑过滤面积大，装置紧凑等优点。等优点。n自动板框过滤机是一种较新型的压滤设备，它使板自动板框过滤机是一种较新型的压滤设备，它使板框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都自动进行，大大自动进行，大大缩短了间歇时间，减轻劳动强度缩短了间歇时间，减轻劳动强度。图6-3 型自动板框过滤机滤饼推出板滤饼滤布滤板滤框（2）降框，卸饼及洗刷滤布滤板滤框滤布驱动滚筒滤布张紧装置滤液滤布滤浆防止滤布蛇形装置（1）过滤与洗饼过滤、离心与膜分离设备过滤设备2、 板框压滤机结构图板框压滤机结构图过滤、离心与膜分离设备过滤设备 板框式压滤机板框式压滤机滤板和滤框

10、滤板和滤框全自动压滤机全自动压滤机DRXA1000-10nPP滤板滤板PP滤布滤布油压动力单元油压动力单元5HP 电控箱（电控箱（PLC）进料管理装置进料管理装置震动落料系统震动落料系统自动清洗自动清洗自动拉板自动拉板自动卸料自动卸料台湾原装产品台湾原装产品 过滤、离心与膜分离设备过滤设备- 板框式压滤机操作过程板框式压滤机操作过程过滤阶段过滤阶段洗涤阶段洗涤阶段当悬浮液通过滤介质时，固当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用就起到过滤作用过滤设备 自动板框压滤机自动板框压滤机过滤、离心与膜分离设备过

11、滤设备 自动板框压滤机自动板框压滤机过滤、离心与膜分离设备IFP自动板框压滤机工作原理图自动板框压滤机工作原理图降框、卸饼及洗刷滤布板框硅藻土过滤机板框硅藻土过滤机n其结构与上述的板框过滤机没有多大差别，也是滤其结构与上述的板框过滤机没有多大差别，也是滤板和滤框的交替排列，板和滤框的交替排列，n只是在只是在过滤介质过滤介质前放置了前放置了涂有硅藻土的金属丝网。涂有硅藻土的金属丝网。3、硅藻土过滤机、硅藻土过滤机 顶部为快开式顶盖，顶部为快开式顶盖，底部有一条底部有一条水平的滤水平的滤液汇集总管，液汇集总管，两者之两者之间垂直排列了许多间垂直排列了许多。每张每张，将其，将其内腔与滤液汇集总管内腔

12、与滤液汇集总管连接连接 图6-4 垂直式硅藻土过滤机1234流动方向顶盖 2-滤液 3-滤液出口 4-滤液进口 5-御渣口(2)水平叶式硅藻土过滤机水平叶式硅藻土过滤机 该过滤机在垂直空心轴上装该过滤机在垂直空心轴上装有有许多水平排列的滤许多水平排列的滤叶。叶。滤叶内腔与空心轴内腔相通，滤叶内腔与空心轴内腔相通，滤液从滤叶内腔汇集空心轴，滤液从滤叶内腔汇集空心轴，然后从底部排出。然后从底部排出。 滤叶的上侧是一层细金属滤叶的上侧是一层细金属丝网，作为硅藻土预涂层的丝网，作为硅藻土预涂层的支持介质，中央夹着一层大支持介质，中央夹着一层大孔格粗金属丝网孔格粗金属丝网，作为细金，作为细金属丝网的支持

13、物。属丝网的支持物。滤叶下侧则是金属薄板。滤叶下侧则是金属薄板。滤 饼滤 液滤 浆H图 6 - 5 水 平 叶 式 硅 藻 土 过 滤 机4. 柱式硅藻土过滤机柱式硅藻土过滤机 n在柱式过滤机的柱式滤管上在柱式过滤机的柱式滤管上制备硅藻土涂层制备硅藻土涂层时，时，将悬浮液所含硅藻土和液体作垂直于柱将悬浮液所含硅藻土和液体作垂直于柱式滤管面的同向流动。式滤管面的同向流动。n硅藻土沉积在柱式滤管（不锈钢圆环）的外硅藻土沉积在柱式滤管（不锈钢圆环）的外表面之上形成预涂层，悬浮液中的液体在过表面之上形成预涂层，悬浮液中的液体在过滤推动力作用下穿过预滤层，滤液沿中心滤推动力作用下穿过预滤层，滤液沿中心Y

