【正文】 (四 種膜過程的比較 )，表 3(產(chǎn)品和過程 )以及表 4(一些膜材料的抗化學(xué)品性能 )可能對膜的選擇有些幫助。 三層膜更穩(wěn)定，更不易阻塞污染。它們也有好的抗溫度和 pH 的能力，但不能耐氧化環(huán)境。 PSO 的主要優(yōu)點是它良好的耐溫和耐 pH 能力。表 3 列出了一些典型的應(yīng)用，陰影部分代表主要的產(chǎn)物。 贗 贗 4贗 超濾 (UF)是大分子量組分 (HMWC)，如蛋白質(zhì)、懸浮固體被截留，而所有的小分子量組分自由通過膜的過程。 贗 以上值可表示為： mg/l， ppm 或 %贗 贗 四種膜過程 贗 反滲透（ RO）是液體 /液體分離過程中最可能使用的膜分離過程。滲透壓一般寫成 PI 或П，П =I*n*R*T 贗 壓力單位 贗 PSI(磅 /平方英寸 )： =1bar 贗 Bar: 1bar==100kPa 贗 PS(PSO) 贗 聚砜 (聚醚砜或聚芳香醚砜 )贗 PVDF 贗 聚偏二氟乙烯 贗 Rentate(滯留物 )贗 濃液的另一種名稱 贗 SDSI 索引 贗 Stiff 和 David飽和度索引。 贗 PAN 贗 聚丙烯腈 贗 Permeate(透過液 )贗 透過膜的液體的體積（也可稱濾液） 贗 ppm 贗 每百萬分子一。 贗 Flux(通量 )贗 每單位面積、時間滲透的體積。 贗 贗 2贗 CIP 贗 清洗裝置。膜就象計算機(jī)一樣：很少人理解它 們，而只有一些人喜歡它們，但是我們都需要它們。雖然書中沒有太多的數(shù)學(xué)計算，但它對于工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用都是非常有用的，因為它含有膜過濾領(lǐng)域許多“老到”的經(jīng)驗，即使對于業(yè)內(nèi)行家而言，它也并不是一本出版物而已。: 贗 膜過濾應(yīng)用手冊 贗 實踐技巧和提示 贗 贗 贗 贗 2020 年 6 月 贗 贗 介 紹 贗 這是膜過濾應(yīng)用手冊第二版。同時對膜系統(tǒng)的設(shè)計和操作的學(xué)習(xí)也有較大的幫助。因此在本書關(guān)于他們的信息比較少。 贗 同時我要真心感謝 Bjame Nicolaisen 提供的許多寶貴的技術(shù)上和語言上意見和建議，同時感謝我的妻子作為我的同事參與了許多技術(shù)問題的討論。 贗 Flow(流量 )贗 一般指流經(jīng)膜表面的液體的體積。 贗 MWCO（切割值） 贗 分子量切割被稱為道爾頓值，意味著超過 MWCO的 90%的分子量將被截留。滲透壓是鹽含量和其它小分子量溶質(zhì)的函數(shù)。 贗 TMP 贗 傳導(dǎo)膜壓。 納濾對氯化納 0～ 50％ 的截留率主要決定于進(jìn)水的濃度。 贗 表二 四種膜過程的比較 贗 贗 反滲透 RO 贗 納濾 NF 贗 超濾 UF 贗 微濾 MF 贗 膜類型 贗 非對稱膜 贗 非對稱膜 贗 非對稱膜 贗 對稱膜 贗 非對稱膜 贗 厚度 贗 薄膜厚度 贗 150μ m 贗 1μ m 贗 150μ m 贗 1μ m 贗 150~250μ m 贗 1μ m 贗 10~150μ m 贗 贗 孔徑 贗 0,002μ m 贗 0,002μ m 贗 0,2~0,02μ m 贗 4~0,02μ m 贗 截流組分 贗 HMWC， LMWC 贗 氯化納 贗 葡萄糖 贗 氨基酸 贗 HMWC 贗 單糖、多糖 贗 和多聚糖、 贗 多價負(fù)離子 贗 小分子組分， 贗 蛋白質(zhì)， 贗 多糖，病毒 贗 顆粒， 贗 粘土， 贗 細(xì)菌 