第三章食品的濃縮

第三章食品的濃縮第1頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)濃縮的目的和分類(lèi)第二節(jié)蒸發(fā)濃縮第三節(jié)冷凍濃縮第四節(jié)膜濃縮本章內(nèi)容簡(jiǎn)介第2頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)濃縮的目的和分類(lèi)濃縮：從溶液中除去部分溶劑（通常是水）的操作過(guò)程，也是溶質(zhì)和溶劑均勻混合溶液的部分分離過(guò)程。第3頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、目的減少重量和體積濃縮去除食品中大量的水分，可減少食品包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。提高制品的濃度、增大滲透壓、降低水分活度、延長(zhǎng)制品的保質(zhì)期。

第4頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一100t含固形物6%的番茄肉（去除皮和種子），若將其濃縮成32％的番茄醬，則重量減至18.7t，體積為原來(lái)的1／6，可將貯運(yùn)要求及費(fèi)用大大降低。第5頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一濃縮是結(jié)晶操作的預(yù)處理過(guò)程及結(jié)晶控制的一種手段。降低食品脫水過(guò)程的能耗真空濃縮尤其是多效真空濃縮，常常是食品干燥的前處理過(guò)程。

改善產(chǎn)品質(zhì)量。

第6頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一甘蔗汁經(jīng)凈化、蒸發(fā)濃縮去除水分，并進(jìn)行濃縮結(jié)晶是蔗糖生產(chǎn)的必經(jīng)工藝過(guò)程。第7頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一按濃縮的原理分類(lèi)平衡濃縮蒸發(fā)濃縮冷凍濃縮非平衡濃縮--膜分離二、分類(lèi)第8頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

平衡濃縮：是利用兩相在分配上的某種差異而獲得溶質(zhì)濃縮液和溶劑的濃縮（分離）方法，常用的平衡濃縮方法有：蒸發(fā)濃縮和冷凍濃縮。

非平衡濃縮：是利用半透膜等來(lái)分離溶質(zhì)和溶劑的過(guò)程。兩相由膜隔開(kāi)，分離不是靠?jī)上嗟慕佑|。產(chǎn)透膜不僅用于分離溶質(zhì)和溶劑，也可以用于分離各種不同分子大小的溶質(zhì)，又稱(chēng)膜分離。第9頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)蒸發(fā)濃縮

第10頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、蒸發(fā)濃縮的基本原理

食品工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的濃縮方法。不少食晶物料是水溶液，因此蒸發(fā)指的是水溶液的蒸發(fā)。

第11頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蒸發(fā)可以在常壓、真空和加壓下進(jìn)行，按操作壓力分，可分為常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)和加壓蒸發(fā)。在食品工業(yè)中，多采用真空蒸發(fā)。按蒸發(fā)操作的方式分：間歇式；連續(xù)式；循環(huán)式。蒸發(fā)是食品工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的濃縮方法。水蒸發(fā)濃縮的必要條件是：不斷供給熱能和不斷排出二次蒸汽。為了強(qiáng)化蒸發(fā)過(guò)程，工業(yè)上采用的蒸發(fā)設(shè)備都是在沸騰狀態(tài)下汽化。