14、形棒的凹型槽沟排出机外，再携带硅藻土进形棒的凹型槽沟排出机外，再携带硅藻土进行循环直到滤液澄清为止。行循环直到滤液澄清为止。n该机的优点是滤层在柱上，不易变形脱落，该机的优点是滤层在柱上，不易变形脱落，滤柱为圆形，其过滤表面积会随滤层的增加滤柱为圆形，其过滤表面积会随滤层的增加而增加。而增加。123423A -A- 管 板 连 接 接 头 2 - 不 锈 钢 环 3 - Y 形 的 金 属 棒 4 - 端 盖AA图 6 - 6 柱 式 滤 管-封头 2-柱式滤管 3-壳体图6-7 柱式过滤机32柱式硅藻土过滤机柱式硅藻土过滤机4 真空转鼓过滤机结构与工作原理（四区）真空转鼓过滤机结构与工作原理

15、（四区） 这种过滤机的主要元件这种过滤机的主要元件是转鼓是转鼓，其内，其内维持一定的真维持一定的真空度空度，与外界大气压的压差即为过滤推动力。，与外界大气压的压差即为过滤推动力。在过滤操作时，在过滤操作时，转鼓下部浸没于待处理的料液中转鼓下部浸没于待处理的料液中。当转鼓以低速旋转时当转鼓以低速旋转时(一般为一般为1-2.6r/min)，滤液就，滤液就穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而滤渣则被过穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而滤渣则被过滤介质阻截，形成滤饼。滤介质阻截，形成滤饼。当转鼓继续转动，生成的滤饼依次被当转鼓继续转动，生成的滤饼依次被洗涤、吸干、洗涤、吸干、刮刀卸饼刮刀卸饼。最后通过再生区

16、，最后通过再生区，压缩空气通过分配阀的压缩空气通过分配阀的室进入室进入再生区，吹落堵在滤布上微粒，使滤布再生再生区，吹落堵在滤布上微粒，使滤布再生。 图6-8 真空转鼓过滤机工作原理1-转鼓 2-过滤室 3-分配阀 4-料液槽 5-摇摆式搅拌器 6-洗涤液喷嘴 7-刮刀料液洗涤吸干区过滤区再生区卸渣区压缩空气滤出液547632过滤设备 真空过滤机真空过滤机过滤、离心与膜分离设备动画演示动画演示水平回转翻盘式真空过滤器水平回转翻盘式真空过滤器过滤设备过滤、离心与膜分离设备 真空过滤机真空过滤机动画演示动画演示过滤设备 真空过滤机真空过滤机过滤、离心与膜分离设备转筒真空过滤机转筒真空过滤机无格式转

17、鼓真空过滤机无格式转鼓真空过滤机 n它是在标准型转它是在标准型转鼓真空过滤机基鼓真空过滤机基础上开发的新机础上开发的新机种，其特点是：种，其特点是：没有空格室、整没有空格室、整个转鼓内腔都是个转鼓内腔都是真空状态、结构真空状态、结构简单、单位面积简单、单位面积过滤能力大、反过滤能力大、反吹管与滤液管隔吹管与滤液管隔开、洗涤能力强、开、洗涤能力强、效率高。效率高。 出料口进 料 口溢流口下 机 壳上 机 壳喷 淋 管吸 入 管反 吹 阀转 鼓图 6 - 9 G W 2 .5 /1 .2 -N真 空 过 滤 机滤布循环行进式（滤布循环行进式（RCF）转鼓真空过滤机）转鼓真空过滤机 nRCF转鼓真空