贗 膜材質(zhì) 贗 醋酸纖維素 (CA),贗 薄膜 贗 醋酸纖維素 (CA),贗 薄膜 贗 陶瓷， 贗 聚砜 (PSO),贗 聚偏二氟乙烯(PVDF), 贗 醋酸纖維素 (CA),贗 薄膜 贗 陶瓷， 贗 聚丙烯 (PP),贗 聚偏二氟乙烯 (PVDF)贗 贗 膜組件類型 贗 管式， 贗 卷式 ,贗 板框式 贗 管式， 贗 卷式 ,贗 板框式 贗 管式， 贗 中空纖維， 贗 卷式 ,贗 板框式 贗 管式， 贗 中空纖維 贗 贗 操作壓力 bar 贗 15~150 贗 5~35 贗 1~10 贗 2 贗 贗 產(chǎn)品和膜過程 贗 許多產(chǎn)品使用膜來處理，但已銷售的 80％以上 的膜用于水的脫鹽處理。 CA 其主要的優(yōu)點是低價，以及由于它的 親水性 使其 不易阻塞污染 。它的主要優(yōu)點是其 高度的抗碳?xì)浠衔锖脱趸h(huán)境的能力 。 贗 多年以來膜已有了很大的發(fā)展，但基礎(chǔ)設(shè)計沒有改變，如今已有好幾家公司制造這種類型的膜。 贗 膜材料的選擇 贗 對于一個給定的分離過程選擇合適的膜和膜材料是比較困難的，為了作出合適的選擇必須先提供一些有關(guān)分離過程環(huán)境的概要信息。當(dāng)確定一個膜過程的時候，僅僅考慮膜材料是不夠的。因此，許多膜說明書中列出了最高 pH 的限制。溫度和 pH 同時超出范圍一般都會引起較大的問題。它很薄，一般 μ m。如果他只是通過顯微鏡來觀察膜，則他可能會拒絕接受這個事實，因為顯微鏡中根本無法看到小孔，因此也不可能透過水。但是，大多數(shù)膜公司 只為極端項目提供一種卷式膜。在 1989 年∽1995 年期間缺乏研發(fā)和居高不下的價格結(jié)構(gòu)或多或少地扼殺了其設(shè)計進(jìn)步。同大口徑管式膜最大的不同點在于纖維系統(tǒng) 通常無需支撐，它們上市容易但價格相當(dāng)昂貴。 贗 卷式膜組件的分類和參數(shù) 贗 市場上有許多種卷式膜組件。其它系統(tǒng)則包括卷式組件、管式膜或纖維系統(tǒng)。 贗 Millipore 贗 正方形盤式系統(tǒng)，多數(shù)用于實驗室或小形制藥產(chǎn)品。 贗 贗 贗 贗 贗 贗 纖維系統(tǒng)的分類和參數(shù) 贗 表 10 纖維系統(tǒng)的分類和參數(shù) 贗 尺 寸 贗 纖維的內(nèi)徑 贗 纖維的長度 贗 每個模塊纖維的數(shù)量 贗 殼材料 贗 不銹鋼 贗 PVC 贗 聚砜 贗 贗 不同膜組件之間的比較見表 11。它們在地面水和海水的脫鹽處理中運(yùn)用良好，但對其余的產(chǎn)品卻有些問題。 贗 玻璃鋼膜殼只有三種標(biāo)準(zhǔn)直徑： 英寸、 4 英寸和 8 英寸。 贗 卷式膜組件的尺寸在當(dāng)今是非常關(guān)鍵的。 贗 我們很容易理解的是，如果進(jìn)水壓力是 10bar，則進(jìn)出口之間的壓力變化很小，并可忽略不計。 PSO 的操作溫度更可達(dá) 120℃。如今，在乳制品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組件的真正溫度限制是 55℃，在正常操作中很少會在這個溫度下操作。用這種類型的膜，這些組件可以持續(xù)操作在 90℃溫度下。 贗 表 16 卷式膜已經(jīng)的溫度限制 贗 贗 持續(xù)最大溫度，℃贗 短時間最大溫度，℃ 贗 標(biāo)準(zhǔn)純水組件 最大溫度，℃ 贗 (最大壓力， bar)贗 45 贗 (42)贗 50 贗 (42)贗 4″， 6″乳制品組件 最大溫度，℃ 贗 (最大壓力， bar)贗 50 贗 (42)贗 55 贗 (42)贗 DESALTM組件，特殊流道 最大溫度，℃ 贗 (最大壓力， bar)贗 45 贗 (42)贗 80 贗 (5)贗 Duratherm174。