中空纤维膜简介课件
中空纤维膜
中空纤维膜是—类高分子分离膜，具有不对称结构和对称结构。
中空纤维膜的外径一般为0.5-1.0mm，内径一般为0.2mm-0.7mm[8]，多功能层（即外压型）一般为外表面（即外压型），布满微孔表面的平均孔隙为3~l00mn。
它有纤维状的外形，具有自支撑作用。
它的致密层既位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)，也可位于纤维的外表面（如反渗透膜）。
气体分离膜的致密层可以在内表面，也可以在外表面。
中空纤维膜是特殊纤维的组成部分，并且中空纤维膜在这三十年中发展极快，它用的范围越来越广泛，已经受到全世界的关注。
中空纤维膜常用的高聚物原料：聚砜(PSF)、硝化纤维类(NC)、聚四氟乙烯(PTFE)、再生纤维素(RC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、三醋酸纤维素、芳香聚酰胺、聚苯并咪唑（PBI）、聚氯乙烯(PVC)、聚醚、聚酯、聚烯烃、聚碳酸酯、磺化聚砜(SPSF)、聚醚砜(PES)等。
中空纤维膜是—类高分子分离膜，具有不对称结构和对称结构。
中空纤维膜的外径一般为0.5-1.0mm，内径一般为0.2mm-0.7mm[8]，多功能层（即外压型）一般为外表面（即外压型），布满微孔表面的平均孔隙为3~l00mn。
它有纤维状的外形，具有自支撑作用。
它的致密层既位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)，也可位于纤维的外表面（如反渗透膜）。
气体分离膜的致密层可以在内表面，也可以在外表面。
中空纤维膜是特殊纤维的组成部分，并且中空纤维膜在这三十年中发展极快，它用的范围越来越广泛，已经受到全世界的关注。
中空纤维膜常用的高聚物原料：聚砜(PSF)、硝化纤维类(NC)、聚四氟乙烯(PTFE)、再生纤维素(RC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、三醋酸纤维素、芳香聚酰胺、聚苯并咪唑（PBI）、聚氯乙烯(PVC)、聚醚、聚酯、聚烯烃、聚碳酸酯、磺化聚砜(SPSF)、聚醚砜(PES)等。
《中空纤维膜》课件
热处理
对膜进行热处理，消除内应力，提高 机械性能和稳定性。
加工与裁剪
根据实际应用需求，对膜进行切割、 打孔、折叠等加工，以满足不同领域 的应用要求。
03
中空纤维膜的性能与测试
渗透性能
总结词
中空纤维膜的渗透性能是指水或特定溶质通过膜的速率，是评价膜性能的重要指 标之一。
详细描述
渗透性能主要受到膜孔径、孔隙率、材质和制膜工艺等因素的影响。渗透性能好 的中空纤维膜能够实现较高的水通量和脱盐率，适用于海水淡化、物料浓缩等领 域。
04
中空纤维膜的优缺点分析
优点
高通量
中空纤维膜具有较高的孔隙率和渗透 性能，能够实现高通量传输，提高产 水效率。
长寿命
中空纤维膜的化学和机械稳定性较好 ，使用寿命较长，降低了更换成本。
抗污染能力强
中空纤维膜具有较好的抗污染能力， 能够有效防止膜堵塞和膜污染，提高 产水质量。
易于清洗和再生
中空纤维膜可以采用反冲洗、化学清 洗等手段进行清洗和再生，操作简便 。
详细描述
化学稳定性涉及酸碱溶液、氧化还原介质、有机溶剂等方面的耐受能力。中空纤维膜需要在多种化学 环境下保持稳定的结构和性能，以适应不同的应用需求。
寿命与可靠性
总结词
中空纤维膜的寿命与可靠性是指其在长期使用过程中保持有效性能的能力，是评价膜经济性和可持续性的重要指 标。
详细描述
寿命与可靠性主要受到膜材质、制膜工艺、使用环境等因素的影响。中空纤维膜的寿命与其可靠性密切相关，长 寿命和可靠性的中空纤维膜能够降低更换成本和维护工作量，提高整体经济效益。
历史与发展
起源
中空纤维膜的研究始于20世纪60 年代，最初用于分离气体和液体 的研究。
中空纤维膜的通量
中空纤维膜的通量
【原创版】
目录
1.中空纤维膜的概念和结构
2.中空纤维膜的通量及其影响因素
3.提高中空纤维膜通量的方法
4.中空纤维膜的应用领域
正文
一、中空纤维膜的概念和结构
中空纤维膜是一种具有自支撑作用的膜，其外形像纤维状。
它是非对称膜的一种，致密层可位于纤维的外表面（如反渗透膜），也可位于纤维的内表面（如微滤膜、纳滤膜和超滤膜）。
中空纤维膜具有化学稳定性好、使用寿命长、通量高、抗污染、节省清洗用水等优点。
二、中空纤维膜的通量及其影响因素
中空纤维膜的通量是指单位时间内通过单位膜面积的流体量。
通量受到多种因素的影响，如膜的材质、结构、制备方法、操作条件等。