18、过滤机在普通转鼓式真空过滤转鼓真空过滤机在普通转鼓式真空过滤机的基础上在其转鼓的表面再安装了一条由机的基础上在其转鼓的表面再安装了一条由转鼓驱动的首尾闭合的滤布带。因行进方向转鼓驱动的首尾闭合的滤布带。因行进方向的转折，使滤饼脱离滤布。滤布在行进过程的转折，使滤饼脱离滤布。滤布在行进过程中从正反两方面受到洗刷而再生中从正反两方面受到洗刷而再生。 234567891011 图6-10 RCF真空转鼓过滤机工作原理1-过滤筒 2-洗涤水 3-真空调整 4-过滤槽 5-搅拌装置 6-洗涤液 7-刮板 8-滤饼剥离滚 9-喷嘴 10-张紧滚 11-滤布脱水脱液洗涤真空剥离234567891011 图6

19、-10 RCF真空转鼓过滤机工作原理1-过滤筒 2-洗涤水 3-真空调整 4-过滤槽 5-搅拌装置 6-洗涤液 7-刮板 8-滤饼剥离滚 9-喷嘴 10-张紧滚 11-滤布脱水脱液洗涤真空剥离滤布循环行进式真空过滤机的工作工艺图 橡胶带式真空过滤机的工作原橡胶带式真空过滤机的工作原理理 四、离心分离设备四、离心分离设备 n液相非均一系的分离过程中，利用离心力来液相非均一系的分离过程中，利用离心力来达到达到液液-液分离、液液分离、液-固分离或液固分离或液-液液-固分离固分离的方法统称为离心分离。的方法统称为离心分离。n离心分离可分为三种形式：离心分离可分为三种形式： 离心沉降：离心沉降：利用固液

20、两相的相对密度差，在离利用固液两相的相对密度差，在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分离操作。心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分离操作。 离心过滤离心过滤：利用离心力并通过过滤介质，在有孔利用离心力并通过过滤介质，在有孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作。转鼓离心机中分离悬浮液的操作。 超离心：超离心：利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分布的差异，分离不同相对密度液体的操作。布的差异，分离不同相对密度液体的操作。 离心分离的优缺点离心分离的优缺点：n离心分离是常用的分离发酵液的方法，离心分离是常用的分离发酵液的方法，与压滤相比较，它具有分离速度快，效与压滤相比较，它具

21、有分离速度快，效率高，操作时卫生条件好等优点。率高，操作时卫生条件好等优点。n适合于大规模的分离过程。适合于大规模的分离过程。n离心分离设备投资费用高，能耗较大。离心分离设备投资费用高，能耗较大。离心分离离心分离 n原理：利用原理：利用惯性离心力和物质的沉降系惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的分离数或浮力密度的不同而进行的分离、浓、浓缩等操作。缩等操作。 n使用范围：使用范围：固体颗粒很小且黏度很大、固体颗粒很小且黏度很大、过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液分离有效分离有效，对那些忌用助滤剂的悬浮液，对那些忌用助滤剂的悬浮液的分离。的分离。 n

22、旋转角速度（弧度/秒）表示，并取为n以f表示 222900RuRnfggR是代表离心机特点的重要参数，是代表离心机特点的重要参数，。增加转鼓的半径及转数均可以增大分离因数增加转鼓的半径及转数均可以增大分离因数n 常 速 离 心 机 常 速 离 心 机 f 2 x 105。2离心设备离心设备 （1）沉降式螺旋分离或卸料离心机）沉降式螺旋分离或卸料离心机推广橡胶毛边分离机 专利产品)创新设图6-14 卧式螺旋卸料沉降离心机 1差速器 2左主轴承座 3机壳 4转鼓 5螺旋输送器 6挤压机构 7右主轴承座 8防护罩 9进料机构固体液体98765432（2）碟片式离心机）碟片式