一、蒸發(fā)濃縮的基本原理第12頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

按照分子運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)，溶劑受熱時(shí)分子獲得了動(dòng)能，當(dāng)某些溶劑分子的能量足以克服分子間的吸引力時(shí)，溶劑分子就會(huì)逸出液面而進(jìn)入上部空間，成為蒸汽分子，如果熱能不斷地供給，生成的蒸汽被不斷地排除，則可打破溶劑氣相和液相之間化學(xué)勢(shì)的平衡，溶劑的氣化將持續(xù)地進(jìn)行。一、蒸發(fā)濃縮的基本原理第13頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一真空蒸發(fā)的主要特點(diǎn)1.在真空條件下，液體的沸點(diǎn)低，有利于蒸發(fā)2.減少對(duì)熱敏性食品成分的破壞3.便于采用低壓蒸汽或廢蒸汽作為加熱源，利于多效蒸發(fā)4.真空蒸發(fā)需要配套的真空系統(tǒng)，增大設(shè)備投資及動(dòng)力損耗5.熱量消耗大第14頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、蒸發(fā)濃縮過(guò)程食品物料的變化（一）食品成分的變化（二）粘稠性（三）結(jié)垢性（四）起泡性（五）結(jié)晶性（六）風(fēng)味形成與揮發(fā)性（七）腐蝕性第15頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、蒸發(fā)器的類(lèi)型及選擇

蒸發(fā)器主要由加熱室、分離室組成。加熱室：利用水蒸氣為熱源來(lái)加熱被濃縮的物料。分離室：將二次蒸汽中夾帶的霧沫分離出來(lái)。

第16頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第17頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蒸發(fā)器的類(lèi)型及選擇（一）選用蒸發(fā)器的基本要求

1.符合工藝要求，溶液的濃縮比適當(dāng)；

2.傳熱系數(shù)高，有較高的熱效率，能耗低；

3.結(jié)構(gòu)合理緊湊，操作、清洗方便，衛(wèi)生、安全可靠；

4.動(dòng)力消耗低，設(shè)備便于檢修，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。第18頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）蒸發(fā)器的類(lèi)型1、循環(huán)型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動(dòng)，以提高傳熱效率。（1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器（2）外循環(huán)管式蒸發(fā)器第19頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第20頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第21頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、膜式蒸發(fā)器

根據(jù)蒸發(fā)器內(nèi)物料的流動(dòng)方向及成膜原因可分為以下幾種類(lèi)型。

（1）升膜式蒸發(fā)器（2）降膜式蒸發(fā)器（3）升/降膜蒸發(fā)器（4）刮板式薄膜蒸發(fā)器（5）離心式薄膜蒸發(fā)器（6）板式蒸發(fā)器第22頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第23頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一升膜式蒸發(fā)器是原料液從蒸發(fā)器底部進(jìn)入，被蒸汽帶動(dòng)，沿著管往上流。特點(diǎn)：液體高度湍流-為了擺脫重力影響而向上運(yùn)動(dòng)，因此升膜蒸發(fā)器不適用于高粘度產(chǎn)品和加熱表面易結(jié)垢的產(chǎn)品。

第24頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一降膜式蒸發(fā)器是原料液從蒸發(fā)器頂部進(jìn)入，隨重力作用沿著管壁向下流動(dòng)。適用于蒸發(fā)量大、熱敏、發(fā)粘、發(fā)泡物質(zhì)的蒸發(fā)。應(yīng)注意控制加樣速率不易過(guò)快。第25頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一升/降膜蒸發(fā)器設(shè)備簡(jiǎn)介：升/降膜蒸發(fā)器是將加熱器分成兩程，一程做稀溶液的升膜蒸發(fā)，另一程為濃稠液的降膜蒸發(fā)，這種蒸發(fā)器集中了升、降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備特點(diǎn)：（1）

由板片式加熱器、分離器、預(yù)熱器、冷凝器、真空泵、熱壓泵和控制系統(tǒng)組成

（2）具有大蒸發(fā)量、高效率、高濃縮比、低能耗、快速、升降膜式蒸發(fā)；（3）采用板式鏡面換熱、清洗方便。

蒸發(fā)溫度低、部份二次蒸汽經(jīng)噴射式熱壓泵重新吸入一效加熱器，熱量得到充分利用，蒸發(fā)溫度為75℃－45℃，而耗汽量是單效25%；（4）

可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。第26頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一刮板式薄膜蒸發(fā)器設(shè)備簡(jiǎn)介：可用于易結(jié)晶、易結(jié)垢、高粘度或熱敏性的料液濃縮。但該結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、動(dòng)力消耗大，處理量較小，濃縮比一般小于3。設(shè)備特點(diǎn)：

