生化分離工程3 膜分離-文庫吧
2025-01-06 23:13 本頁面
【正文】 的條件和膜本身的化學(xué)和物理性質(zhì)，傳質(zhì)總阻力為邊界層和膜層阻力之和。 圖 34 物質(zhì)經(jīng)過非對稱膜的傳遞示意圖 ? 孔模型 ? 用來描繪微孔過濾、超濾等過程所用的高孔率膜。溶劑的滲透流率取決于膜的孔隙率、孔徑、溶液的粘度、溶劑在膜中的擴(kuò)散曲折途徑和膜上、下游壓力差，可表達(dá)為： J = ε d2Δp / （ 32 ﹡ 181。﹡ L） 式中 J ——溶液通量 [m3/（ m2s） ] ε ——膜的孔隙率 d ——圓柱型孔道的直徑（ m） L ——膜的有效厚度，為擴(kuò)散曲折率膜厚（ m） Δp ——膜兩側(cè)壓力差（ kPa） 181。——溶液的粘度（ Pas） ? 溶解 —擴(kuò)散模型 ? 反滲透膜的表皮層沒有孔道。物質(zhì)的滲透能力，取決于它在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)。 ? 對于稀溶液，總體積通量 J = A（ Δp － Δp滲 ） 式中 A——總滲透系數(shù)（ A = A1Mr / ρ） A1 ——溶劑滲透系數(shù) [kmol/（ m2skPa） ] ρ ——溶液密度（ kg/m3） Mr——溶劑分子量 ? 由上式可知，當(dāng)壓力升高時，溶劑質(zhì)量通量線性增加，但溶質(zhì)通常與壓力無關(guān)，因而透過液濃度降低。 ? 優(yōu)先吸附 毛細(xì)管流動模型 ? Sourirajan等人提出。膜的表面如對某一組分的吸附能力較強(qiáng)，則該組分就在膜面上形成一層吸附層。 高壓側(cè) 常壓側(cè) 圖 35 優(yōu)先吸附 — 毛細(xì)管流動模型示意圖 ? 膜的性能參數(shù) ? 膜 孔道參數(shù) membrane porosity parameters ? 孔道特征包括孔徑（ pore size ） 、孔徑分布和孔隙度。 ? 孔徑分布（ pore size distribution） 是指膜中一定大小的孔的體積占整個孔體積的百分?jǐn)?shù)。 ? 孔隙度（ effective number of pores）是指整個膜中孔所占的體積百分?jǐn)?shù)。 181。m 181。m 3 181。m 20 181。m 圖 36 膜的電鏡照片 ? 水通量 water flux permeate flux ? 水通量為每單位時間內(nèi)通過單位膜面積的水體積流量，也叫透水率，即水透過膜的速率。 ? 水通量的大小取決于膜的物理特性（如厚度、化學(xué)成分、孔隙度）和系統(tǒng)的條件（如溫度、膜兩側(cè)的壓力差、接觸膜的溶液的鹽濃度及料液平行通過膜表面的速度）。 ? 在實際使用中，水通量將很快降低，在處理蛋白質(zhì)溶液時，水通量通常為純水的 10％。 ? 截留率和截斷分子量 ? 截留率（ rejection coefficient）是指對一定相對分子質(zhì)量的物質(zhì)，膜能截留的程度，定義為： δ = 1－ cP / cB 式中 cP——某一瞬間透過液濃度 （ kmol/m3） cB——截留液濃度 （ kmol/m3） ? 如 δ = 1， 則 cP = 0， 表示溶質(zhì)全部被截留； ? 如 δ = 0， 則 cP = cB ， 表示溶質(zhì)能自由透過膜 。用已知相對分子質(zhì)量的各種物質(zhì)進(jìn)行試驗 ，測定其截留率 ， 得到的截留率與相對分子質(zhì)量之間的關(guān)系稱為截斷曲線 。 ? 較好的膜應(yīng)該有陡直的截斷曲線。 ? 截斷分子量（ molecular weight cutoff， MWCO）定義為相當(dāng)于一定截留率（通常為 90％或 95％）的相對分子質(zhì)量。 圖 37 截斷曲線 ? 截留率不僅與溶質(zhì)分子的大小有關(guān)，還受到下列因素的影響： ①分子的形狀 ②吸附作用 ③其他高分子溶質(zhì)的影響 ④其他因素 ? 另外，膜的性能參數(shù)還有 抗壓能力 pH適用范圍 對熱穩(wěn)定性 對溶劑穩(wěn)定性 ?影響膜使用壽命的因素 ? 膜的壓密作用 ? 膜的水解作用 ? 膜的濃差極化 concentration polarization ? 膜污染 membrane fouling 形成附著層 堵塞 ?減輕膜污染的方法 ? 料液的有效處理 ? 改善膜的性質(zhì) ? 改善膜的表面性質(zhì)如表面極性和電荷性 ? 改善膜的流體力學(xué)條件 ? 改變操作條件 ?膜污染的處理與再生 ? 用物理方法清洗 ? 化學(xué)清洗方法 ①起溶解作用的物質(zhì)：酸、堿、酶（蛋白酶）、螯合劑、表面活性劑、分散劑。 ②起切斷離子結(jié)合作用的方法：改變離子強(qiáng)度、pH、 電位。 ③起氧化作用的物質(zhì)：過氧化氫、次氯酸鹽。 ④起滲透作用的物質(zhì)：磷酸鹽、次氯酸鹽。 膜組件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) ? 由膜、固定膜的支撐體、間隔物（ spacer）以及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個單元（ unit）稱為膜組件（ membrane module）或膜裝置。 各種膜組件的結(jié)構(gòu) ? 良好的膜組件應(yīng)具備下列條件： ①沿膜面的流動情況好，濃差極化小。 ②單位體積中所含的膜面積較大。 ③組件的價格低。 ④清洗和膜的
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