23、离心机 n在在 n一般根据排出固体的方法可以将碟片式离一般根据排出固体的方法可以将碟片式离心机心机分为以下几大类：分为以下几大类： 人工排渣的碟片式离心机人工排渣的碟片式离心机 喷嘴排渣碟片式喷嘴排渣碟片式 离心机离心机 活塞排渣碟片式离心机活塞排渣碟片式离心机 活门排渣的喷嘴碟片式离心机活门排渣的喷嘴碟片式离心机 n壳由转鼓带动壳由转鼓带动n内设有内设有n锥角为锥角为60120n碟片一般用碟片一般用0.8mm的不锈钢的不锈钢或铝制成形或铝制成形n碟片之间的间隙为碟片之间的间隙为0.52.5mm。n在转鼓直径最大处在转鼓直径最大处装有直径为装有直径为=1.0mm的喷嘴。的喷嘴。 菌体及浓缩液菌

24、体及浓缩液轻液出口轻液出口进料图8-13 碟片式离心机示意图离心机的选择与使用 生物分离过程的一般流程生物分离过程的一般流程原料液原料液细胞分离细胞分离( (离心，过滤离心，过滤) )细胞胞内产物细胞胞内产物路线一路线一路线二路线二细胞破碎细胞破碎碎片分离碎片分离路线一路线一A A路线一路线一B B清液胞外产物清液胞外产物粗分离粗分离( (沉淀沉淀/ /超过滤超过滤/ /萃取萃取) )纯化纯化( (层析、离子交换、吸附层析、离子交换、吸附) )脱盐脱盐( (凝胶过滤、超滤凝胶过滤、超滤) )浓缩浓缩( (超滤超滤) )精制精制( (结晶、干燥结晶、干燥) )包含体包含体溶解溶解( (加盐酸胍、

25、脲加盐酸胍、脲) )复性复性本章主要知识点本章主要知识点？优点优点:1)、能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结晶和蒸发相比有较大的差异；结晶和蒸发相比有较大的差异；2)、3)、操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。、操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。1)、，故需采用与工艺，故需采用与工艺相适应的膜面清洗方法；相适应的膜面清洗方法；2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，3)、单独的膜分离技术功能有限，需与气他分离技术连用。、单独的膜分离技术功能有限，需与气他分离技术连用

26、。2膜分离技术的类型膜分离技术的类型以浓度差为推动力的过程：以浓度差为推动力的过程：A、透析技术、透析技术(Dialysis, DS)以电场力为推动力的过程：以电场力为推动力的过程：A、电透析，、电透析，B、离子交换电透析、离子交换电透析以静压力差为推动力的过程：以静压力差为推动力的过程：A、微滤、微滤(microfiltration)，B、超滤、超滤(untrafiltration)，C、反渗透、反渗透(reverse osmosis)以蒸气压差为推动力的过程：以蒸气压差为推动力的过程：A、膜蒸馏，、膜蒸馏，B、渗透蒸馏、渗透蒸馏微滤微滤(micro-filtration, MF)超滤超滤(

27、untra-filtration, UF)反渗透反渗透(reverse osmosis, RO)透析透析(Dialysis, DS)电透析电透析(electro-dialysis, ED)纳米膜分离纳米膜分离(Selective, RO)亲和过滤亲和过滤(affinity filtration, AF)渗透气化渗透气化(pervaporation, PV)可以按不同的方式对膜进行分类：可以按不同的方式对膜进行分类： 微滤膜微滤膜0.02514m；超滤膜超滤膜0.0010.02m (10200 )；反渗透膜反渗透膜0.00010.001m (110 )；纳米过滤膜，平均直径纳米过滤膜，平均直径2

28、nm。 （2）按膜结构分）按膜结构分 对称性膜，不对称膜、复合膜等。对称性膜，不对称膜、复合膜等。 （3）按材料分为）按材料分为 高分子合成聚合物膜，无机材料膜等高分子合成聚合物膜，无机材料膜等；n有机高分子膜有机高分子膜生物分离过程中，对膜料要有如下要求：生物分离过程中，对膜料要有如下要求： 膜材料的种类膜材料的种类天然高分子材料天然高分子材料种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维优点优点：，也可作，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。缺点缺点：醋酸纤维膜最高