（1）滯留層薄，熱阻影響小，傳熱系數(shù)大，蒸發(fā)效率高。

（2）物料在蒸發(fā)面上的停留時(shí)間短，不結(jié)焦、不結(jié)垢、不需清洗去垢。

（3）適用的粘度范圍寬廣，既可以處理高粘度，也可以處理含固體的溶液。

（4）操作彈性大，濃度調(diào)節(jié)方便，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

（5）結(jié)構(gòu)獨(dú)特，刮板工作可靠，維護(hù)方便，內(nèi)筒精加工光潔度高，使刮板不易磨損。

第27頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一適用范圍：

適于粘度高、混雜結(jié)晶的液體濃縮，一般濃縮比可達(dá)7。

本設(shè)備采用離心式滑動(dòng)溝槽轉(zhuǎn)子，是目前國(guó)外最新結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器，在流量很小的情況下也能形成薄膜，在筒體蒸發(fā)段內(nèi)壁表面附著處理液中的淤積物可被活動(dòng)刮板迅速移去，和固定間隙的刮板蒸發(fā)器相比，蒸發(fā)量可提高40%-69%。第28頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

設(shè)備特點(diǎn)：

（1）通道寬，蒸汽角孔大，適合真空和低壓蒸發(fā)及冷凝（2）

設(shè)備占地少，易于安裝和清洗

（3）制造復(fù)雜，造價(jià)較高，周邊密封橡膠圈易老化。

適用范圍：

適于果蔬汁物料的濃縮，酒精的蒸發(fā)，沉淀物的濃縮等。板式蒸發(fā)器設(shè)備簡(jiǎn)介：板式蒸發(fā)器／冷凝器是唯一能將蒸發(fā)器和冷凝器兩種工況結(jié)合在一個(gè)換熱器完成的。它是由一組激光焊接和傳統(tǒng)的墊片密封通道交替組成。第29頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第30頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)（一）單效蒸發(fā)

凡溶液在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，所產(chǎn)生的二次蒸氣不再加以利用則此種操作稱(chēng)為單效蒸發(fā)。

為了濃縮熱敏性物料，常采用單效真空蒸發(fā)。第31頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第32頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）多效蒸發(fā)原理一臺(tái)蒸發(fā)器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)特殊的熱交換器。就加熱蒸發(fā)冷凝側(cè)而言，它是冷凝器，就溶液沸騰側(cè)而言，它又是低壓蒸氣發(fā)生器。對(duì)此低壓蒸氣，可利用它作為另一蒸發(fā)器的熱源。這時(shí)后一蒸發(fā)器就可看作是前一臺(tái)發(fā)生的二次蒸氣的冷凝器。通常稱(chēng)前者為第一效，后者為第二效。這種串聯(lián)操作還可推廣至三效、四效、五效等，統(tǒng)稱(chēng)為多效蒸發(fā)。第33頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第34頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多效降膜式蒸發(fā)器設(shè)備簡(jiǎn)介：設(shè)備特點(diǎn)：降膜式蒸發(fā)器因不存在靜液層效應(yīng)，物料沸點(diǎn)均勻，傳熱系數(shù)高，停留時(shí)間短。但液膜的形成僅依靠重力及液體對(duì)管壁的親潤(rùn)力，故蒸發(fā)量較小，一次蒸汽濃縮比一般要小。

（1）由一、二、三效加熱器，一、二、三效蒸發(fā)器、預(yù)熱器、冷凝器和熱壓泵組成。

（2）蒸發(fā)耗量低，1kg蒸汽可蒸發(fā)4kg水。

（3）蒸發(fā)溫度低，部分二次蒸汽經(jīng)噴射式熱壓泵重新吸入一效加熱器，熱量得到充分利用，蒸發(fā)溫度相對(duì)較低。

（4）濃縮比大，降膜式蒸發(fā)，使粘度較大的料液容易流動(dòng)蒸發(fā)，不容易結(jié)垢，濃縮時(shí)間短，濃縮比可達(dá)到1﹕5。

（5）可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，智能化系統(tǒng)管理，符合GMP標(biāo)準(zhǔn)要求。

第35頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多效蒸發(fā)加料方法1.