其中，膜的材质和结构对通量的影响最为显著。
三、提高中空纤维膜通量的方法
提高中空纤维膜通量的方法主要有：
1.减小结晶度：通过热处理、与其他聚合物混合或采用不同的制备方法，降低膜的结晶度，从而提高通量。
2.改变膜的结构：如调整纤维膜的孔隙大小、分布和连通性，以提高通量。
3.优化操作条件：如提高操作压力、调整进料浓度、降低温度等，以
提高通量。
四、中空纤维膜的应用领域
中空纤维膜广泛应用于水处理、气体分离、液体分离和浓缩、生物医药等领域。
如在反渗透、纳滤、超滤等过程中，中空纤维膜作为过滤介质，能够有效地去除水中的微粒、细菌等污染物，提高水质。
总之，中空纤维膜具有很多优点，广泛应用于多个领域。
中空纤维式膜组件
中空纤维式膜组件中空纤维式膜组件是一种高效的膜分离技术，它广泛应用于水处理、制药、食品加工等领域。
本文将围绕中空纤维式膜组件展开阐述。
第一步：中空纤维式膜组件的结构中空纤维式膜组件由中空纤维膜、支撑件及外壳组成。
中空纤维膜是一种类似吸管的结构，内部为空心，外部有微小的孔隙。
其直径一般在0.1-2mm之间，长度可以根据需要定制。
支撑件主要用于固定和支撑中空纤维膜，在加压时起到支撑作用。
外壳是将中空纤维膜和支撑件封装起来的部分，通过外壳连接中空纤维膜和底部的出水管道。
第二步：中空纤维式膜组件的工作原理中空纤维式膜组件的工作原理类似于过滤器。
在加压的情况下，污水通过中空纤维膜的外侧，过滤出水则通过中空纤维膜的内侧流出。
中空纤维膜的孔隙大小可以根据不同的用途而设定，大型的孔隙可以过滤掉较大的颗粒和微生物，小型的孔隙可以过滤掉溶解在水中的离子和分子。
中空纤维式膜组件能够高效地分离污水中的各种杂质，从而降低了水的浑浊度和有害物质的含量。
第三步：中空纤维式膜组件的应用中空纤维式膜组件广泛应用于水处理、制药、食品加工等领域。
在水处理方面，中空纤维式膜组件可以用于处理污水、污泥、淡水等，其优点是过滤效果好、处理速度快、占地面积小等。
在制药方面，中空纤维式膜组件可以用于分离和提纯生物大分子，如蛋白质、酶、细胞等，其优点是分离效果好、操作简单、工艺可控等。
在食品加工方面，中空纤维式膜组件可以用于浓缩、脱水和提取食品中的有用成分，如果汁、乳制品、酒类等，其优点是保留了产品的营养成分和口感。
综上所述，中空纤维式膜组件是一种高效的膜分离技术，其结构简单、工作原理清晰、应用广泛。
在未来，中空纤维式膜组件将会成为水处理、制药、食品加工等领域的重要工具。
中空纤维式膜组件的结构怎样
中空纤维式膜组件的结构怎样？
中空纤维式膜是一种极细的空心膜管，它本身不需要支撑材料就可以耐很高的压力。
它实际上是一根厚壁的环柱体，纤维的外径有的细如人发，约为50～200μm，内径为25～42μm。
其特点是具有在高压下不产生形变的强度。
中空纤维膜组件的组装是把大量（有时是几十万或更多）的中空纤维膜，如图3-4-10那样弯成U形而装入圆筒形耐压容器内。
纤维束的开口端用环氧树脂浇铸成管板。
纤维束的中心轴部安装一根原水分布管，使原水径
向均匀流过纤维束。
纤维束的外部包以
网布使纤维束固定
并促进原水的湍流
状态。
淡水透过纤
维的管壁后，沿纤维的中空内腔，经管板放出；被浓缩了的原水则在容器的另一端排掉。
中空纤维式装置的主要优点是：单位体积内的有效膜表面积比率高，故可采用透水率较低而物理化学稳定性好的尼龙中空纤维。
该膜不需要支撑材料，寿命可达5年。
双向流(TWF)中空纤维膜分离系统
双向流TWF中空纤维膜分离系统一、双向流（TWF）中空纤维膜分离系统的主要用途●发酵液的除菌过滤●发酵液菌体的浓缩回用●酱油、醋等酿造产品的澄清过滤●果酒、药酒、低度白酒的澄清过滤●茶饮料、果汁饮料的澄清过滤●中药提取液的过滤和精制●其他浓度较大、黏度较大溶液体系的过滤二、双向流（TWF）膜分离系统的主要特点1.100%截留和浓缩发酵液中的酵母菌，产品收率最高可达到99%2.聚偏氟乙烯膜耐污染性最强、清洗恢复性能最好3. 在过滤过程中能不断地对膜进行自清洗，可以保持稳定的通量4. 中空纤维膜可以反向清洗，可以有效清除被截留物质对膜的污染5. 经过简单的水清洗，即可使膜性能得到较好的恢复6. 使用压力--变频技术，能适应物料浓度变化产生的压力变化7.设备占地面积小，投资少，维护简单，能耗低，运行成本低廉8. 模块化设计可适合各种规模的发酵液菌体截留精制生产。
三、双向流（TWF）膜分离原理在膜过滤过程中，随着过滤进行，膜表面会有被截留物质沉积形成污染。
过滤压力高，过滤速度快，则污染严重，反之压力低则污染轻。
在双向流膜过滤操作的第一阶段，原液从膜组件下部进入，回流浓缩液从上部流出（见图左）。
