1、2022-11-2916 6 膜分离组件膜分离组件及其设计及其设计12022-11-292前前 言言各种膜设备或称膜分离装置主要由膜组件、泵、过各种膜设备或称膜分离装置主要由膜组件、泵、过滤器、仪表及管路等构成。滤器、仪表及管路等构成。其中其中膜组件膜组件是一种将膜以某种形式组装在一个基本是一种将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，然后在外界驱动力的作用下实现对混单元设备内，然后在外界驱动力的作用下实现对混合物中各组分分离的器件。合物中各组分分离的器件。在膜分离工业装置中，根据生产规模的需要，一般在膜分离工业装置中，根据生产规模的需要，一般可设置数个乃至数千个膜组件。可设置数个乃至数千个膜组
2、件。22022-11-293 经验证明，一种性能良好的膜组件应达到以下经验证明，一种性能良好的膜组件应达到以下要求：要求：对膜性能提供足够的机械支撑，并可使高压原料液对膜性能提供足够的机械支撑，并可使高压原料液（气）和低压透过液（气）严格分开；（气）和低压透过液（气）严格分开；在能耗最小的条件下，使原料液（气）在膜面上流在能耗最小的条件下，使原料液（气）在膜面上流动状态均匀合理，以减少浓差极化；动状态均匀合理，以减少浓差极化；具有尽可能高的装填密度（单位体积的膜组件中填具有尽可能高的装填密度（单位体积的膜组件中填充膜的有效面积），并使膜的安装和更换方便；充膜的有效面积），并使膜的安装和更换方便
3、；装置牢固、安全可靠、价格低廉和易维护。装置牢固、安全可靠、价格低廉和易维护。3将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。膜组件的结构及型式取决成的一个单元称为膜组件。膜组件的结构及型式取决于膜的形状于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。维式组件也可以分为内压式和外压式两种。6.1 6.1 膜组件膜组件(Membrane Module)42022-
4、11-295膜元件膜元件(element)：即膜芯：即膜芯膜组件膜组件(module)：按一定技术要求将膜：按一定技术要求将膜(元件元件)组装在一起的组合构件。组装在一起的组合构件。原料以一定组成、一定流速进入膜组件，由于其中某一组原料以一定组成、一定流速进入膜组件，由于其中某一组分更容易通过膜，所以分更容易通过膜，所以膜组件内原料的组成和流速均随位置变膜组件内原料的组成和流速均随位置变化化。进入膜组件的物流通过膜组件以后分成两股，即。进入膜组件的物流通过膜组件以后分成两股，即渗透物渗透物（通过膜的那部分物流）和（通过膜的那部分物流）和截留物截留物（被膜所截留的物流）。（被膜所截留的物流）。膜
5、上游膜上游原料液原料液渗透液渗透液截留液截留液膜下游膜下游膜组件膜组件(module)52022-11-296u 管式管式(tubes)膜组件膜组件u 毛细管毛细管(capillary)膜组件膜组件u 中空纤维中空纤维(Hollow-Fibers)膜膜组件组件u 板框式板框式(Plate and frame)膜组件膜组件u 卷绕式卷绕式(Spiral Wound)膜膜组件组件u 垫套式膜组件垫套式膜组件 膜组件可以有多种形式，它们均根据两种膜膜组件可以有多种形式，它们均根据两种膜构型设计而成：构型设计而成：1）管式构型；）管式构型；2）平板式构型。）平板式构型。672022-11-298所谓圆
6、管式膜是指在圆筒状支撑体的内侧或外侧所谓圆管式膜是指在圆筒状支撑体的内侧或外侧刮制上一层半透膜而得到的圆管形分离膜，再将刮制上一层半透膜而得到的圆管形分离膜，再将一定数量的这种膜管以一定方式联成一体而组成，一定数量的这种膜管以一定方式联成一体而组成，其外形状极类似于列管式换热器。其外形状极类似于列管式换热器。一、一、膜组件的形式之一膜组件的形式之一圆管式圆管式8管式管式(Tubular)膜组件膜组件 管式膜组件有外压式和内压式两种。对内压式膜管式膜组件有外压式和内压式两种。对内压式膜组件，膜被直接浇铸在多孔的不锈钢管内或用玻璃纤组件，膜被直接浇铸在多孔的不锈钢管内或用玻璃纤维增强的塑料管内。加
