陶瓷滤膜的横断面
陶瓷滤膜工作原理示意图
陶瓷膜过滤器的特点





可以耐受更高的过滤温度；非常适合于高温过程 可以通过高温蒸汽对膜组件进行杀菌，适合于除 菌过滤过程； 过滤孔径一般在0.01-4μm之间选择；通常是一个 微滤过程； 耐强酸、强碱； 根据物料的粘度、悬浮物含量可选择不同通道的 陶瓷膜进行应用； 缺点是国产陶瓷膜的质量还不稳定，进口的组件 单位造价比有机膜高不少。

当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过 膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。并不断 返回于溶液主流中，当这一返回速度低于大分子 溶质在膜面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成 高浓度的溶质层，这就是浓差极化。
随着浓缩倍数的提高，浓差极化现象也愈严重， 则膜分离也愈困难。不能仅靠搅拌解决。 为了减少浓差极化，通常采用错流操作或加大流 速等措施。
二、膜

膜分离过程的核心是膜本身。 工业应用的膜应具有较大的透过速度和较 高的选择性，这是选择膜的两个最重要的 技术特性。


还应具备机械强度好、耐热、化学性能稳 定，不被细菌污染等条件。
几种常用膜的适用范围
选用膜和膜设备应考虑的因素



加工产品本身的物理稳定性 加工产品本身的化学稳定性 加工产品中不同物质之间在外形尺寸或 分子量大小方面的级差 离过程及设备配置的经济合理性 分离废弃物的环保处理方式及成本 膜的再生性及寿命周期



滤芯采用折叠式，单位体积的过滤面积增大了，提高了过 滤效率。 有广泛的化学兼容性 聚砜膜的双层结构，经久耐用，特别是密集的微孔结构提 高了过滤效率，延长了最终过滤器的寿命，微孔独特的几 何形状，提高了过滤难度较大溶液的过滤量。 释出物特别低 产品出厂前经过100％完整性测试，保证了使用安全可靠 所有的部件不会在高温中热解，双层O型密封环，防止液 体流过；热焊接结构册能承受恶劣的工作条件。
水和盐
推动力
截留物质
悬浮物质。截断 压力差，通 粒子大小可以变 常为0.1MPa 化
超滤
压力差，通 生物大分子，胶 常为 体物质，截断分 0.1~0.6MPa 子量可以变化 压力差，通 常为 0.1~10MPa
不透过膜蒸 汽
膜分离的孔径范围
膜分离技术的特点




膜分离过程中不发生相变化，能耗低 膜分离过程是在常温下进行的，因而特 别适用于对热敏性物质的分离、分级、浓 缩和富集。 适用范围广。 由于只是用压力作为超滤和反渗透的推 动力，因此分离装置简单，操作方便，易 于自动控制，易于维修。
管式膜分离装置特点

管式膜分离装置结构简单，适应性强， 清洗安装方便，单根管子可以更换， 耐高压，无死角。
适宜于处理高粘度及固体含量较高的 料液。 其不足是保留体积大，压力降大，单 位体积所含的过滤面积小。


更换单根管
陶瓷膜过滤器

无机膜具有耐高温、耐化学腐蚀、 机械强度高、抗微生物能力强、渗 透量大、可清洗性强、孔径分布窄、 分离性能好和使用寿命长等特点。


中空纤维膜分离器实物
正面
背面
（四）螺旋卷式膜分离器

螺旋卷式装置的主要元件是螺旋卷 膜，它是将膜、支撑材料、膜间隔 材料依次迭好，围绕一中心管卷紧 即成一个膜组，若干膜组顺次连接 装入外壳内。
螺旋卷绕式超滤筒的结构
螺旋卷式膜分离器工作原理
螺旋卷式膜分离器


中心管可用钢、不锈钢或聚氯乙烯管制成。
第四节
膜分离设备
膜分离技术

膜分离技术是20世纪60年代以后发展起来 的高新技术。

与传统的分离方法相比，具有设备简单、 节约能源、分离效率高、容易控制等优点
膜分离通常在常温下操作，不涉及相变化， 这对处理热敏性物料，显得十分重要 膜分离技术一般可除去1μm以下的固体粒 子。


一、膜分离方法

管束膜过滤器

管子是膜的支撑体，有微孔管和钻孔 管两种。 微孔管采用微孔环氧玻璃钢管，玻璃 纤维环氧树脂增强管； 钻孔管采用增强塑料管、不锈钢管或 铜管。


各种管式膜
管束膜分离装置
动态膜压力过滤器
管式动态压力膜 过滤器，由内外 两圆筒组成，圆 筒上覆有超滤膜， 内圆筒旋转以减 少浓差极化。
用于药剂分离的陶瓷膜过滤器
烧结金属过滤设备
钛滤材是解决食品 加工、制药行业中腐 蚀和污染的最为理想 的材料。
金属膜过滤器布置实例
（三）中空纤维膜过滤器

