人参水提取物真空膜蒸馏污染机理研究

《人参水提取物真空膜蒸馏污染机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、人参水提取物真空膜蒸馏污染机理研究*刘殿忠，赵之平，马方伟，刘文芳（北京理工大学化工与环境学院，北京100081）摘要：本文对料液中的溶质粒子展开受力分析，提出了人参水提取物体系真空膜蒸馏中引起膜污染的临界流速、临界温度和临界真空度。利用减压式膜蒸馏实验对料液流速、料液温度和真空度等操作条件对膜污染的影响，进行了测试和分析。结果表明，当真空度、温度增加到一定程度、流速减小到一定程度，超过临界值时，都会发生膜污染，表现为膜通量降低。关键词：真空膜蒸馏；膜污染机理；极化现象中图分类号：TQ028.8文

2、献标识码：A1.前言膜蒸馏是产生于上世纪60年代后期的膜分离过程，膜冷热侧温度的不同，使得膜两侧保持一定[1,2,3]蒸汽压差，易挥发组分以蒸汽形式通过膜孔到达冷侧，从而实现分离过程。由于膜蒸馏具有效率[2,4]高，无需复杂的蒸馏设备，几乎可在常压下进行等一系列优点，所以具有广阔的应用前景。[5,6,7,8][8]研究人员把膜蒸馏应用到非挥发性溶质水溶液的浓缩，比如柠檬酸的浓缩、中药提取物的[9][7,8]浓缩、蔗糖的浓缩等等，在这些应用中随着时间的增加，膜蒸馏通量都有下降的趋势，说明过程中发生了

3、膜污染现象。膜污染会增加传递过程的阻力，引起通量的下降，还会使膜发生劣化，降低膜[3,9,10,11]的使用寿命，甚至存在膜孔润湿的危险。国内外都开展了这方面的研究工作，例如：Zhongwei[12][13]Ding等人利用直接接触式膜蒸馏开展了中药浓缩过程中的膜污染特性的实验研究；Khayet发现膜[14]蒸馏过程中的膜污染要比其他压力驱动的分离过程中的膜污染低得多；Gryta等人用SEM、EDS等方法研究了污染层的形态和组分构成等。[6]本课题组在人参水提物体系的膜蒸馏研究中发现，在一定流速、

4、温度和真空度下，膜蒸馏过程都可以在较长时间内保持平稳进行，通量基本稳定，但当流速、温度和真空度增大到一定程度时，膜蒸馏过程通量开始下降，膜污染发生，从而说明在中药提取物体系中膜污染与操作过程中的流速、温度和真空度有密切关系，所以研究清楚操作因素和膜污染的关系，对于了解膜污染机理具有重要意义。2.溶质粒子受力分析[15,16]实验开始前对料液进行了预处理，所以不存在沉淀物和漂浮物，是一均相体系。参照有关文献，对溶质粒子在各个阶段受力及运动情况具体分析如下：作者简介：刘殿忠（1983—），男，山东省人

5、，硕士研究生.*联系人：赵之平（1963－），男，云南省人，博士，教授．主要从事膜分离研究.010-68912669，zhaozp@bit.edu.cn．基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.20676015）、教育部博士点新教师基金（No.20070007055）1（1）首先，料液进入膜组件之前，在垂直方向上受到向下的重力和向上的浮力；水平方向上，由于料液携带着溶质粒子一起运动，所以溶质粒子受到水平向前的曳力。（2）料液进入膜组件以后，在蒸汽压差下渗透流由上游扩散到下游，产生垂直方向上的运动

6、。溶质粒子受到料液运动带来的曳力，向下的重力、向上的浮力和主体料液之间的摩擦力，渗透流带来的曳力。由于垂直方向上合力向下，所以溶质粒子向下加速运动，摩擦力增加，合力不断减小。当垂直方向上的合力为零时，溶质粒子以一恒定速度作匀速运动。由于膜组件内料液流道的高度远远小于长度，可以认为溶质粒子在进入匀速之前已经到达膜表面。（3）当溶质粒子到达膜表面时，受到浮力和向下的重力、吸力；由于膜表面不是完全光滑，在水平方向上溶质粒子受到膜面向后的摩擦力，料液对溶质粒子向前的曳力。溶质粒子的运动趋势有两种可能：曳力

7、大于摩擦力，溶质粒子在水平方向继续运动，难以在膜表面上沉积下来，此时膜蒸馏过程中仅仅存在极化现象，不发生膜污染；曳力小于或等于摩擦力，溶质粒子在水平方向作减速运动，最终会沉积在膜表面。此时，过程中不仅存在极化现象，也存在膜污染现象。曳力等于摩擦力是膜污染的临界条件，料液流速影响曳力大小，摩擦力和蒸汽压差有关，而蒸汽压差ΔP和料液温度、真空度有关，所以膜污染的临界条件中包含了料液流速和温度、真空度等因素当三个因素中有两个保持不变时，另一因素存在引起膜污染的临界值，即临界料液流速、临界料液温度和临界真

8、空度。3.实验3.1实验流程：减压式膜蒸馏实验流程如图2所示T91094PT11P3512TT冷却水18672图2膜蒸馏装置示意图1-料液槽；2-磁力驱动循环泵；3-转子流量计；4-膜器；5-冷凝管；6-接收瓶；7-缓冲瓶；8-循环水真空泵；9-热电阻；10-压力传感器；11-真空表；12-控制柜3.2实验条件人参提取物：棕黄色粉末，主要成分是人参多糖、人参糖蛋白等，由公司提供；聚四氟乙烯膜（PTFE）：拉伸平板微孔膜，北京塑料研究所购买，膜厚50μm，孔径0.2μm，孔隙率60-