这时，进液口（下端）压力高，膜的下半段的因过滤速度快而污染逐渐加重，而回流浓缩液出口（上端）压力很低，膜的上半段污染较轻。
当过滤进行一段时间以后，进入第二阶段，即通过阀门切换，原液和回流浓缩液的方向进行倒换（见图右）。
原液从污染较轻的上部进入，上端压力高，过滤主要在上半段进行，下端压力很低，回流浓缩液迅速通过，对已污染较重的下半段膜表面进行冲刷，污染物脱落，使膜的性能得以恢复。
阀门的周期性（自动或手动）倒换使两个阶段循环进行，在过滤的同时进行冲刷清洗，使膜一直在良好的状态下工作，可以长期保持较高的通量。
四、双向流（TWF）膜分离系统使用的膜元件膜材质：聚偏氟乙烯（PVDF）规格：φ90×1106 mm过滤形式：内压型膜孔径：0.1μm单支膜面积：4 m2使用温度：5~45℃PH:2~10五、双向流（TWF）膜分离系统的标准机台配置MIF-910 型聚偏氟乙烯微滤膜组件40支膜面积为160m2设备主机占地面积为1.2×3.5m2单台功率4 kw.h处理一般发酵液的透过流量为4~5 m3/h装置为不锈钢机架，ABS或UPVC管路系统，流向切换可选择自动或手动操作变频控制不锈钢泵。
中空纤维膜用途
中空纤维膜用途
中空纤维膜是一种常见的膜分离技术，具有许多应用场景。
其主要用途如下：
1.污水处理：中空纤维膜可以用于污水处理，有效地去除水中的悬浮物、胶体、微生物等污染物，实现污水净化。
2.饮用水处理：中空纤维膜具有良好的过滤性能，可以有效去除水中的微生物、重金属离子、有机物等污染物，确保饮用水安全。
3.浓缩与分离：中空纤维膜可用于溶液的浓缩、分离和提纯，具有能耗低、操作简便等优点。
4.生物制药：中空纤维膜可用于生物制药领域的分离、浓缩、纯化等工艺过程，提高药品的纯度和收率。
5.食品工业：中空纤维膜可用于食品工业中的脱盐、脱苦、脱辣等处理，提高食品的品质。
6.化工行业：中空纤维膜在化工行业中可用于溶剂的回收、有害物质的去除等工艺过程。
7.半导体制造：中空纤维膜可用于半导体制造过程中的湿式清洗、废水处理等环节，保证生产环境的洁净度。
8.医药领域：中空纤维膜可用于血液净化、腹水浓缩等医疗领域，挽救患者生命。
总之，中空纤维膜在多个领域具有广泛的应用前景，为我国
的环保、民生、科技发展等方面做出了重要贡献。
中空纤维膜详细版.ppt
优选
20
2. 3 含氟高分子类
• 聚偏氟乙烯（PVDF)中空纤维膜是一种新兴膜材料, 可以在140摄氏度下高温灭菌和射线消毒等特点。 聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜的径向断面结构一般 为非对称结构,即由分离皮层与多孔支撑层组成。 聚偏氟乙烯中空纤维膜组件单位体积装填密度大, 组件产水量大,分离孔径在 0.05-0.22 m,过滤精 度高且动态过滤,抗阻塞能力强及无相态变化,不 需要在水中投加絮凝剂,对过滤体系无污染。
优选
17
高膜的亲水性和耐污性能; 或者采用不同种类的 醇对聚砜中空纤维基膜进行预处理,研究了醇处理 对膜性能的影响;利用聚砜中空纤维膜内表面作为 接枝层,进行动态表面光接枝聚合反应的研究,改 善膜的亲水性和截留率。
• B 聚醚砜
• 聚醚砜(PES)又称聚苯醚砜,是一种综合性能优良 的聚合物膜材料。
8
中空纤维式膜组建
优选
9
• 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比 所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空 纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中 空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以 环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中 空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束 流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后 从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从 膜组件的另一端流出。
优选
15
1. 3 半熔融纺丝
