1-2膜分离技术.ppt

1、现代食品工程研究进展膜分离技术,分离？ 膜？有何特性？,食品分离,食品生产的分离操作是将不同物理、化学等属性的物质，根据其颗粒大小、相、密度、溶解性、沸点等表现出的不同特点而将物质分开的一种操作过程。,不同物性物质的分离方法不同，分离一般采用过滤、蒸馏、重结晶、萃取、离心及吸附等方法,所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。,膜分离技术的核心是膜，膜的选择性是分离的关键，膜分离技术所包含的方法有多种，较常使用的有： （1）超滤（ultrafiltration），简称UF法； （2）反渗透（reverse

2、-osmosis），简称RO法； （3）电渗析（electrodialysis），简称ED法； （4）微孔过滤（microfiltration），简称MF法。,（1）电渗析 （2）透析 （3）微滤 （4）超滤 （5）纳米过滤 （6）反渗透,膜分离特点 膜的种类、孔径可以根据需要选择 选择透过性。膜对于阻止大的粒子或分子透过的能力是很强的。 不管膜多薄, 它必须有两个界面，这两个界面分别与两侧的流体相接触 把产物分在两侧，很容易收集样品。 节能、环保,超 滤,一、超滤原理 以特殊的超滤膜为分离介质，以膜两侧的压力差为推动力，将不同分子量的物质进行选择性分离,超 滤,超滤是在1-10大气压作用下分

3、离分子量约大于1000的大分子和胶体粒子的方法。超滤膜是一种微孔结构的膜，分离是依靠孔径的分布来完成的,“筛分”理论是把膜表面看成具有无数微孔，利用这些不同孔径的孔眼像筛子一样截留住分子直径相应大于它们的溶质和颗粒，从而达到了分离的目的。 通常对超滤机理的阐述有下述两种模型： （1）毛细流动模型：溶质的脱除靠流过过滤或筛滤作用，半透膜阻止了大分子的通过，按这一模型建立的流动是毛细孔中的层流流动； （2）溶解扩散模型： 假定扩散质的分子，先溶解于膜的结构材料中，后经载体的扩散而传递。因为分子不同，溶解度和扩散度也就不同。,超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为： R = (1Cp / Cf) 100

4、 Cp 和Cf分别是溶质在过滤产物中和原料中的浓度,特点：超滤的优点是没有相的转移，无需添加任何强烈化学物质，可以在低温下操作，过滤速度较快，便于做无菌处理等,二、超滤装置,（一）超滤膜组件 1、管式膜组件 2、平板式膜组件 3、螺旋卷式膜组件 4、中空纤维式膜组件,（二）超滤器,三、超滤操作,超滤技术超滤膜/超滤组件,影响超滤的主要因素： 1. 料液流速 2 . 操作压力 3 . 温度 4. 运行周期 随着超滤过程的进行，在膜表面逐渐形成凝胶层，使透过通量下降，当通量达到某一最低数值时，就需要进行冲洗，这段时间成为运行周期。运行周期的变化与清洗情况有关。,5. 进料浓度 6. 料液的预处理

5、7. 膜的清洗 8. 超滤膜孔径大小 9. 洗脱量 洗脱量的多少影响滤液中目标成分的含量。洗脱量太少，则留在浓缩液中的目标成分会较多，损失较大；洗脱量太大时，虽然回收率增加，但有可能需要后处理或使原有的后处理工序时间延长，应注意协调它们之间的关系,液膜分离,液膜分离,液膜分离是一种新发展的膜分离技术，是新兴的节能型分离手段。 当被隔开的两个溶液是亲水相时，液膜应为油型的；当被隔开的溶液是亲油相时，液膜应为水型。,液膜：一层很薄的液体组成的膜，它能够把两个组成而又互溶的溶液分开，并通过渗透现象起着分离一种或一类物质的作用。,液膜组成, 膜溶剂：有机溶剂或水, 构成膜的基体（90%以上） 表面活性