順流加料法2.

逆流加料法3.

平流加料法第36頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

蒸氣和料液的流動(dòng)方向一致，均從第一效到末效。缺點(diǎn)：沿料液流動(dòng)方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在后二效中尤為嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)：在操作過(guò)程中，蒸發(fā)室的壓強(qiáng)依效序遞減，料液在效間流動(dòng)不需用泵；料液的沸點(diǎn)依效序遞降，使前效料進(jìn)入后效時(shí)放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對(duì)熱敏性物料有利。順流法第37頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

料液與蒸氣流動(dòng)方向相反。原料由末效進(jìn)入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點(diǎn)：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系數(shù)較大。缺點(diǎn)：（1）各效間需用泵輸送；

（2）無(wú)自蒸發(fā)；

（3）高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營(yíng)養(yǎng)物的破壞。逆流法第38頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一平流法

平流法指原料液分別加入各效加熱器進(jìn)行濃縮，濃縮后的濃縮液分別從各效放出。加熱蒸汽是從第一效通入，二次蒸汽則順序通入各小以至末效。因此從各效蒸發(fā)器得到的濃縮液濃度相同，并且二次蒸汽的熱量能得到充分利用。只用于蒸發(fā)濃縮操作進(jìn)行的同時(shí)有晶體析出的場(chǎng)合，比如食鹽溶液的濃縮。3、平流法

第39頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多效蒸發(fā)設(shè)備

蒸發(fā)設(shè)備主要由加熱室(器)和分離室(器)兩部分組成。加熱室的作用是利用水蒸氣為熱源來(lái)加熱被濃縮的料液。加熱室的型式隨著技術(shù)的改進(jìn)而不斷發(fā)展。最初采用的是夾套式和蛇管式，其后有臥式短管加熱式和豎式短管加熱式。為了強(qiáng)化傳熱過(guò)程，采用強(qiáng)制循環(huán)代替自然循環(huán)，也有采用帶葉片的刮板薄膜蒸發(fā)器等。蒸發(fā)器分離室的作用是將二次蒸氣中央帶的霧沫分離出來(lái)。二次蒸氣之所以?shī)A帶霧沫，是因液體沸騰時(shí)，氣泡到達(dá)液面破裂后，產(chǎn)生許多小霧滴所造成。為使這些霧滴下落回到液體中，分離室須具有足夠大的直徑和高度，以降低蒸氣流速，并有充分機(jī)會(huì)使其返回液體中。分離室的型式，最初是將其置于加熱室之上并與后者并成一體。其后，出現(xiàn)了外加熱型加熱室(加熱器)，分離室也就獨(dú)立成為分離器。第40頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、蒸發(fā)濃縮過(guò)程香味的保護(hù)與回收果蔬香味成分主要是由各種有機(jī)化合物如酯、醇、酸、醛、內(nèi)酯等所組成．其量少于0.1mg/kg，卻是影響果蔬汁品質(zhì)的主要因素。果蔬香味多具揮發(fā)性，因此香味回收是蒸發(fā)液縮過(guò)程必須考慮的措施。第41頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一采用低溫蒸發(fā)濃縮設(shè)備，減少香味成分的揮發(fā)采用短時(shí)蒸發(fā)濃縮設(shè)備蒸餾法回收漿液濃縮工藝措施第42頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)冷凍濃縮

（一）概念

冷凍濃縮是利用冰和水溶液之間的固液相平衡原理的一種濃縮方法。主要應(yīng)用于原果汁，高檔飲品、生物制品、藥品、調(diào)味品等的濃縮。第43頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）特點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