7、压的料液流从管内流过，透过维增强的塑料管内。加压的料液流从管内流过，透过膜的渗透溶液在管外侧被收集。对外压式膜组件，膜膜的渗透溶液在管外侧被收集。对外压式膜组件，膜则被浇铸在多孔支撑管外侧面。加压的料液流从管外则被浇铸在多孔支撑管外侧面。加压的料液流从管外侧流过，渗透溶液则由管外侧渗透通过膜进入多孔支侧流过，渗透溶液则由管外侧渗透通过膜进入多孔支撑管内。无论是内压式还是外压式，都可以根据需要撑管内。无论是内压式还是外压式，都可以根据需要设计成串联或并联装置。设计成串联或并联装置。9102022-11-2911管式膜特点管式膜特点优点：优点：流动状态好，流速易控制；流动状态好，流速易控制；安装、
8、拆卸、换膜和维修均较方便；安装、拆卸、换膜和维修均较方便；能处理含有悬浮固体的溶液；能处理含有悬浮固体的溶液；机械杂质清除比较容易；机械杂质清除比较容易；合适的流动状态可减少浓差极化和污染。合适的流动状态可减少浓差极化和污染。缺点：缺点：与平板膜比较，管膜的制备条件较难控制；与平板膜比较，管膜的制备条件较难控制；单位体积内有效膜面积小；单位体积内有效膜面积小；管口的密封也比较困难。管口的密封也比较困难。价钱较贵价钱较贵内压管束式膜组件内压管束式膜组件112022-11-2912122022-11-2913英国英国PCI公司管式膜公司管式膜132022-11-2914Typical tubula
9、r ultrafiltration module design.(Courtesy of KOCH Membrane Systems)142022-11-2915Exploded view of a tubular ultrafiltration system in which 30 tubes are connected in series.Permeate from each tube is collected in the permeate manifold152022-11-2916Monolithic ceramic microfilter.The feed solution pas
10、ses down the bores of the channels formed in a porous ceramic block.The channel walls are coated with afinely porous ceramic layer蜂窝陶瓷膜组件横切面图蜂窝陶瓷膜组件横切面图南京久吾高科公司南京久吾高科公司的陶瓷膜组件的陶瓷膜组件162022-11-2917英国英国PCI公司管式膜设备公司管式膜设备厦门厦门Suntar公司管式膜设备公司管式膜设备172022-11-2918Suntar公司管式膜设备公司管式膜设备182022-11-2919陶瓷膜陶瓷膜陶瓷管式膜设备
11、陶瓷管式膜设备(南京久吾高科技公司南京久吾高科技公司)陶瓷管式膜实验室设备陶瓷管式膜实验室设备陶瓷膜元件陶瓷膜元件Suntar公司制造公司制造的陶瓷膜设备的陶瓷膜设备192022-11-2920北京迈胜普公司的陶瓷膜设备北京迈胜普公司的陶瓷膜设备(与法国与法国TAM公司合资公司合资)202022-11-2921管式膜成套设备管式膜成套设备乳品工业乳品工业废水处理废水处理大型集成设备大型集成设备212022-11-2922Tububar system for industrial wastewater共共544根膜管根膜管222022-11-2923管式膜组件大致规格管式膜组件大致规格 构 型
12、直 径/mm 管状膜 10 毛细管 0.5 10.0 中空纤维 0.5不同管径下单位体积的膜面积不同管径下单位体积的膜面积 管半径/mm 单位体积膜面积/m2/m3 5 360 0.5 3,600 0.05 36,000232022-11-2924中空纤维式膜是一种极细的空心膜管，其本身不中空纤维式膜是一种极细的空心膜管，其本身不需要支撑材料即可耐受很高的压力，它实际是一需要支撑材料即可耐受很高的压力，它实际是一根厚壁的环柱体，纤维的外径有的细如人发，约根厚壁的环柱体，纤维的外径有的细如人发，约为为50200m，内径为，内径为2542m特点：特点：1）可耐高压；可耐高压；2）单位体积内的有效膜