6、剂：控制液膜的稳定性 （1%-5%） 添加剂/流动载体：提高膜的选择性, 实现分离传质的关键因素（1%-5%）, 膜溶剂 具有一定的粘度，保持成膜所需的机械强度 主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对无载体液膜, 膜溶剂能优先溶解欲分离组分, 而对其它组分溶质的溶解度则应很小；对有载体液膜, 膜溶剂要能溶解载体, 而不溶解溶质。, 表面活性剂 含有亲水基和疏水基，可以定向排列，用以稳定膜型，固定油水分界面。 乳化型液膜的主要成分之一, 它可以控制液膜的稳定性。根据不同体系的要求, 可以选择适当的表面活性剂作成油膜或水膜。, 流动载体,流动载体的条件： 载体及其溶质形成的配合物必须溶于膜相,

7、 而不溶于膜的内外相, 且不产生沉淀。 载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳定性, 在膜的外侧生成的配合物能在膜中扩散, 而到膜的内侧要能解络。 载体不应与膜相的表面活性剂反应, 以免降低膜的稳定性。 添加剂/稳定剂 分离过程一般要求液膜要有一定的稳定性, 而到破乳阶段又要求容易破碎, 便于回收处理。,液膜分离机理, 选择性渗透：分离物在液膜中的溶解度差异, 化学反应：为提高富集的效果, 可使待富集成分在内水相发生化学反应以降低其浓度, 促使迁移不断进行。,R,C,液膜,料液,C+RP, 萃取和吸附,举例：液膜法处理含酚废水,液膜法处理含酚废水 酚在油膜中有较大的溶解度, 选择性地透过膜

8、, 渗透到膜内相生成酚钠。除酚后的废水即可排放。膜相和内水相过程乳浊液经破乳后, 膜相可循环使用, 而内水相另作处理。,碱性水,酸性含酚水,液膜的应用,湿法冶金 废水处理 核化工 气体分离 有机物分离 生物制品分离与生物医学分离 化学传感器与离子选择性电极,液膜的特点,液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面,溶质从料液相萃入膜相,并扩散到膜相另一侧,再被反萃入接收相,由此实现萃取与反萃取的“内耦合”。液膜打破了溶剂萃取所固有的化学平衡,液膜过程是一种非平衡传质过程。,液膜相对传统萃取的优点,传质推动力大,所需分离级数少，节省工序，降低成本 试剂消耗量少 操作温度范围广，操作

9、浓度区间大 “上坡”效应,或者溶质“逆其浓度梯度传递”的效果,液膜相对固体膜优点 传质速率高：溶质在液体中的分子扩散系数(10-6-10-5 cm2/s)比在固体中(10-8 cm2/s)高几个数量级 选择性好：固体膜往往只能对一类离子或分子的分离具有选择性,某一类离子或分子的分离具有选择性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差. 单位体积内的膜面积大，极大的渗透性,液膜相对离子交换树脂优点 设备简单 化学药品用量少 更具选择性,液膜优点 是一种简单、高效、专一、快速、经济、节能，具有实现机械化、连续化、自动化潜力的多用途新型分离工艺,液膜分离难点,液膜的不稳定性及其寿命问题 对不同的物质其液膜溶液配制均不相同，且无完整的规律可循 选用同时满足液膜分离所需的溶解性、络合性和选择性要求是流动载体是不容易的 液膜处理的对象只限于溶液体系等。,新的液膜体系,流动液膜(包容液膜),R：接受相 F：料液 M：液膜,优点：减少膜液从微孔中流失,液体薄膜渗透萃取,：料液 ：接受相：膜相,优点：传质通量较高，可以长期稳定地实现连续操作。,内耦合萃反交替分离 （inner-coupled extraction-stripping process）,中国原子能科学研究院20世纪90年代初开发的一种新型液膜过程