濃縮過(guò)程不涉及加熱，適用于熱敏性食品物料的濃縮，可避免芳香物質(zhì)因加熱造成的揮發(fā)損失。

2、缺點(diǎn)

濃縮過(guò)程微生物和酶的活性得不到抑制，制品還需進(jìn)行熱處理或冷凍保藏；

冷凍濃縮的溶質(zhì)濃度有一定限制，且取決于冰晶與濃縮液的分離程度；

有溶質(zhì)損失；

成本高。

第44頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蔗糖水溶液的液－固相圖第45頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）基本原理

1、冷凍濃縮過(guò)程中的固液相平衡

當(dāng)溶液的濃度低于低共熔濃度時(shí)，溫度T1的溶液降溫到T2以下，溶劑（水）成晶體（冰晶）析出；隨著冰晶體的形成及分離，溶液就獲得了濃縮。

2、冷凍濃縮過(guò)程中溶液的冰點(diǎn)

在純水中加入溶質(zhì)形成溶液時(shí)，冰點(diǎn)就下降，溫度下降多少與形成的溶液濃度高低有關(guān)。冷凍濃縮過(guò)程中，隨著水分結(jié)成冰，溶液濃度不斷升高，冰點(diǎn)不斷下降。第46頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）基本原理

3、冷凍濃縮過(guò)程中的冰結(jié)晶量和濃縮液量設(shè)原蔗糖溶液的總量為Ｍkg，生成冰晶量為Ｆkg，蔗糖濃縮液量為Ｐkg，根據(jù)溶質(zhì)的物料衡算應(yīng)有：ＭX1=PX2,即（Ｆ＋Ｐ）X1=PX2或Ｆ／Ｐ＝（X2－X1）／X1第47頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）基本原理4、冷凍濃縮過(guò)程中的溶質(zhì)夾帶和溶質(zhì)脫除

（1）溶質(zhì)夾帶

冷凍濃縮過(guò)程中析出的冰結(jié)晶中有或多或少的溶質(zhì)混雜其中

（2）溶質(zhì)脫除

是指水分凍結(jié)時(shí)，排斥溶質(zhì)，保持冰晶純凈的現(xiàn)象，只有保持在極緩慢凍結(jié)的條件下，才有可能發(fā)生。5、濃縮終點(diǎn)第48頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二冷凍濃縮的過(guò)程與控制（一）冰晶生成及控制１．冰晶生成速率（１）凍結(jié)速度（２）凍結(jié)方法（３）攪拌方式（４）溶液濃度（５）食品成分第49頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）冰晶生成及控制２．冰晶生成的方式（１）層狀凍結(jié)是在管式、板式、轉(zhuǎn)鼓式以及帶式設(shè)備中進(jìn)行，又稱(chēng)為規(guī)則凍結(jié)。（２）懸浮凍結(jié)在受攪拌的冰晶懸浮液中進(jìn)行的冰晶成長(zhǎng)過(guò)程稱(chēng)為懸浮凍結(jié)。

第50頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）冰晶與濃縮液的分離

冰晶分離有壓榨、過(guò)濾式離心和洗滌等方法。第51頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）冰晶的洗滌

在冰晶形成過(guò)程中，存在著溶質(zhì)夾帶現(xiàn)象，在實(shí)際冷凍濃縮中，夾帶主要由冰晶表面吸附造成，溶質(zhì)主要存在于冰晶表層。為避免損失，可采用稀溶液、冰晶融化后的水及清水對(duì)冰晶洗滌，將冰晶表面吸附的溶質(zhì)洗脫焉，用清水洗滌容易造成濃縮液稀釋。第52頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三應(yīng)用于食品工業(yè)的冷凍濃縮系統(tǒng)（一）單級(jí)冷凍濃縮裝置系統(tǒng)（二）多級(jí)冷凍濃縮裝置第53頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第54頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)