29、使用温度和醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在范围有限，在45-50 C，pH3-8。种类：种类：聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚合物，其中，。优点：耐高温优点：耐高温(70-80 C，可达，可达125 C)，pH1-13，耐氯能力，耐氯能力强，可调节的孔径宽强，可调节的孔径宽(1-20nm)；。 缺点：但聚砜的耐压差，压力极限在缺点：但聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。无机材料无机材料种类：种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有孔径0.1um微滤膜和截留10k

30、D的超滤膜，其中以。主要利用主要利用，膜厚方向上不对称，膜厚方向上不对称优点：优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。缺点：缺点：不易加工，造价高。种类：种类：如将含水金属氧化物（氧化锆）等胶体微粒或聚丙烯酸含水金属氧化物（氧化锆）等胶体微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介质表面形成膜，其中沉淀层起筛分等沉淀在陶瓷管的多空介质表面形成膜，其中沉淀层起筛分作用。作用。优点：优点：此膜的通透性大，通过改变pH值容易形成和除去沉淀层，清洗容易。缺点缺点：稳定性差稳定性差。 -（1）核核孔形整齐，孔道直通，呈圆柱形，孔径分布范围小。在分离性能、通透性和耐污染方面优于一般的微孔滤膜，但造价较高。

31、对称膜对称膜(symmetric membrane)膜截面的膜厚度上孔道结构均匀。早期的膜多为对称膜。缺点：传质阻力大，通透性低，且容易污染阻塞，清洗困难。膜结构特征膜结构特征（2）膜对称性）膜对称性不 对 称 膜不 对 称 膜 ( a s y m m e t r i c membrane) 膜在厚度上的孔道结构不均匀，不对称膜主要由起膜分离作用的表面活性层(0.2-0.5um)和起支撑作用的惰性层(50-100um)构成。惰性层孔径很大，对通过流体阻力很小。 ，微滤膜以对称结构为主，膜结构特征-特征：特征：膜的孔道特征包括孔径、孔径分布和孔隙率膜的孔道特征包括孔径、孔径分布和孔隙率。超滤膜和

32、微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显微镜电子显微镜直接观测到。直接观测到。微滤膜最大孔径：微滤膜最大孔径：可用泡点法(bubble point method)测定。在膜表面覆盖一层水，用水湿润膜孔，从下面通入空气，当压力升高到有稳定的气泡冒出时称为泡点，此时的压力称为泡点压力。基于空气压力克服表面张力将水从膜孔毛细管中推出的动量平衡，得到计算最大孔径公式 式中，为水的表面张力；pb为泡点压力；为水与膜面的接着角度。因为亲水膜可被水完全湿润，故亲水膜的 0，cos 1，所以 膜结构特征-定义：定义：在一定条件下(一般为0.1MPa，温度20C)，单单位时间单位膜面积的水通量位时间单位膜面积

33、的水通量(in: m3 m-2 h-1)。意义：意义：A、对同类膜，孔径越大，水通量越大；、对同类膜，孔径越大，水通量越大；B、水通量并不能完全衡量和预测实际料液的透过流通量、水通量并不能完全衡量和预测实际料液的透过流通量。AWJw5微滤膜用平均孔径标志膜的型号微滤膜用平均孔径标志膜的型号. 超滤膜用截留分子量标志膜的型号超滤膜用截留分子量标志膜的型号.分子截留率分子截留率(rejection coefficient): 表征膜对溶质的截留能力。表观截留率表观截留率：由于膜表面的极化浓度不易测定，通常只能测定料液的体积浓度(bulk concentration)，因此常用表观截留率，其定义为：

34、在实际膜分离过程中，由于存在浓度极化现象，真实截留率为:显然，如不存在浓度极化现象，R表观 R真实。如R表观 = 1，则cf = 0，即溶质完全被截留；如 R表观 = 0，则 cf = cb， 即溶质可自由透过膜。mpccR10超滤膜的分子截留作用截留分子的测定：截留分子的测定：平板膜的截留率可用搅拌型超滤器间歇测定。操作在较低压力和适当的搅拌速度下进行，避免发生浓度极化。其中，c0和c分别为溶质的初始浓度和超滤后的浓度，V0和V分别为料液的初始和超滤后体积。超滤膜的分子截留作用截留曲线截留曲线:意义：意义：A、曲线陡直，孔径分布小，膜有较好的分子量切割作用；B、相反，孔径分布较宽，膜的分子量

