第二章膜分离技术

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1、《现代食品加工技术》教案（第4次课2学时）一、授课题目第1节膜技术概述第2节膜分离装置二、教学目的和要求了解膜技术的历史及现状，掌握膜技术的概念及基本原理。三、教学重点和难点教学重点:膜技术的原理四、教学过程辅导手段：PPT、板书板书设计第二章膜分离技术疑难第1节膜技术概述第2节膜分离装置字词1.（一）•第二章膜分离技术2.1膜技术概述2.2膜分离装置2.3极化、污染现象和控制2.4典型的膜分离技术及应用膜分离技术概述1.1基本概念所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相Z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Z间产生传质作用。膜又称分离膜

2、或滤膜，膜壁布满小孔，膜的孔径一般为微米级：根据孔径大小（或称为截留分子量）可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（R0）等，膜分离都采用错流过滤方式。（切向流过滤则是指液体的流动方向是平行丁•膜表面的，在压力的作用下只有一部分的液体穿过滤膜进入下游，这种操作方式也有人称之为“错流过滤”）。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。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、聚醸砚、聚氟聚合物等等。膜的性质：膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、

3、浓缩的过程称作膜分离。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。膜分离技术是以选择性透过膜（通常为天然或人工合成的高分子薄膜）为分离介质，以外界能量（如浓度差、压力差或电位差等）为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的方法。膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。1.2基本原理膜分离技术的工作原理膜分离技术，是利用一张特殊制造的，有选择透过性的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术，是根据混合物的物理性质的不同用过筛的方法将

4、其分离，或根据混合物的不同化学性质分离开物质。物质通过分离膜的速度（溶解速度）取决于进入膜的速度和进入膜的表面扩散到膜的龙眼、另一表面的速度（扩散速度）。而溶解速度完全取决于被分离于膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还与物质的分子量有关，速度越大，透过膜所需的时间越短，混合物屮各组分透过膜的速度相差越大，则分离效率越高。膜分离过程以选择透性膜为分离介质，通过在膜两侧施加一种或几种推动力（如浓度差、压力差、温度差或电位差等）时，原料侧组分可以选择性地透过膜，以达到分离提纯的冃的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游分离膜能混在一起的物质分开，主要有以下两种手段

5、：（1）根据它们的物理性质不同一一主要是质量、体积大小和几何形态差界，用过筛的办法将其分离。微滤膜分离就是根据这一原理将水溶液中孔径大于50nm的固体杂质去掉的。宋纪蓉书138页（2）根据混合物的不同化学性质。物质通过分离膜的速度取决于两个步骤的速度，首先是从膜表面接触的混合物屮进入膜内的速度（溶解/扩散速度）,其次是进入膜内后从膜的表面扩散到另仪一表面的速度。二者之和为总速度，总速度越人，透过膜所需的时间越短；总速度越小，透过膜所需的时间越长。1・3分离膜应具备的条件宋纪蓉书139页（1）分离性（2）透过性（1、2）膜的分离透过性：虽然膜具对被分离物具有选择透过性，但它也

6、不可能将某一组分百分之百完全阻扌肖，而对另一组分完全透过。膜材料的化学特性、形态结构和分离过程中的一些操作条件等都会影响膜的分离能力。膜的分离透过性是其处理能力的重要指标。当膜达到所需的分离率后，其透量愈大愈好。故膜的分离性能和透过性能是相互依赖的，当膜的分离性能高时其透量就会受到损失，反Z其透过率高则分离率就会降低。（3）物理、化学性质稳定膜的物理稳定性：其主要体现在耐热性和机械强度等方面。膜的耐热性取决于膜材料的化学结构。故可以采取改变高分子的链节结构和聚集态结构，提高分子链的刚性等措施來提高膜的耐热性。而膜的机械强度是高分子材料力学性质的体现。在外力作用下，膜产生剪切

7、蠕变，使膜透过速度下降。外力消失后，若再给膜施加相同外力，膜的透过速度暂时有所回升随后很快下降。膜的化学稳定性:主耍体现在抗氧化、抗水解性和耐酸碱性等。膜的抗氧化、抗水解性和耐酸碱性既取决于膜材料的化学结构，又取决于被分离溶液的性质。氧化、水解的最终结果使膜色泽变深，发硬变脆，使其化学结构与外观形态受到破坏。溶液中的氧化物产生的初级自由基（）能与膜的高分子材料（键）反应：反应产物不稳定，经过一系列反应，由醇变成醛，再转化为酸，二氧化碳、水等，从而降低膜的分离效果。⑴（4）经济性：主要是要求分离所用的膜材料和制造工艺