膜濃縮膜濃縮--類(lèi)似于過(guò)濾的濃縮方法，只不過(guò)“過(guò)濾介質(zhì)”為天然或人工合成的高分子半透膜，如果“過(guò)濾”膜只允許溶劑通過(guò)，把溶質(zhì)截留下來(lái)．使溶質(zhì)在溶液中的相對(duì)濃度提高．就稱(chēng)為膜濃縮。第55頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、膜濃縮的種類(lèi)及操作原理目前在工業(yè)上應(yīng)用較成功的膜濃縮主要有以壓力為推動(dòng)力的反滲透

(ReverOsmosis,簡(jiǎn)稱(chēng)RO)、超濾(UltraFiltration,簡(jiǎn)稱(chēng)UF)，以及以電力為推動(dòng)力的電滲析(ED)。第56頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.反滲透在所有膜濃縮技術(shù)中，反滲透的應(yīng)用是最多的，它對(duì)于水溶液中的有機(jī)物，金屬離子，微生物，其它膠體類(lèi)物質(zhì)具有較高的去除能力；尤其在水中含鹽量大于400mg/L時(shí)效果更好。反滲透的基本工作原理工作原理：

反滲透是與自然滲透方向相反的一種膜濃縮技術(shù)，在滲透與反滲透的過(guò)程中都是由半透膜的作用才能完成的。據(jù)下圖我們來(lái)分析一下反滲透的工作原理：

在左圖中，我們用半透膜隔開(kāi)兩種濃度不同的溶液，剛開(kāi)始時(shí)兩側(cè)水平是平齊的，但由于濃度不同，濃度差造成兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)不同,稀溶液中的水透過(guò)半透膜向濃溶液一側(cè)流動(dòng)，直到兩側(cè)達(dá)到平衡為至；現(xiàn)在濃溶液一側(cè)加上一個(gè)外來(lái)壓力P2

，滲透速度會(huì)逐步下降，當(dāng)壓力超過(guò)某一數(shù)值時(shí)滲透停止，即達(dá)到了滲透平衡。P2－P1＝π

（π即為滲透壓差）當(dāng)P2進(jìn)一步增大時(shí),濃溶液中的水就會(huì)反其原來(lái)的滲透方向進(jìn)入稀溶液側(cè)，這就叫做反滲透。影響反滲透效率的因素：壓強(qiáng)、溫度、濃度差極化、膜的壓實(shí)、膜的降解、膜的結(jié)垢等第57頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

如圖所示：如果用一個(gè)只有水分子才能透過(guò)的薄膜將一個(gè)水池隔斷成兩部分,在隔膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度。如圖所示：過(guò)一段時(shí)間就可以發(fā)現(xiàn)純水液面降低了，而鹽水的液面升高了。我們把水分子透過(guò)這個(gè)隔膜遷移到鹽水中的現(xiàn)象叫做滲透現(xiàn)象。鹽水液面升高不是無(wú)止境的，到了一定高度就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。這時(shí)隔膜兩端液面差所代表的壓力被稱(chēng)為滲透壓。滲透壓的大小與鹽水的濃度直接相關(guān)。如圖所示：在以上裝置達(dá)到平衡后,如果在鹽水端液面上施加一定壓力，此時(shí)，水分子就會(huì)由鹽水端向純水端遷移。液劑分子在壓力作用下由稀溶液向濃溶液遷移的過(guò)程這一現(xiàn)象被稱(chēng)為反滲透現(xiàn)象。如果將鹽水加入以上設(shè)施的一端，并在該端施加超過(guò)該鹽水滲透壓的壓力，我們就可以在另一端得到純水。這就是反滲透凈水的原理。

第58頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一純凈水設(shè)備-反滲透膜結(jié)構(gòu)示意圖第59頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

Jw=a(P-π)