我們應(yīng)注意主要的原則：溫度越高，必須越關(guān)注其組件和膜的物理特性。 贗 因此仔細(xì)地閱讀和遵守供貨商的說明書是非常重要的。在很高的 pH 值下許多膜 的性能將發(fā)生改變，但還可以用。但膜或組件的機(jī)械強(qiáng)度對其有所限制。這種結(jié)構(gòu)可以耐高壓 ，因此可以耐壓達(dá) 70bar 的設(shè)備還是比較常見的。 贗 一些機(jī)械工程師聲明，球閥和蝶閥不能用于流量或壓力控制。方法如下：系統(tǒng)中安裝有兩個定時器和一個自動閥，此閥一般情況下全關(guān)。其訣竅是通過擠壓出口的密封將高壓引向活塞的一側(cè)，換句話說將水流引向標(biāo)準(zhǔn)方向的相反，在生產(chǎn)過程中，壓力使閥門保持關(guān)閉，閥門無法打開。以前只可以使用含有振動板的測量儀，并且必須經(jīng)過充分減振。為了計算壓降，用讀出的 進(jìn)口壓力減去出口壓力 。 雖然電磁流量計看起來較貴，但 它非常精確，可以測出系統(tǒng)中的實際流量。在這種情況下，流量計變成了一個喉結(jié)，這不是我們所希望和接受的。所有的測量裝置應(yīng)該置于儲罐外部。見圖 3，兩個進(jìn)水儲槽。 對于 直徑超過 6 英寸的管件，一般使用其它品牌的高質(zhì)量的法蘭，因為三葉夾子 (Triclamp174。這聽起來似乎是一個昂貴的建議，但是當(dāng)您經(jīng)過幾年的操作運(yùn)行后，看到了高分子材料、非不銹鋼材料的失敗和缺陷，不得不耗資改型時，對于我的建議就不會感到奇怪了。例如，北海 (North Sea)的海水問題較多，但可以用普通不銹鋼處理，大概是因為海水較冷。在膜系統(tǒng)中它具有完全地耐溫和耐pH 能力。因此每次更換墊圈的費(fèi)用和麻煩都 贗 22贗 比較大。但在膜過濾過程中只有幾種類型適用。因為它們價格較貴、笨重，且大多數(shù)振動大而引起管道系統(tǒng)的震動。這種不 太多，且價格昂貴。有些用于糖加工業(yè)的大流量泵可輸送6000m3/h，其初期投資可以因其低能耗而得以補(bǔ)償。小泵真正的優(yōu)點是泵殼較小，但需要復(fù)雜的齒輪箱，且噪音大。 贗 Grundfos(丹麥 )公司在歐洲是流量大于 50m3/h，壓力小于 26bar 的泵的市場領(lǐng)導(dǎo)者。他們也生產(chǎn)很有趣、大型的工業(yè)多級離心泵，它們可以在高壓下傳輸每小時幾百立方米的流量。正位移泵的種類挺多，其中有一 些 — 說起來 — 比其它的更“正”一些。一般安裝震動緩沖器，只要運(yùn)行良好有助于減震。在最初的乳制品行業(yè)中也會使用離心的方法。因此，如果你需要處理一種沒有在此列出的產(chǎn)品，可以采用在此表中列出的同類產(chǎn)品相同的預(yù)處理方法。 贗 表 26 預(yù)過濾要求 贗 贗 流道 贗 亦可見表 11 贗 管式系統(tǒng) 贗 1英寸 贗 過濾至毫米級 贗 管 系統(tǒng) 贗 贗 應(yīng)在 左右 贗 纖維系統(tǒng) 贗 2mm 贗 必須達(dá) 100 微米或更小 贗 板框系統(tǒng) 贗 1mm 贗 必須達(dá) 5微米或更小 贗 卷式組件 贗 90mil 贗 必須達(dá) 100 微米或更小 贗 卷式組件 贗 47mil 贗 必須達(dá) 5微 米或更小 贗 卷式組件 贗 30mil 贗 必須達(dá) 10 微米或更小 贗 中空精纖維系統(tǒng) 贗 未定義 贗 非常敏感，建議物料進(jìn)行超濾或微濾 贗 表 27 列出了在膜表面發(fā)現(xiàn)的最常見的物質(zhì)。 