膜分離原理及應用

膜別離技術目錄 膜別離概念 膜別離原理 膜別離技術原理 膜別離的應用 膜別離在食品工業(yè)中的應用 膜別離法 膜別離設備簡介膜別離技術是利用天然或人工制備的具有選擇透過性的膜，以外界能量或化學單位差為推動力對雙組分的溶質和溶劑進行別離，分級，提純和濃縮的方法?！惨裕盒陆髮W學報——郭瑞麗，李玲著〕膜別離原理在膜別離過程中，由于膜具有選擇透過性，當膜兩側存在某種推動力〔如壓力差、濃度差、電位差等〕，原料側組分選擇性的透過膜以到達別離提純的目的。其傳遞過程極為復雜，通過多孔型的膜有孔模型、微孔擴散模型、優(yōu)先吸附-毛細管流動模型；通過非多孔膜的主要是溶解-擴散模型等。因而不同的膜過程使用的膜不同，推動力不同，其傳遞機理也不同?！惨裕盒陆髮W學報——郭瑞麗，李玲著〕優(yōu)點:1)能耗低。膜別離不涉及相變，對能量要求低，與蒸餾、結晶和蒸發(fā)相比有較大的差異；2)別離條件溫和，對于熱敏感物質的別離很重要；3)操作方便，結構緊湊、維修本錢低、易于自動化。缺點1)膜面易發(fā)生污染，膜別離性能降低，故需采用與工藝相適應的膜面清洗方法；2)穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；3)單獨的膜別離技術功能有限，需與其他別離技術連用。膜別離技術的特點1)細胞培養(yǎng)基的除菌；2)發(fā)酵液或培養(yǎng)液中細胞的收集和除去；3)細胞破碎后碎片的除去；4)目標產物局部純化后的濃縮或濾除小分子溶質；5)最終產品的濃縮和洗濾除鹽；6)蛋白質的回收、濃縮和純化7)制備用于調制生物產品和清洗產品容器的無熱源水；8)膜生物反響器。膜技術的應用膜別離技術在食品加工中的應用1、生產果蔬汁利用反滲透技術濃縮果蔬汁，可以提高果汁成份的穩(wěn)定性、減少體積以便運輸，并能除去不良物質，改善果蔬汁風味。例如：果蔬汁中的芳香成份在蒸發(fā)濃縮過程中幾乎全部失去，冷凍脫水法也只能保存大約8%，而用反滲透技術那么能保存30-60%。2、用于乳品工業(yè)反滲透、超濾技術主要用于乳清蛋白的回收和牛乳的濃縮。利用膜別離技術加工乳品，可以降低能耗，提高產品質量。將反滲透技術用于稀牛奶的濃縮，可生產出品質令人滿意的奶酪及甜酸奶。用反滲透技術除去乳牛清中的微量青霉素，大大延長了乳制品的保質期。當采用超濾法濃縮乳清蛋白時，還可同時除去乳糖、灰分等。3、生產酒類利用超濾技術，可以除去酒及酒精飲料中殘存的酵母菌、雜菌及膠體物質等，可以改善酒的澄清度，延長保存期，還能使生酒具有熟成味，縮短老熟期。此法還可防止酒的熱殺菌易引起的混濁成分的析出，簡化過濾設備。4、用于豆制品工業(yè)膜技術在豆制品工業(yè)中的主要應用是別離和回收蛋白質。利用超濾法濃縮殘留蛋白質，能夠增加20～30%的豆腐收得率。采用超濾法還可以在濃縮蛋白的同時，去除產生豆膻味和影響豆乳穩(wěn)定性的低分子物質，提高豆乳質量。利用膜技術還可以獲得大豆異黃酮、大豆寡糖、大豆別離蛋白、寡肽、免疫球蛋白、竹葉黃酮等功能食品的功能配料。5．用于調味品工業(yè)在制醬工廠排出的廢水中，80%以上BOD主要來自大豆的蒸煮汁。利用超濾法對大豆煮汁進行分階段處理，其透過液可作為生產用水回收，濃縮液可用作生產原料。膜別離法與物質直徑的關系透析：醋酸纖維、聚丙烯腈、聚酰胺、微濾膜：硝酸/醋酸纖維，聚氟乙烯，聚丙烯，超濾膜：聚砜，硝酸纖維，醋酸纖維反滲透膜：醋酸纖維素衍生物，聚酰胺納濾膜：聚電解質+聚酰胺、聚醚砜電滲析：離子交換樹脂滲透蒸發(fā)：彈性態(tài)或玻璃態(tài)聚合物;聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺常見膜別離法及材料幾種膜別離技術的別離范圍膜污染(membranefouling)原因：A、凝膠極化引起的凝膠層B、溶質在膜外表的吸附層C、膜孔堵塞D、膜孔內溶質吸附膜污染不僅造成透過通量大幅度而且影響產物的回收率。

膜清洗A、試劑：水、鹽溶液、稀酸、稀堿、外表活性劑、絡合劑、氧化劑和酶溶液等。B、原那么：去污能力好，對膜無損害，本錢最低。C、方法：反向清洗，試劑置換，化學降解消化。E、預防：膜的預處理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液預處理(調pH，預過濾)，開發(fā)抗污染膜，臨界壓力操作等。膜的污染和清理防止膜污染的方法可以通過控制膜污染影響因素，減少膜污染的危害，延長膜的有效操作時間，減少清洗頻率，提高生產能力和效率，因此在用微濾，超濾別離，濃縮細胞，菌體或大分子產物時，必須注意以下幾點:①進料液的預處理：預過濾、pH及金屬離子控制；②選擇適宜的膜材料：減輕膜的吸附；③改善操作條件：加大流速。膜別離設備介紹膜別離設備是利用膜別離技術而在生產工廠按照其膜別離的技術參數標準制造的大型機械設備，其設備能夠其別離的作用，效果遠遠超出傳統(tǒng)的別離方式。膜別離設備的核心技術就是膜別離技術，其別離膜是具有選擇性別離功能的材料，其工作原理是物理機械篩分原理，其別離過程是利用膜的選擇性別離機理實現料液的不同組分間的別離或有小成分濃縮的過程。膜別離技術設備與傳統(tǒng)的過濾不同在于：膜可以再分子范圍內進行選擇性地別離、膜的錯流式運行工藝可以解決污染堵塞問題，是一種科學先進的別離技術和工藝。膜別離的工藝應用開發(fā)需以物料體系特性和工藝要求為基準，結合實驗開展科學驗證，在解決物料精制難題的同時，還要報整工藝的可行性，并適合于工業(yè)化得清潔生產為標準。常見的四種膜過濾裝置及優(yōu)缺點：

型式優(yōu)點缺點管式易清洗，無死角，適宜于處理含固體較多的料液，單根管子可以調換保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大中空纖維式保留體積小，單位體積所含過濾面積大，可以逆洗，操作壓力較低，動力消耗較低料液需要預處理，單根纖維損壞時需調換整個模件螺旋卷繞式單位體積中