Jw--透水率m3/m2.h；a--膜常數(shù)；P---壓強(qiáng)；π---滲透壓從公式中可以看出Jw與P成線性關(guān)系，即透水速率正比于溶液壓力與滲透壓的差值。但隨著壓力P的增加線性關(guān)系會(huì)逐漸受到破壞，這主要是由于受到濃度差極化的現(xiàn)象所引起的。Jw△P理論線實(shí)際曲線壓強(qiáng)（P）第60頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變化趨勢(shì)：溫度升高、透水率上升、正相關(guān)；T升高、分子運(yùn)動(dòng)加劇、更多的水分子在了穿過(guò)膜孔的機(jī)會(huì)，透水率自然增加。透水速率受溫度的影響通常遵循阿倫尼烏斯公式：或者：Jw–透水率m3/m2.h;a--膜常數(shù)

b--常數(shù)T---熱力學(xué)溫度，KLnJw1/T溫度（T）第61頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.定義：在反滲透過(guò)程中，主要是溶劑透過(guò)膜，而溶質(zhì)大部分透不過(guò)，在分離過(guò)程中，在溶液與膜的界面上，溶質(zhì)逐漸積累。當(dāng)其濃度超過(guò)主體液濃度時(shí)，產(chǎn)生了界面與主體液之間的濃度梯度，引起溶質(zhì)從界面向主體液擴(kuò)散，這就叫濃度差極化。濃度差極化第62頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.后果：降低了透水速率和膜系統(tǒng)的分離能力溶劑從低濃度向高濃度處擴(kuò)散流動(dòng)，難度自然很大；邊界層溶質(zhì)的增加，推動(dòng)力也增加，動(dòng)耗增加；邊界層的存在，相當(dāng)于膜的厚度增加。3.控制

從流動(dòng)方式上：平行于膜表面流動(dòng)（錯(cuò)流）；b使用較小的管徑的管子；c設(shè)置湍流發(fā)生器產(chǎn)生湍流。第63頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)象：在反滲透時(shí)膜組件一直承受較高的壓力，長(zhǎng)期使用后產(chǎn)生壓實(shí)，膜被壓變形。膜表面的孔與多孔支撐體內(nèi)的孔變小、變少，致使通透性變差，影響了透過(guò)速率。解決辦法：增強(qiáng)膜的機(jī)械強(qiáng)度，減少膜的變形；定期進(jìn)行反沖洗，恢復(fù)膜的原有的空隙。膜的壓實(shí)第64頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一分生物降解與化學(xué)降解兩種形式?？刂疲哼x用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的膜材料，防止化學(xué)降解；生物降解是微生物在膜上繁殖的結(jié)果，可用清洗消毒方法除；例如可用甲醛溶液或雙氧水溶液對(duì)膜進(jìn)行消毒等。膜的降解第65頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一膜的結(jié)垢主要由懸浮物、離子化合物或鹽類(lèi)物質(zhì)構(gòu)成。懸浮物可通過(guò)預(yù)處理除去，離子化合物或鹽類(lèi)物質(zhì)可以通過(guò)添加螯合劑沉淀過(guò)濾除去；增加湍流，使物質(zhì)不能在膜表面沉淀。膜的結(jié)垢第66頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.超濾應(yīng)用孔徑為1.0～20.0nm（或更大）的半透膜來(lái)過(guò)濾含有大分子或微細(xì)粒子的溶液，使大分子或微細(xì)粒子在溶液中得到濃縮的過(guò)程稱(chēng)之為超濾濃縮。超濾的基本原理示意圖第67頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期一超濾與反滲透：整個(gè)過(guò)程非常相近（包括工業(yè)上常用的工藝流程及裝置）

UF：以篩分為主選擇性滲透為輔；透過(guò)原理：

RO：以選擇性滲透為主篩分作用為輔膜孔徑：UF＞RO操作壓力：RO>UF工作