四.超滤
超滤:使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程。与反 渗透类似，超滤的推动力也是压差，在溶液侧加压， 使溶剂透过膜而得到分离，不同的是小分子溶质将随 同溶剂一起透过超滤膜
五. 电渗析（electrodialysis，简称ED ）
1．电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为 推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、 阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过， 阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质 与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液 的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。
一.膜分离的基本原理 在一个容器中,用膜把它隔成两部分,膜的两 侧是浓度不同的溶液,通常小分子的溶剂透过膜 向稀溶液侧移动. 渗析(水分、小分子溶质）渗透（仅水分）
在乳品工业中，膜技术主要涉及到： 反渗透（RO）除去水，使溶液浓缩。 毫微过滤(NF)通过除去单价的成分如钠、氯（部分 脱盐），实现有机成分的浓缩。 超滤（UF）大分子的浓缩。 微滤（MF）除去细菌，大分子分离。
Membrane Filtration
Reverse Osmosis (RO) Ultrafiltration (UF)
Nanofiltration (NF)
/html/filtration/fpdfs/modbrch5.pdf
Microfiltration (MF)
三、电渗析
在直流电场的作用下， 溶液中的离子透过膜的迁移称 为电渗析。电渗析使用的膜通常是具有选择透过性能 的离子交换膜。用电渗析可使溶液中的离子有选择地 分离或富集。为什么离子交换膜具有选择性呢？离子 交换膜是一种由功能高分子物质构成的薄膜状的离子 交换树脂。它分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种。 离子交换膜之所以具有选择透过性，主要是由于膜上 孔隙和离子基团的作用
膜分离技术在分离工程中的重要作用
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求 低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8，因此和 蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；
膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分
离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的 合适方式：
注意：离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选 择透过性作用。
离子交换膜功能示意图
实际应用的电 渗析器
Electrodialysis stacks for nitrate removal in drinking water (3320 m3/day).
/html/elep.html
膜分离装置
一.平板式组件
（板框式反渗透膜组件
装配图
板框式膜组件工 作过程示意图
进水
耐压容器
半透膜 缺点：
透水板
透过水
装卸复 杂，单 位体积 膜表面 积小。
浓缩水
特点：结构简单，体积 比管式的小。
1×20㎡板式超滤膜装置
二.管式反渗透膜组件
管式膜组件又分为内压式和外压式
内压式管式膜组件的内部结构示 意图
膜分离技术的特点：
1、膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量 要求低其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8， 因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很 大差异； 2、膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂 的分离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化 物质分离的合适方式； 3、无化学变化。典型的物理分离过程，不用化学试剂 和添加剂，产品不受污染； 4、选择性好。可在分子级内进行物质分离，具有普遍 滤材无法取代的卓越性能； 5、适应性强。处理规模可大可小，可以连续也可以间 隙进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用 低易于自动化 。
膜表皮层 进
水
玻璃纤维管
淡 水
淡 水
特点: 水力条件好，安 装、清洗、维修比 较方便。 能耐高压，可以 处理高粘度的原水。 缺点是膜的有效 面积小，装置体积 大，而且两端要较 多的联结装置。
MItsubishi Rayon Hydrophilic Hollow Fiber Membrane
一、反渗透
反渗透是一种高压、高性能的技术。适用于液 体脱水、低分子量化合物浓缩、废污清洁等过 程。通常应用在蒸发前乳制品的预浓缩。
二、超滤
超滤是一项选择性分离步骤，可以将溶液浓缩并净化 为高分子量聚合物，适用于乳蛋白、碳水化合物和酶。 超滤是使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程。与 反渗透类似，超滤的推动力也是压差，在溶液侧加压， 使溶剂透过膜而得到分离，不同的是小分子溶质将随 同溶剂一起透过超滤膜。超滤（UF）典型地应用于牛 乳蛋白的浓缩，乳清蛋白的浓缩和用于生产干酪，酸 奶以及其它乳制品的牛乳的蛋白标准化。