13、表单位体积内的有效膜表面积比率高；面积比率高；3）寿命较长（可达寿命较长（可达5年）；年）；4）可做可做成一种效率高、成本低、体积小和重量轻的膜分成一种效率高、成本低、体积小和重量轻的膜分离装置；离装置；5）不足之处是中空纤维膜的制作技术复不足之处是中空纤维膜的制作技术复杂，管板制作也较困难，同时不能处理含悬浮固杂，管板制作也较困难，同时不能处理含悬浮固体的料液（原水）。体的料液（原水）。二二.膜组件形式之二膜组件形式之二中空纤维式中空纤维式24中空纤维(Hollow Fiber)膜组件 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大，最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也
14、分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内，中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人，沿纤维外侧平行于纤维束流动，透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔，然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出，原液则从膜组件的另一端流出。252022-11-2926(a)Shell-side feed(b)Bore-side feedTwo types of hollow-fiber modules used for gas separation,26272022-11-2928A cross-flow hollow fiber module used to o
15、btain better flow distribution and reduce concentration polarization(the Tyobo Hollosep reverse osmosis module).Feed enters Feed enters through the perforated central pipe and flows towards through the perforated central pipe and flows towards the module shellthe module shell282022-11-2929膜组件外壳膜组件外壳
16、中空纤维中空纤维MF膜组件膜组件中空纤维中空纤维UF膜组件膜组件292022-11-2930中空纤维膜组件外壳中空纤维膜组件外壳实验室实验室UF设备设备(中空纤维膜中空纤维膜)302022-11-2931大连欧科（大连欧科（OKM）公司中空纤维膜组件）公司中空纤维膜组件312022-11-2932KOCH公司中空纤维膜设备公司中空纤维膜设备322022-11-2933蓝星公司的超微滤膜装置蓝星公司的超微滤膜装置332022-11-2934西斗门中空纤维膜设备西斗门中空纤维膜设备（杭州国家水处理中心）（杭州国家水处理中心）342022-11-293520th 超滤装置超滤装置大连欧科（大连欧科（
17、OKM）RO预处理预处理108m3h设备设备352022-11-2936大连欧科大连欧科(OKM)300m3/h 饮用水设备饮用水设备欧科公司发酵液欧科公司发酵液澄清澄清UF设备设备362022-11-2937中中空空纤纤维维膜膜分分离离设设备备（69.6 m3/h）（58 m3/h）（1016 m3/h）（23.2 m3/h）372022-11-2938三三.膜组件的形式之三膜组件的形式之三板框式板框式板框式也称平板式，它是由许多板和框板框式也称平板式，它是由许多板和框(plate and frame)堆积组装在一起而得名，其外观类似普通的堆积组装在一起而得名，其外观类似普通的板框式压滤机板
