膜分离技术及其应用
童汉清 海金萍
(蚌埠高等专科学校食品系,蚌埠市233030)
摘 要 针对膜分离技术的一系列独特优点,介绍了工业中常用的各种分离膜的性能、材料及其各自的应用,并简述了世界上最新的膜分离技术及其发展方向。
关键词 膜分离技术 反渗透膜 超滤膜 微滤膜
0 前言
膜分离是用半透膜分离均相混合物中不同组分的一种方法。
由于膜分离技术在生产中物料无相变过程,因而无需再沸器、冷凝器等设备,与蒸发、精馏等分离技术相比具有显著的节能、高效等特点,特别是对于食品工业,膜分离技术可以完好地保留食品原有色、香、味,而其营养成分又不会被高温破坏。
因而膜技术在世界范围内引起人们极大关注,被誉为重大的新技术革命之一。
现代膜技术的开发还仅仅是近三十年的事情,虽然近年来有了较大的发展,但目前仍处于发展和完善的过程中。
国内外膜分离技术已在许多不同行业得到应用,并取得了良好效果。
1 反渗透膜及其应用
1.1 反渗透膜的性能
反渗透膜的孔径在0.3～2nm之间,通常为非对称的微孔结构膜,压差作为操作推动力,工作压力可高达7.0～7.5M Pa,膜通量一般为0.5m3/(m2d)。
反渗透膜能截留住除水分子、氢离子、氢氧根离子以外的其它物质,因而主要用于水和其它物质的分离。
1.2 膜材料 最先开发并成功应用的反渗透膜材料是醋酸纤维素,70年代以来逐渐开发出一些新型反渗透膜材料,如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯撑氧、磺化聚磺酸盐、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲苯二异氰酸酯和等离子处理聚丙烯腈等。
醋酸纤维素在强酸和弱碱条件下易发生水解且不耐高温,易受微生物和酶的作用,在正常使用时还会发生蠕变使透水速率降低。
尽管存在这些缺点,但目前工业上最广泛使用的两种反渗透膜材料,还是首选醋酸纤维素,其次为聚酰胺。
1.3 反渗透膜的应用
1.3.1 海水淡化
反渗透膜分离技术被广泛应用于海水淡化。
在全世界海水淡化装置中,约有30%用反渗透方式来实现。
反渗透膜由极薄致密表层和多孔支撑层构成,具有高透水率及高脱盐率,可脱去海水中99%以上的盐离子。
1.3.2 果汁、果酒等产品的浓缩
膜浓缩是在常温下进行的。
用反渗透膜对果汁、果酒进行浓缩,可保证维生素等营养成分不受破坏以及挥发质不损失,并可保留其原有的风味,这是其它浓缩技术难以做到的。
另外,反渗透膜可以完全除去细菌和病毒,使产品不加任何防腐剂而延长储存期,食用更加卫生可靠。
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《化工装备技术》第20卷第2期1999年
用管式反渗透法浓缩脱脂奶,可将固形物含量从原来8.5%提高到27%,固形物透过率只有0.15%～0.2%。
该技术在国外已得到成功应用。
2 超滤膜及其应用
2.1 超滤膜的性能
超滤膜的孔径在1～ 2.5nm之间,操作推动力为压力差,工作压力为0.05～0.5M Pa,膜通量为5m3/(m2d),用于分离分子量为5×102～1×106范围内的高分子物。
2.2 膜材料
工业用的超滤膜也具有不对称的微孔结构,膜的材质有醋酸纤维素、聚酰亚胺、聚丙烯腈、丙烯酸盐与氯乙烯共聚体、聚醋酸乙烯、两性离子交换膜和芳香族高聚物等。
2.3 超滤膜的应用
2.3.1 生物技术方面
超滤是在常温下进行的,无加热相变过程,可以很好地保持酶的活性,因此在国内外已成为生物技术中的主要分离过程。
在酶制剂的生产中,采用超滤技术对粗酶液进行浓缩精制,可以生产出高质量的酶制剂。
另外在疫苗、基因生物制品、农用抗菌素、血清蛋白的制取及制药等方面的工业生产中,超滤技术均有广泛的应用。
2.3.2 乳制品方面
国外用管状膜及中空纤维超滤膜浓缩鲜奶,可制取含蛋白质高达50%～80%的脱脂浓奶。
2.3.3 工业废水处理
超滤可广泛用于工业废水处理。
如味精行业排放的废水中含有大量菌体,超滤对味精废水中菌体的去除率可达到99%以上。