35、切割作用较差。：通过测定分子量不同的球形蛋白质或水溶性聚合物的截留率，可获得膜的截留率与溶质分子量之间的关系曲线，即截留曲线。一般将在截留率为90%的溶质分子量定义为膜的截留分子量(molecular weight cutoff, MWCO)。膜的评价膜的评价：当然，MWCO只表征膜特征的一个参数，不能作为唯一指标。超滤膜的分子截留作用截留率的影响因素截留率的影响因素A、分子特征：、分子特征：分子量相同时，线形分子截留率较低；支链分子较高，球状分子最大。B、电荷：、电荷：对于荷电膜，膜相同的分子截留率低；反之，截留率较高。C、膜吸附、膜吸附：溶质与膜有相互吸附的，截留率高；相反，截留率较低。D

36、、其他高分子的影响：、其他高分子的影响：当有两种以上的高分子溶质存在时，其中某一溶质的截留率高高于单独存在的情况。这主要是由于：a、竞争性抑制；b、浓度的极现象使膜表面的浓度高于主体浓度。图E、操作条件：、操作条件：温度升高，黏度下降，则截留率降低。膜面流速增大，则浓度极化减低，截留率升高。F、pH 值：当料液的pH值等于蛋白质的pI时，由于蛋白质的净电荷为零，蛋白质间的静电排斥最小，使蛋白质在膜表面形成的凝胶极化层浓度最大，即透过阻力最大。此时，溶质的截留率高于其他pH下的截留率。图超滤膜的分子截留作用pI乳球蛋白乳球蛋白= 5.2微滤（微滤（MF）：以多孔细小薄膜为过滤介质，以多孔细小薄膜

37、为过滤介质，为为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，推动力，使不溶性物质得以分离的操作，超滤（超滤（UF）：分离介质同上，但孔径更小，分离介质同上，但孔径更小，分离推动力仍为分离推动力仍为压力差压力差， 是一种以是一种以压力差压力差为推动力为推动力，从从的膜的膜分离操作，孔径范围在分离操作，孔径范围在0.00010.001 m之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）； 以以压力差压力差为推动力，从为推动力，从溶液中分离溶液中分离3001000小分子小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均量的膜

38、分离过程，孔径分布在平均2nm；： 以以为推动力，利用为推动力，利用离子交换膜的离子交换膜的选择透过性选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；微滤微滤超滤超滤纳滤纳滤反渗透反渗透悬浮颗粒悬浮颗粒大分子有机物大分子有机物糖类等小分子有机物，二价盐糖类等小分子有机物，二价盐或多价盐或多价盐单价盐单价盐水水6.1 微滤(MF)原理原理：，同一般过滤有很大重叠。操作操作：同一般过滤。膜两侧的渗透压可忽略膜两侧的渗透压可忽略，操作压在，操作压在0.05-0.5Mpa。用途：用途：除去除去0.1um10um的颗粒，用于细胞、细菌、细胞的颗粒，用于细胞、细菌、细

39、胞器的分离器的分离。计算：计算： ：膜的孔隙率，：膜的孔隙率， ：滤液黏度，滤液黏度，K：为与孔道结构有关的无为与孔道结构有关的无因次常数，因次常数，S0为孔道比表面积为孔道比表面积。意义意义： Jv与压力差与压力差 p成正比，与滤液的黏度成反比，这是分成正比，与滤液的黏度成反比，这是分析微滤过程的理论基础析微滤过程的理论基础。原原理：理：筛分筛分操作：操作：一般采用切向流体，以减少固相沉积。操作压在。：A、高分子溶质之间，以及、高分子溶质之间，以及高分子与小分子溶质高分子与小分子溶质之间之间的分离；的分离；B、Pro浓缩，浓缩，C、病毒的分离和富积，、病毒的分离和富积，C、回收、回收细胞，处