18、框式压滤机(filter press)。它是膜分离历史上最。它是膜分离历史上最早问世的一种膜组件形式。早问世的一种膜组件形式。38板框式板框式(Plate-and-Frame)膜组件膜组件 板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置，常规的板框过滤装置，膜被放置在可垫有滤纸的多孔膜被放置在可垫有滤纸的多孔的支撑板上，两块多孔的支撑板叠压在一起形成的料的支撑板上，两块多孔的支撑板叠压在一起形成的料液流道空间，组成一个膜单元，单元与单元之间可并液流道空间，组成一个膜单元，单元与单元之间可并联或串联连接。不同的板框式设计的主要差别在于料联或
19、串联连接。不同的板框式设计的主要差别在于料液流道的结构上。液流道的结构上。3940特点：比表面积大，易于更换膜，适于微滤、超滤。412022-11-2942板框式膜组件特点板框式膜组件特点构造比较简单，且可单独更换膜片；构造比较简单，且可单独更换膜片；可作为试验机，将各种膜样品同时安装在一起进可作为试验机，将各种膜样品同时安装在一起进行性能检测；行性能检测；流道的断面积可适当增大，压降较小，线速度可流道的断面积可适当增大，压降较小，线速度可达达15m/s，且不易被纤维屑等异物堵塞；，且不易被纤维屑等异物堵塞；为促进膜组件内的湍流效果，不少厂家将原液导为促进膜组件内的湍流效果，不少厂家将原液导流
20、板的表面设计成各式凹凸或波纹结构或在膜面流板的表面设计成各式凹凸或波纹结构或在膜面配置筛网等物。配置筛网等物。422022-11-2943板框式膜组件类型板框式膜组件类型系紧螺栓式系紧螺栓式耐压容器式耐压容器式DDS型型（由丹麦的（由丹麦的DDS De Danske Sukker fabrikker公司公司首创，在欧洲很流行。）首创，在欧洲很流行。）432022-11-2944系紧螺栓式板框式膜组件系紧螺栓式板框式膜组件DDS公司的公司的UF膜组件膜组件442022-11-2945Schematic of a plate-and-frame module452022-11-2946板框式膜组件
21、流道示意图板框式膜组件流道示意图曲折流道示意图曲折流道示意图462022-11-2947美国下游技术有限公司美国下游技术有限公司 UltraFloTM 这种板框式这种板框式UF设备，每台设备膜面积可达设备，每台设备膜面积可达42m2，由，由Suntar公司独家引进，广泛用于公司独家引进，广泛用于Vc生产过程中。生产过程中。472022-11-2948UltraFloTM482022-11-2949Horizontal DDS plate-and-frame ultrafiltration system.Courtesy of Alfa Laval Nakskov A/S,Naksvov,Den
22、mark492022-11-2950螺旋卷式螺旋卷式(简称卷式简称卷式)膜组件的结构是由中间为多孔膜组件的结构是由中间为多孔支撑材料，两边是膜的支撑材料，两边是膜的“双层结构双层结构”装配组成的。装配组成的。其中三个边沿被密封而粘结成膜袋状，另一个开其中三个边沿被密封而粘结成膜袋状，另一个开放的边沿与一根多孔中心产品水放的边沿与一根多孔中心产品水(液液)收集管连接，收集管连接，在膜袋外部的原水侧再垫一层网眼型间隔材料在膜袋外部的原水侧再垫一层网眼型间隔材料（隔网），也就是把（隔网），也就是把膜膜多孔支撑体多孔支撑体膜膜原水原水侧隔侧隔网依次叠合，绕中心集水管紧密地卷在一起，形网依次叠合，绕中心
23、集水管紧密地卷在一起，形成一个膜元件，再装进圆柱型压力容器里，构成成一个膜元件，再装进圆柱型压力容器里，构成一个螺旋卷式膜组件。一个螺旋卷式膜组件。四四.膜组件形式之四膜组件形式之四螺旋卷式螺旋卷式50螺旋卷式(Spiral Wound)膜组件 目前，螺旋卷式膜组件被广泛地应用于多种膜分离过程。膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起，然后将其装入能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式，这类膜组件的内部结构也可被设计成多种不同的形式。512022-11-2952螺旋卷式膜组件特点螺旋卷式膜组件特点结 构 紧 凑，单 位 体 积 内 的 有 效 面