贗 例如： 贗 蛋白質(zhì)：奶酪、奶類 (母牛奶、羊奶、馬奶、水牛奶 )、黃豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血漿、魚刺水和魚凍。不管它們是死或活，都可能阻塞膜片。在實驗室中，很難避免使用正位移泵。市場上有許多生產(chǎn)小型、三個活塞的柱塞泵，但只有很少的產(chǎn)品適用于膜系統(tǒng)。 贗 ? 高速 贗 Grundfos(丹麥 )公司 可以生產(chǎn)運(yùn)行轉(zhuǎn)速在 5000～ 6000rpm 的多級離心泵。這些泵往往可以運(yùn)行許多年而不需要維修。 贗 Enviro Tech(美國 )公司銷售一種特殊的泵， Roto Jet，其整個高壓端是靜態(tài)的。在膜過濾廠中使用的泵極少使用開放式葉輪。他們是： APV－ Pasilac， Stamp， Grundfos， Tetra Laval 和 KSB。在大型系統(tǒng)中可以換用離心泵。以下是在膜過濾系統(tǒng)中使用的泵的類型： 贗 ? 單級離心泵 贗 ? 多級離心泵； 贗 ? 活塞泵； 贗 ? 隔膜泵； 贗 ? Mohno 類型的泵 (很少使用 )。 通常乳制品類型的管道最好，且價格最便宜，只因此其生產(chǎn)數(shù)量龐大，乳制品管的內(nèi)壁的質(zhì)量和性質(zhì)非常好 。但目前由于 PVC 行業(yè)的政治原因可能在將來會把 PVC 材料排除在外； 贗 PVDF－一種非常好的材料，但價格相當(dāng)貴，其熱穩(wěn)定性好，且化學(xué)穩(wěn)定性幾乎和特氟隆(Teflon)一樣穩(wěn)定。贗 在膜系統(tǒng)中， 有效的清洗系統(tǒng)有助于防止不銹鋼的部分銹蝕，而且終有一天通過徹底地清洗可以解決這個問題。 贗 在許多行業(yè)中，使用不銹鋼作為結(jié)構(gòu)材料不僅普遍而且還是強(qiáng)制性的，象乳制品、制藥和石油化工行業(yè)。人們不太接受三葉夾 (Triclamp)，但還被廣泛使用， Triclamp174。 贗 當(dāng)儲罐是空的時候 ，兩個閥門全開。 贗 儲罐最適宜的材料是 不銹鋼 。 贗 極少的流量計能耐受 RO 和 NF系統(tǒng)中的壓力、 pH 和溫度。 贗 市場上多數(shù)流量計都用于普通場合，其實還有許多其它的類型，如 Burchert 流量計使用一個小的信號裝置指示流量。換句話說， 壓力計導(dǎo)致較高的錯誤結(jié)果，而壓力變速器可以提供更可靠的資料。 贗 本人喜歡使用 壓力變速器 ，因為它們可以提供更加精確的讀數(shù)并很容易標(biāo)定。 (發(fā)明者： Tom Sirnes)贗 贗 19贗 贗 圖 2 濃縮 閥 贗 根據(jù)教科書所說，球閥和蝶閥由于其性能因素不適合用于調(diào)節(jié)。當(dāng)定時器 1 啟動時，濃縮閥全開，濃縮快速進(jìn)行。這些類型的閥門用于控制目的比較困難，但也不是不可能。主要不同點在于： 贗 ? 在一個信道內(nèi)產(chǎn)品的溫度變化很小，一般僅 ℃或更?。?贗 ? 相比于熱交換介質(zhì)的流量，產(chǎn)品流量大。因此只要壓降允許，通量滿足要求并穩(wěn)定，粘度才不能為操作問題。 贗 贗 贗