40、理胶体悬浮液细胞，处理胶体悬浮液。计算：计算： Carman-Kozeny方程(见上)。优点：优点：A、消除了滤饼的阻力，过滤效率高；B、超滤回收率高；C、滤液的质量好；D、减少处理步骤 渗透压差渗透压差 条件：极稀溶液。透过液溶质浓度(c2p)方程：v1为溶剂水的摩尔体积(m3/mol)；aA和aB分别为A、B两侧溶剂的活度；为膜两侧的渗透压差; c2为溶质在膜两侧浓度差；p为膜两侧压力差；L solute和Lsolvent分别为溶质和溶剂在膜中的渗透系数。意义：反渗透反渗透 1 1. . 反渗透的基本原理反渗透的基本原理 。当把溶剂和溶液。当把溶剂和溶液( (或把两种不同浓度的溶液或把两种

41、不同浓度的溶液) )分别分别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液液( (或从低浓度溶液向高浓度溶液或从低浓度溶液向高浓度溶液) )一侧流动，这种现象叫做一侧流动，这种现象叫做。当渗透过程进行到溶液的液面便产生一压当渗透过程进行到溶液的液面便产生一压头头H H，以抵销溶剂向溶液方向流动的趋势，即达到平衡，此，以抵销溶剂向溶液方向流动的趋势，即达到平衡，此H H称为该称为该参见图参见图6-10)6-10)。图图6-10 渗透渗透与半渗透示意与半渗透示意图图 ， 。 在这种情况下，若在溶液的液面上再施加一个在这种情况下，若在溶液的

42、液面上再施加一个大于大于的压力的压力P P时，溶剂将与原来的渗透方向相反，时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶液向溶剂一侧流动，这就是所谓的开始从溶液向溶剂一侧流动，这就是所谓的反渗透反渗透(reverse osmosis)(reverse osmosis)，参见图参见图6-86-8（b b）。）。凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，一般称之为反渗透工艺。一般称之为反渗透工艺。 6.3 反渗透(RO) 意义：意义：A、膜的选择性。膜的选择性。B、压力的选择性、压力的选择性。压力越高，压力越高，因此，因此，提高反渗透的压力提高反渗透的压

43、力有利于实现有利于实现，或提高海水淡化质量或提高海水淡化质量。 应用：应用：。渗透与反渗透实现超滤和反渗透的条件实现超滤和反渗透的条件 6.4 透析(DS)原理原理：浓差扩散操作：操作：用途用途：A、人工肾，腹膜透析；B、样品脱电解质；C、浓缩富积；D、气体分离(利用透析袋对不同气体的通透性)优点：优点：A、方法和设备简单，价格低廉；B、实验室最常用的样品脱盐方法缺点：缺点：A、透析的速度缓慢；B、溶质稀释。6.5 电透析(ED，IEED)电透析电透析(Electro-dialysis, ED)原理原理：在透析的基础上加上直流电，极极大加快离子的透析速度。大加快离子的透析速度。操作：操作： 用

44、途：用途：样品快速脱盐样品快速脱盐。优点：优点：A、设备简单，B、透析速度极快（提高几十倍），C、电流直接指示电透析终点，D、减轻溶质的稀释。终点判断：终点判断：A、Cl- + Ag+ = AgCl ;B、电导恒定.电渗析技术纳滤膜的性质与特点纳米过滤的分离机理)(apLJpw行行 业业处理对象处理对象行行 业业处理对象处理对象制药工业制药工业 母液中有效成分的回母液中有效成分的回收收抗菌素抗菌素的分离纯化的分离纯化维生素维生素的的分离纯化分离纯化氨基酸氨基酸的脱盐与纯化的脱盐与纯化化工行业化工行业酸碱纯化、回收酸碱纯化、回收电镀液中铜的回电镀液中铜的回收收食品工业食品工业乳清脱盐乳清脱盐与浓缩与浓缩苛性碱回收苛性碱回收纯水制备纯水制备超高纯水超高纯水水的脱盐水的脱盐地下水的净化地下水的净化染料工业染料工业 活性染料的脱盐与回