24、 积 大结 构 紧 凑，单 位 体 积 内 的 有 效 面 积 大（8301660m2/m3）缺点是当原液中含有悬浮固体时使用有困难；透缺点是当原液中含有悬浮固体时使用有困难；透过侧的支撑材料较难满足要求，不易密封，同时过侧的支撑材料较难满足要求，不易密封，同时膜组件的制作工艺复杂、要求高，尤其是用于高膜组件的制作工艺复杂、要求高，尤其是用于高压操作时难度更大。压操作时难度更大。52532022-11-2954542022-11-2955552022-11-2956卷式膜卷式膜“包层包层”横截面图横截面图装有装有3个串联的卷式膜组件的压力容器示意图个串联的卷式膜组件的压力容器示意图562022
25、-11-2957Spiral-Wound Module Cross Section572022-11-2958Schematic of a spiral-wound module installed in a multimodule pressure vessel.582022-11-2959各种规格的各种规格的卷式膜元件卷式膜元件592022-11-2960用于苦咸水脱盐用于苦咸水脱盐的的RO膜元件膜元件Toray公司的公司的AMI海水淡化膜海水淡化膜602022-11-2961PES and PVDF membranes spirals卷式卷式UF膜元件膜元件612022-11-2962O
26、SMONICS公司的公司的卷式膜元件卷式膜元件Desal公司的公司的RO膜元件膜元件NTR70SWC型卷式型卷式RO海水淡化膜海水淡化膜Filmtec公司的公司的海水淡化膜海水淡化膜62 各种膜组件的传质特性和综合性能比较：632022-11-2964五、特殊膜组件五、特殊膜组件1。旋转式膜组件。旋转式膜组件2。振动式膜组件。振动式膜组件3。毛细管膜组件。毛细管膜组件642022-11-2965毛细管膜组件毛细管膜组件毛细管膜组件是将很多的毛细管安装在一个膜组毛细管膜组件是将很多的毛细管安装在一个膜组件中。纤维的自由端用环氧树脂、聚氨酯或硅橡件中。纤维的自由端用环氧树脂、聚氨酯或硅橡胶封装。胶
27、封装。毛细管膜是自支撑的。膜组件的安装方式有毛细管膜是自支撑的。膜组件的安装方式有2种：种：1）原料液流经毛细管孔膛（内腔），而在毛细管）原料液流经毛细管孔膛（内腔），而在毛细管外侧收集得到渗透物；外侧收集得到渗透物；2）原料液从毛细管外侧（外腔）进入膜组件，而）原料液从毛细管外侧（外腔）进入膜组件，而渗透物通过毛细管孔膛。渗透物通过毛细管孔膛。这两种方式的选择主要取决于具体应用场合，要这两种方式的选择主要取决于具体应用场合，要考虑到压力、压降、膜的种类等因素。考虑到压力、压降、膜的种类等因素。652022-11-2966毛细管膜组件毛细管膜组件从内向外流动式从内向外流动式从外向内流动式从外向
28、内流动式毛细管膜毛细管膜组件示意图组件示意图662022-11-2967六、六、国际上反渗透膜主要生产厂家国际上反渗透膜主要生产厂家 目前国外反渗透膜的主要生产厂商均为美国和日本公司，其目前国外反渗透膜的主要生产厂商均为美国和日本公司，其中美国杜邦中美国杜邦(Du pont)公司和日本东洋纺公司和日本东洋纺(Toyobo)公司垄断了中空公司垄断了中空纤维反渗透膜的世界市场。卷式反渗透膜的主要厂商为纤维反渗透膜的世界市场。卷式反渗透膜的主要厂商为7家家，他，他们是：们是：u 美国海德能美国海德能(Hydranautics)公司，该公司于公司，该公司于1987年成为日本日东年成为日本日东工集团的全
29、资子公司工集团的全资子公司 u 日本日东电工日本日东电工(Nitto Denko)集团集团 u 美国美国Filmtec公司，该公司于公司，该公司于1985年成为美国年成为美国Dow Chemcal(陶氏陶氏化学化学)公司的全资子公司公司的全资子公司 u 美国美国Fluid system公司，该公司现为美国公司，该公司现为美国KOCH公司的子公司公司的子公司 u 日本东丽日本东丽(Toray)公司公司 u 美国美国Desal公司，该公司现为美国公司，该公司现为美国Osmonics公司的子公司公司的子公司 u 美国美国Trisep公司公司 672022-11-2968沧州化学公司沧州化学公司450