/eigo0/fiber.html
三.螺旋卷式反渗透膜组件
螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图
密封 膜，上下两层 多孔透水材料
密封
密封
螺旋卷式膜组件组合示意图
膜叶
进 水
浓 水
透过水
透水 网状 材料
膜组件的组装示意图
端 盖
密 封 圈
膜 组 件
连 接 器
电渗析过程原理图
浓缩室 淡化室 浓缩室
阳极室 + + + ClNa＋
阴极室 － －
ClClNa＋ Na＋
ClNa＋
ClClClNa＋ Na＋
－
+
+ +
－
－ － 阴极
Na＋
阳极
阳膜
阴膜
阳膜
阴膜
离子交换膜为什么具有选择透过性呢？
离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄 膜，其所以具有选择透过性主要是由于膜上孔隙和膜上离子基团的 作用。 膜上孔隙的作用是，在膜的高分子键之间有一足够大的孔隙， 以容纳离子的进出和通过。是离子通过膜的大门和通道。 膜上离子基团的作用是，在膜的高分子链上，连接着一些可以 发生解离作用的活性基团。在水溶液中，膜上的活性基因会发生解 离作用，解离所产生的离子(或称反离子）进入溶液。于是，在膜 上就留下了带有一定电荷的固定基团。存在于膜微孔中的带一定电 荷的固定基团，好比在一条狭长的通道中设立的一个个关卡或“警 卫”，以鉴别和选择通过的离子。
除菌，回收菌，分离病毒 蛋白质、多肽和多糖的回 收和浓缩反透Fra bibliotek渗 析
渗 析
压差1.0～ 10 浓
电 差 压差、温 差
筛 筛
分 分
盐、氨基酸、糖的浓缩、 淡水制造 脱盐，除变性剂
脱盐，氨基酸和有机酸分 离 有机溶剂与水的分离，共 沸物的分离
渗
电
差
位
电荷、筛分 溶质与膜的亲和 作用
渗透气 化
膜分离法包含着非常丰富的内容，在生物分离领域应用 的膜分离法包括微滤(Microfiltration,MF)、超滤 (Ultrafiltration，UF)、反渗透(Reverse osmosis，RO)、
中空纤维反渗透组件简图
密封
中空纤维膜 外径50－200μ 内径25－42μ 密封 多孔进水管 浓水 浓水出口
耐压容器
透过水
进水
淡水出口
膜断面图
中空纤维超滤膜设备
乳清的大致成分%
浓 缩 液
进 水 口
耐压 容器
透 过 液
/www/weblib.nsf/pub/E921365E248899B7852568BD0054096E?opendocument
工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
四.中空纤维式反渗透膜组件
中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。 中空纤维外径50―200m，内径2542m。 将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧覆以 保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管， 膜束两端用环氧树脂加固。 将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置 多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。
电渗析的过程
二.分离用的膜 主要是由高分子材料制成的聚合物膜
醋酸纤维素膜的结构示意图
1% 表皮层，孔径 （8－10）×10－10m 过渡层，孔径 200×10－10m 99％ 多孔层，孔径 （1000－4000） ×10－10m
各种膜分离法的原理和应用范围
膜 分 离 法 微 滤 （MF） 超 滤 传质推动 力 压差 0.05～0.5 压差0.1～ 1.0 分 筛 筛 离 原 分 分 理 应 用 举 例
透析(Dialysis，DS)、电渗析(Electrodialysis，ED)和
渗透气化(Pervaporation，PV)等，各种膜分离法的原理 和应用范围列于上表。
三.反渗透
如图所示，一个容器中间用一张可透过溶剂 (水)，但不能透过溶质的半透膜隔开，两侧分 别加入纯水和含溶质的水溶液。若膜两侧压力 相等，在浓差的作用下作为溶剂的水分子从溶 质浓度低(水浓度高)的一侧(纯水)向浓度高的 一侧(水溶液)透过，这种现象称为渗透。促使 水分子透过的推动力称为渗透压。当B侧与A侧 之间的压差等于渗透压时，两侧的化学位相等 达到平衡状态。
无化学变化 ：典型的物理分离过程，不用化学试剂和
添加剂，产品不受污染；
选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法 取代的卓越性能； 适应性强 处理规模可大可小，可以连续也可以间歇进行， 工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用低，易于自动 化。
膜分离是借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜 分离是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜， 以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系 进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。分离用的膜具有选 择渗透性，也就是说，膜只能使某些分子通过，这对乳品 工业具有重要的意义，膜可以有效地把牛乳中的水分与其 他成分分开。所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种 流体相之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，并能使这两部分之间产生传质作用。