另外超滤对印染纺织工业废水处理、造纸工业废水处理、废水脱色等许多方面亦非常有效,国外90%的汽车行业都采用超滤技术回收电泳漆废水中的涂料。
2.3.4 饮料水处理
超滤技术处理饮料水,一般采用截留分子量5万以上的膜较为合适,因其膜孔径小于0.01μm,细菌完全可以被除去,而矿泉水中的微量元素的直径比膜孔小,可以顺利通过膜。
由于其既能保留矿泉水的营养与风味,同时又具有较高的通量,所以天然矿泉水的处理特别宜采用这种超滤膜。
3 微滤膜及其应用
3.1 制膜材料
微滤膜的孔径范围为0.03～10μm,制膜材料一般为聚酯、聚碳酯、纤维素及聚四氟乙烯。
3.2 应用
微滤膜可以分离较大的胶体粒子和悬浮微粒,在食品工业中用于饮料与酒的澄清。
另外在医药、医疗及无菌液料的制备等方面均有广泛的应用。
由于其膜孔孔径大于超滤膜与反渗透膜,因而有较大的过滤通量,是目前销售量最大的一种分离膜。
4 气体分离膜
气体分离膜是在反渗透膜的基础上发展起来的一种新型分离膜,属90年代高新技术。
制作材料多为聚砜、聚烯烃、硅橡胶、聚碳酸酯等,用于氧氮分离、氢氮分离、天然气提纯、合成氨释放气中氢回收等许多方面。
用气体分离膜对空气进行一级膜分离可获得含氧30%～40%的富氧空气,将富氧空气经过富氧燃烧体系,用于玻璃、炼铁等行业的加热炉中,促使燃料完全燃烧,可节能25%～30%。
因此,该技术具有极高的推广价值。
美国孟山都公司开发的Prism气体分离膜,在聚砜中空纤维外覆厚1μm的有机硅涂层,已广泛用于合成氨释放气和炼油厂等含氢气体的氢回收,处理量可达1900m3/h。
20膜分离技术及其应用
5 结束语
膜分离技术经过三十多年的发展,已具有较高的水平,并且不断有新的膜分离技术被开发并进入应用领域,如离子交换膜、透过气化膜、药物控制膜和渗析、液膜分离技术等。
由于膜技术的诸多优点,推广及应用膜分离技术可以实现大幅度节能,实现无公害的洁净化生产。
90年代以来,全世界工业用膜分离装置的年销售额达数十亿美元,且年增长率超过30%。
我国的膜技术水平较低,产值不足日本的1%,世界市场的0.2%。
因而加快我国膜技术的研究、生产及推广应用已势在必行。
参 考 文 献
1 孙酣经.化工新材料及其应用.
2 无锡轻工业学院.食品工程原理.
3 高以恒.膜分离技术基础.
4 膜法分离技术及其应用.中国环境科学出版社.
高效双锥螺旋搅拌混合机
过志昌
(上海化工研究院设计所,上海市200062)
摘 要 论述了高效双锥螺旋搅拌混合机的结构、工作原理和特点,并以应用实例说明了其优越性。
关键词 混合机 搅拌耙 螺带刮刀
1 前言
笔者在拙文“双锥螺旋搅拌真空干燥机”[1]中阐述了本人发明的独特搅拌结构,该搅拌器可使物料在双锥螺旋搅拌真空干燥机内作轴向、周向复合运动,从而使物料得到充分、有效的混合,并进而使干燥效率大为提高。
然而,由于干燥机的搅拌转速较低,该机搅拌器所具有的杰出的搅拌混合性能还未得到充分的发挥。
为此,笔者同有关制造厂合作,利用双锥螺旋搅拌真空干燥机独特的搅拌混合机理,对其关键结构进行了改进并提高转速,研制成功了高效双锥螺旋搅拌混合机。
该机的混合效果极佳,可解决目前国内双螺旋混合机、螺带式混合机、犁刀式混合机、双轴混合机、双锥回转混合机和静态混合机等无法解决的混合问题。
它不但可用于固体与固体、固体与液体的混合,也可用于液液混合。
2 结构和工作原理
高效双锥螺旋搅拌混合机的结构和工作原理如图1、图2和图3所示,其结构与双锥螺旋搅拌真空干燥机相类似,但物料在混合机中的运动方向、运动速度、循环速度等完全不一样。
高效双锥螺旋搅拌混合机由上锥体6和下锥体3组成混合室。
物料在混合室内的装料系数可达0.7～0.8。
上下锥体的锥顶角大小视各种物料的比重、粘度、堆积角等的不同而有所变化,一般上锥体的锥顶角要比下锥体的锥顶角大,这主要是为了有利于物料从混合室底部向上提升和从顶部顺利地向混合室中心轴(旋转轴)方向卸料。
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《化工装备技术》第20卷第2期1999年。