30、0 t/d苦咸水淡化装置苦咸水淡化装置长海县海水淡化二期工程长海县海水淡化二期工程大连长海县海水淡化厂大连长海县海水淡化厂苦咸水苦咸水通常指含盐量低于通常指含盐量低于5 000mg/L 的天然水、地表水和井水的天然水、地表水和井水海水海水指含盐量高于指含盐量高于5 000mg/L的水的水682022-11-2969厦门厦门Suntar的的反渗透设备反渗透设备692022-11-2970新加坡新加坡LFC膜海水淡化厂现场照片膜海水淡化厂现场照片702022-11-2971Hydranautics(海德能公司）膜法水处理设备海德能公司）膜法水处理设备712022-11-2972722022-11-
31、2973Brackish water(苦咸水苦咸水)desalination to remove salt and impurities.732022-11-2974742022-11-2975Skid-mounted reverse osmosis plant able to produce 700 000 gal/day of desalted water.1加仑加仑(英英)=4.546升升1加仑加仑(美美)=3.785升升752022-11-2976762022-11-2977发酵液膜法处理设备发酵液膜法处理设备772022-11-2978用于海洋平台的产氮装置用于海洋平台的产氮装置78
32、2022-11-2979Mobile nitrogen generator(可移动的产氮膜装置可移动的产氮膜装置)(Used with permission of CvB Company.)792022-11-2980农夫山泉瓶装饮用水农夫山泉瓶装饮用水全自动处理设备全自动处理设备日东电工公司膜设备日东电工公司膜设备旭日升集团饮料旭日升集团饮料工艺用水生产线工艺用水生产线.Trisep公司公司RO设备设备(制纯水制纯水)电厂工艺用水生产线电厂工艺用水生产线.802022-11-2981蓝星公蓝星公司的司的RO装置装置812022-11-29821000t/d镍回收系统镍回收系统UF+RO822
33、022-11-2983膜组件管式膜中空纤维膜组件卷式膜组件平板式膜组件优点湍流流动抗堵塞性好易于清洗压力损失小装填密度很高单位膜面积的 制造费用相对较低耐压稳定性好结构简单，造价低廉装填密度相对较高（1000/m3）由于有进料分隔板，物料交换效果良好可更换单对膜片不易污染平板膜无需粘合即可使用缺点装填密度小（100/m3)需用弯头连接对堵塞敏感在某些情况下纤维管中的压力损失较大渗透流体流动路径较长难以清洗膜必须是可焊接或可粘贴的需要很多密封由于流体的流向转折而造成较大的压力损失装填密度相对较小（400/m3）应用领域MF、UF、NF和单级ROROUF、RO、NFMF、UF、RO和NF83202
34、2-11-2984各种膜组件的定性比较各种膜组件的定性比较846.2 浓差极化、污染现象和控制85浓差极化在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化(concentration polarization)。86浓差极化特性l 它是一个可逆过程。只有在膜过程运行中产生存在，停止运行，浓差极化逐渐消失。l 它与操作条件相关，可通过降低膜两侧压差，减小料液中溶质浓度，改善膜面流体力学条件，来减轻浓差极化程度，提高膜的透过流量。87膜两侧溶液间的传递方程膜两侧溶液间的传递方程
35、浓差极化模型(concen-tration polarization）适应范围：反渗透、超滤和微滤。定义：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高，见图。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象谓之浓度极化或浓差极化)。88 膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。当分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。这种现象称为凝胶极化（gel polarization）89凝胶极化模型：膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧
