膜技术在生物技术的应用2
7页1、1姓名:钟美兰姓名:钟美兰班级:班级:09 食品食品 3 班班学号:学号:097051232摘要摘要 目的:膜技术的在生物行业中应用于分离、浓缩、分级与纯化生物产品。方法: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。结果: 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。 前言前言 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时, 在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物 质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分 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,无机膜主要是 陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。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。错流膜工 艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区
2、别,下图简 单示意了四种不同的膜分离过程:(箭头反射表示该物质无法透过膜而被截 留):31.1 膜技术的发展1.11 低污染膜: 膜污染是反渗透膜技术应用中的最大危害。目前已有几种抗污染性能 强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜在膜技术领域问世。 1.12 超低压膜: 由于节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点, 自 1999 年以来超低压膜在膜技术领域应用比重日益增大,这在以使用4 英寸膜为主的小型装置中应用最为突出,大型装置中应用超低压膜也呈上升 趋势。 1.13 带正电荷的反渗透膜: 现在广泛应用的低压、超低压复合膜的材质均为芳香族聚酸胺,其膜 表面均带有负电荷,膜技术的发展带来了表面带正电荷的低压复合膜,这种 膜目前主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。 1.14 耐高温、食品级、卫生级反渗透膜: 普通水处理膜技术采用反渗透膜的使用温度均为0-45,但在需要 耐 90高温杀菌的特殊场合,可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外, 各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜技术也开始在国内应用。1.2 膜分离的基本工艺原理膜分离的基本工艺原理是较为简
3、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。 1.3 膜设备膜分离工艺中主要设备包括膜、泵、管道、阀门和仪表。其中膜组件 和泵是核心设备。 1. 3.1 膜组件膜组件是指将膜、固定膜的支撑材料和外壳(容器)等通过一定的黏合或 组装构成的一个单元。工业上应用的膜组件有平板式、卷式、管式、中空纤 维等四种形式。平板式和卷式用的是平板膜制成,管式、和中空纤维式用的 是管式膜制成,管式膜分为内压式和外压式。 1.3.2 泵膜分离工艺中,泵用来对流体提供压力与流量。目前,工业规模膜分析所 用的泵多为离心泵,混流泵和往复泵,对具有生理活性的物质,为防止告诉 剪切带来物质的失活,也可选用蠕动泵。1.4 膜分离过程的分类41.4.1 微
4、滤微滤(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气相和液相中截留微粒、 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,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围 在 0.11 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。 1.4.2 超滤超滤(UF) 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在 0.05um 至 1000um 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 1000300000,故超滤膜能对大
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