• 半熔融纺丝是向纤维中心供气,纺丝料液从贮桶经 计量泵、过滤器后,进入喷口呈环形的喷丝板,喷 出的中空纤维可直接进入凝胶浴或先进入挥发通 道,使纤维冷却(或受热)或部分溶剂挥发后进入凝 胶浴,再经漂洗干燥后,收集在滚筒上。此方法适 用于三醋酸纤维素(CTA)制备中空反渗透膜或纳滤 膜。
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100
1000
10 4
10 5
10 6
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MOLECULAR WEIGHT
分子量
100 200 5,000 20,000 150,000
500,000
Aqueous salts 中水盐份
Carbon black 碳黑
Paint pigment 颜料色素
RELATIVE SIZE OF
COMMON MATERIAL
当膜与高浓度溶液接触时，由于膜中水分急剧地 向溶液中扩散而失水，也会造成膜的变形收缩。
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三、超滤膜组件
超滤膜组件工艺流程图
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3.1工艺操作注意要点
1. 装丝的时候注意防止擦损膜丝 2. 切头注意余量，抹胶控制胶量并完全堵死 3. 安装注意零部件的紧固 4. 在不同的环境条件，控制甩油程度 5. 加胶分两步骤，离心去除气泡；减少发热量 6. 浇铸之前模具需要抹黄油，之后继续放置3d固化
过滤对象
Metal ions 金属离子
Pyrogens 热源
Virus 病毒
Sugars 蔗糖
Colloidal silica 胶体硅
Albumin protein 白蛋白
Yeast cells 酵母
Beach sand 海滩沙砾
Bacteria 细菌
Pollens 花粉
Milled flour 面粉
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圆度 、毛刺
喷丝板的调节： 及时调圆 调
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机械调节
纺丝微
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2.3后处理
• 水处理：继续充分进行扩散交换，防止溶剂再次 反溶解，导致出现连贯的大指状孔。
• 甘油处理：进行保湿作用，从低浓度到高浓度充 分交换，减少膜中水分，降低液体的表面张力。
• 膜的收缩：发生在湿态保存时的失水，收缩变形 使膜孔径大幅度下降，孔径分布不均匀，严重时 还会造成膜的破裂。
胶体和超过 截留分子量 的分子
非对称性膜
纳滤
压力差 离子大小及电荷
水、一价离子、 多价离子
有机物
复合膜
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递
水、溶剂
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溶质、盐
非对称性膜复 合膜
6
THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图
um 0.001
0.01
0.1
1.0
10
100
1000
A
10
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3
1.1 膜分离技术发展简史
1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀 胱内，开创了膜渗透的研究。
1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。按现代 观点看，这种过滤应称为微孔过滤。
1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人制成了可截留不同分子量 的膜，这种膜是真正的超过滤膜。
式、板框式等四种型式。
管式和中空纤维式组件也
可以分为内压式和外压式
两种。
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四种膜组件的综合性比较
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二、中空纤维膜纺丝工艺
聚合物
相转化是指将均质的制膜
液通过溶剂的挥发或向溶液
溶剂 均质制膜液
添加剂