36、的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。即使分离含有菌体、细胞和其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。这种现象谓之凝胶极化(gel polarization)。90 影响膜过滤的各种因素影响膜过滤的各种因素 压力A、当p小,无浓度极化层,Jv与p成正比,此时用：B、当p大,有浓差极化,Jv的增长速率减慢,此时用C、当p继续增加时，形成凝胶层，且厚度随压力的增大而增大，所以Jv不再随p的增加。此时的Jv为此流速下的极限值(Jlim)，用方程：D、Jlim随料液浓度而，随流速(搅拌速度)而。91料液浓度A、从方程知，Jv与-l
37、n(cb-cp)呈线形关系，随cb的增大而减小。实验证实这一结论。B、当cb=cg时，Jv=0，利用 稳态操作的条件下的Jv与cb的关系数据，可推算溶质形成凝胶层浓度cgC、当料液含有多种蛋白质时，与单组分相比，总蛋白质浓度升高；因此，透过通量下降。从另一角度来看，由于其他蛋白质的共存使蛋白质的截留率上升。92温度 温度升高，都会导致通量增大，因为温度升高使粘度降低和扩散系数增大。所以操作温度的选择原则是：在不影响料液和膜的稳定性范围内，尽量选择较高的温度。流速 增大流速可使通量增大，但有时会使一些蛋白受较大剪切力影响而失活。93膜的污染和清洗膜的污染和清洗膜污染(membrane fouli
38、ng)-最大问题最大问题原因：A、凝胶极化引起的凝胶层，阻力为Rg；B、溶质在膜表面的吸附层，阻力为Ras；C、膜孔堵塞，阻力为Rp；D、膜孔内溶质吸附，阻力为Rap；因此，透过通量方程：可见，膜污染不仅造成透过通量大幅度，而且影响产物的回收率。94 膜分离过程中遇到的最大问题是膜污染（membrane fouling），膜污染的主要原因：l 凝胶极化引起的凝胶层;l 溶质在膜表面的吸附层;l 膜孔堵塞;l 膜孔内的溶质吸附。95 膜污染不仅造成透过通量的大幅度下降，而且影响目标产物的回收率。为保证膜分离操作高效稳定地进行，必须对膜进行定期清洗，除去膜表面及膜孔内的污染物，恢复膜的透过性能。膜
39、的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定，使用的清洗剂要具有良好的去污能力，同时又不能损害膜的过滤性能。96如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，则不需使用其他清洗剂。对于蛋白质的严重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶等）溶液清洗，效果较好。97膜清洗A、试剂：水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等。B、原则：去污能力好，对膜无损害，成本最低。C、方法：反向清洗，试剂置换，化学降解消化。E、预防：膜的预处理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液预处理(调pH，预过滤)，开发抗污染
40、膜，临界压力操作等。98 清洗操作是膜分离过程不可缺少的步骤，但清洗操作是造成膜分离过程成本增高的重要原因。因此，在采用有效的清洗操作的同时，得采取必要的措施防止或减轻膜污染。例如，选用高亲水性膜或对膜进行适当的预处理（如聚砜膜用乙醇溶液浸泡），均可缓解污染程度。此外，对料液进行适当的预处理（如进行预过滤、调节pH值），也可相当程度地减轻污染的发生。99 如何防止膜污染以及开发高效节能的污染清除技术是进一步普及膜分离技术的关键之一，也是产学界孜孜以求的目标。研究表明，膜分离过程存在临界操作压力，在临界压力以下进行膜分离操作，可长时间维持较高的透过通量。降低对清洗操作的依赖程度，提高膜分离效率。100思考题思考题1 膜分离技术的分类2 各种膜分离技术的原理3 膜分离常用的材料有哪些？醋酸纤维膜的特点？4 表征膜的性能特征参数有哪些？5 什么是浓差极化模型？6 常见的膜组件有哪些？7膜分离技术的主要应用在哪些方面？101
