第一节 膜及其应用
一、膜的分类
按膜分离过程分
微滤、超滤、纳滤、反渗透
按膜材质分
无机膜、有机膜
按膜组件分类
板式膜（含锯齿式）、管式膜、卷式膜、中 空纤维式膜
按膜分离过程分类
1. 微滤膜：孔径≥0.1微米， ≥ 50万MWCO 2. 超滤膜：1,000-50万MWCO 3. 纳滤膜：150-1000 MWCO 4. 反渗透膜：≤150 MWCO (MWCO即Molecular Weight Cut Off ，中文为截留分子量)
（3）连续操作 :连续操作是在闭路循环的基础上，将 浓缩液不断排到系统之外。每一级中均有一个循环 泵将液体进行循环，料液由给料泵送入系统中，循 环液浓度不同于料液浓度。各级都有一定量的保留 液渗出，进入下一级。
膜分离形式比较
死端过滤
错流过滤
膜分离常用形式
切向流过滤（错流过滤、表面流过滤）
膜分离过程
4、设备可封闭运行、可间歇或连续运行、易操作维护、易放大、占 地小、易实现自控、配套设备少
考虑选用膜技术的导则
2．按操作方式不同进行分类
(1)开路循环:循环泵关闭，全部溶液用给料泵F送回料 液槽，只有透过液排出到系统之外。
(2)闭路循环 :浓缩液（未透过的部分）不返回到料液 槽，而是利用循环泵R送回到膜组件中，形成料液 在膜组件中的闭路循环。闭路循环中，循环液中目 标产物浓度的增加比开路循环操作快，故透过通量 小于开路循环
膜技术
膜分离技术
第一节 膜及其应用 第二节 膜分离过程 第三节 膜分离过程中的问题及处理 第四节 膜分离技术实施 第五节 液膜分离技术
学习目标
■了解膜的分类及结构特性，各种膜组件的性 能以及膜在生物技术行业中的应用； ■了解膜分离过程的类型； ■理解膜分离过程机理及膜在使用中常见问题 分析； ■能够正确使用膜进行分离操作，能分析膜分 离过程中的常见问题，能根据不同的分离体 系进行膜选择，能对膜进行常规处理及维护。
根据截留分子量和孔径的差异可以分为悬 浮：固 体 、 细 菌
微 滤 孔 径 >0.1μ m ，
截 留 分 子 量 30-50 万 以上 超 滤 0.1~0.01μ m 截 留 分
蛋 白 质 、色 素 、多 糖 等 大分子有机物、热原
子量 1000~50 万 Da
抗生素、低聚糖及二
纳滤 截留分子量
价以上离子等
按膜的材质分类
1. 有机膜
CA PS PES PVDF TFM（薄层复合膜）
2.. 管式 3. 卷式 4. 中空纤维式
注:无机膜属于 管式结构
中空纤维
中空纤维流道细小，易堵塞、易断丝， 只适合于处理非常澄清的料液
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
卷式
卷式流道 稍宽，可 以处理经 过合适预 过滤的料 液。
管式
管式膜 流道较 粗，可 以处理 含固量 高的料 液
板式
板式膜 流道宽， 可以处 理含固 量较高 的料液
锯齿式（Ultra-flo）
锯齿式为板式的 改进形式，板面 有棱纹结构，膜 被扭曲为锯齿状， 料液流过形成湍 流来破坏膜面的 污染。
第二节 膜分离过程
膜分离的示意图
膜
膜及其分离机理
截留较大的组分，而透 过较小基团的组分。
膜分离过程的传质形式
在膜分离过程中，膜相际有3种基本传质形 式，即被动传递、促进传递和主动传递。
膜分离过程机理
以典型的非对称膜为例，分几个区间来描绘。
①主流体系区间(Ⅰ) ②边界层区间(Ⅰ) ③表面区间(Ⅰ)
④表皮层区间
⑤多孔支撑区间 ⑥表面区间(Ⅱ)
⑦边界层区间(Ⅱ)
图5-6 物质经过非对称膜的传递示意
⑧主流体区间(Ⅱ)
膜分离过程的类型
1．按推动力的不同进行分类 （1）以静压差为推动力的膜分离过程 如反
渗透(RO或HF)、超过滤(UF)、纳滤（NF）、 微孔过滤(MF)、气体分离（GS）、膜蒸馏 （MD）及渗透气化（PV）等。 （2）以浓度差为推动力的膜分离过程 如透 析（D）、气体分离（GS）及液膜分离等。 （3）以电位差为推动力的膜分离过程 如电 渗析（ED）等。
二、膜的性能参数
膜孔性能参数
膜的孔径、孔径分布、孔隙度
膜通量
即膜的处理能力（即溶剂透过膜的速率）是膜分离 中的重要指标，一般用膜的渗透通量来表示。它是指单 位时间、单位膜面积上透过溶液的量，对于水溶液体系， 又称透水率或水通量。
截留率和截留分子量
被截流物质的量占料液中含有的截流物质总量的百 分率，称为膜的截留率，它表示了膜对溶质的截留能力。
150~1000Da
反渗透 氯 化 钠 截 留 率 ≥ 99%
单糖、一价离子 水等小分子溶剂
膜分离系统的基本组成
膜分离的特点
1、选择性好 分子级水平进行物质分离，普通过滤工艺所无法达到的精度。
2、能耗低、可低温操作 无相态变化，特别适用于稀料液及热敏性料液浓缩。
3、不需添加化学试剂 物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。
截留分子量是指截留率为90%时所对应的溶质分子 量。
三、膜技术应用
发酵工业 制药工业 食品工业 染料工业 果汁工业 生物化工
环保领域
冶金工业 能源工业 电子工业 石油工业 制水工业
膜在生物制药中的应用
膜分离过程作为一种新型的分离技术，已经用于酶、活 性蛋白、氨基酸、维生素、抗生素、疫苗等物质的分离纯化。 膜分离特点： 1、使用膜过滤，能耗低，具有节能的特性； 2、膜过滤无相变，不会破坏产品结构； 3、膜再生性好，使用寿命长； 4、操作简单，可以实现自动控制； 5、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等特点； 6、且各种膜过滤具有不同分离机制，适用于不同对象和要求。 7、特别适合用于热敏性物质的分离；
因此，过滤性能 优异，过滤速度 高于管式和板式 结构，且污染更 少、容易清洗、 能耗更低。
膜组件形式与可选择的膜分离过程
管式、板式 卷式
中空纤维 锯齿式
反渗透 纳滤
超滤 微滤
并非每种膜分离过程（微滤、超滤、纳 滤、反渗透）都可以通过各种组件形式 实现，以上是其对应关系图。
其中金属膜和陶瓷膜并非组件形式，但 它们都是无机膜，同时都是管式结构。