为进一步增大膜分离器单位体积的膜面积， 可采用空心纤维管状膜。
可根据需要制成不同直径的纤维膜，内径一 般为0.5～1.4mm，外径1.1～2.3mm。 用环氧树脂将许多中空纤维的两端胶合在一 起，形似管板，然后装入一管壳中。
过程
渗透 透析
透过物质
水 粒子和小分子 有机化合物 （尿素等） 离子 水
推动力
浓度差 浓度差
截留物质
溶质 相对分子质 量>1000的 溶质或悬浮 物
电渗析 反渗透
电位差，通常每 非离子和大 一电池为1~2V 分子物质 压力差，通常为 溶解或悬浮 1~8MPa 物质
膜分离方法
过程 微过滤 透过物质 水和溶解 物质

不论采用何种形式的膜分离装置，都 必须对料液进行预处理，这对延长膜 的使用寿命和防止膜孔堵塞是非常重 要的。
透过液侧的支撑材料采用玻璃微粒层，两面 衬以微孔涤纶布。 间隔材料应考虑减少浓差极化及降低压力降 螺旋卷式的特点是膜面积大，湍流状况好， 换膜容易，适用于反渗透，缺点是流体阻力 大，清洗困难。

螺旋卷式膜分离器端面封头
大型螺旋卷式反渗透膜分离
（五）折叠筒式膜过滤器
聚砜膜筒式滤芯
折叠筒式膜过滤器的优点


中空纤维膜过滤器
中空纤维膜束
中空纤维膜过滤方式

料液的流向有两种形式：内压式和 外压式。
中空纤维

中空纤维有细丝型和粗丝型两种。
细丝型适用于粘性低的溶液。
粗丝型用于粘度较高和带有固体粒子的 溶液
中空纤维超滤设备特点

中空纤维超滤膜组件具有装填密度大、结构简 单、操作方便等特点。 中空纤维膜分离装置单位体积内提供的膜面积 大，操作压力低（<0.3MPa），且可反向清洗， 可用双氧水、次氯酸钠、氢氧化钠等水溶液灭菌 消毒。 中空纤维组件必须在湿态下使用与保存。 缺点是单根纤维管损坏时需要更换整个膜件。
三、膜分离过程

应用膜分离技术浓缩某一溶液时，在膜的 浓液一方所施加的压力除了克服流体的流动 阻力外，还应克服膜两侧溶液的渗透压。 一般情况下，溶质的分子质量愈大，渗 透压愈低，外加的操作压力主要用以克服流 体阻力。


如果是低分子量溶质的溶液，渗透压往 往很高，此时操作压力主要用以克服渗透压。
浓差极化
膜分离设备

目前膜分离设备主要有： 板式、管式、中空纤维式、折 叠筒式膜过滤器和螺旋卷式。
（一）板式膜过滤器
1.滤过液体
2.滤板 3.刚性多孔支持板 4.超滤膜
圆形板式反渗透装置
微孔滤膜平板式过滤机
（二）管束膜过滤器
管式装置的形式很多，管的 流通方式有单管及管束，液 流的流动方式有管内流和管 外流式。 由于单管式和管外流式的湍 动性能较差，目前趋向采用 管内流管束式装置，其外形 类似于列管式换热器。


膜分离操作


膜分离系统可采用间歇或连续操作。
连续操作又分单级和多级操作，常采 用循环操作的方式。 连续操作的优点是产品在系统中停留 时间较短。 连续操作主要用于大规模生产。


纯水（制药用，二次反渗透）车间
四、膜分离设备

膜片是膜分离设备的核心，良好的膜分离 设备应具备以下条件： ①膜面切向速度快，以减少浓差极化。 ②单位体积中所含膜面积比较大。 ③容易拆洗和更换新膜。 ④保留体积小，且无死角。 ⑤具有可靠的膜支撑装置。
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质, 当膜两侧存在某种推动力时，原料侧组分 选择性透过膜，以达到分离，提纯的目的 膜分离的推动力可以是多种多样的，一般 有浓度差Δc，压力差Δp，电位差Δv等 膜分离过程的实质是小分子物质透过膜， 而大分子物质或固体粒子被阻挡。因此， 膜必须是半透膜。


膜分离方法