加入非溶剂或加热制膜液， 流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制PPT学习交流
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3.2气压检漏
中空纤维膜简介
苏净研究院中空纤维膜项目组
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1
目录
一、膜分离技术概述
二、中空纤维膜纺丝工艺
三、超滤膜组件
四、MBR膜组件
五、发展前景及展望
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2
一、膜分离技术概述
膜(Membrane)是什么？
所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相
之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两 部分，并能使这两部分之间产生传质作用。
膜材料
举例
纤维素酯类 纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
聚砜类
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
非纤维素酯 类
聚酰(亚)胺类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类
其他
聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等
涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷 等 壳聚糖，聚电解质等
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5
2. 按膜的分离原理及适用范围分类
根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微虑膜、 超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
膜过程 推动力
传递机理
透过物
截留物
膜类型
微滤 压力差 颗粒大小形状 水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 纤维多孔膜
超滤
压力差 分子特性大小形状 水、溶剂小分子
FILTRATION RO
Microfiltration
TECHNO- 反渗透
微滤
LOGY
Ultrafiltration 超滤
Particle filtration
过滤方法
NF 纳滤
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一般过滤
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3. 按膜的形态分
类
膜组件的结构及型
式取决于膜的形状,工业
上应用的膜组件主要有中
空纤维式、管式、螺旋卷
蒸出部分溶剂
相转化制膜工艺中最重要的
凝固液浸渍
方法是L—S型制膜法。
水洗 后处理
L—S法制备 工艺流程框图
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非对称膜
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2.1中空纤维膜的结构
双皮层结构
表面膜孔结构
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PVDF超滤膜公称孔 径为0.1µm，过滤精度高， 对菌类和病原体的去除率
99.9%，使其获得优良的 产水品质。
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铸膜液温颜度色
6020
纺丝室的温度
3.干程高度：是一个传热的过程，空气中的微量水 蒸气在膜表面发生延迟相分离，形成比较致密的皮层。
4.凝固浴温度：溶剂与凝固液的双向扩散作用，瞬时相 分离发生，形成指状孔。当超过一定温度时，由于温 度过高，则反而在中空纤维膜的表面形成致密的皮层，
从而导致中空纤维膜的水通量急剧下降。
PVDF超滤膜孔径分布
0.0
0.1
0.2
0.3
PES超滤膜孔径
孔径um
分布窄，孔径分布在
0.009—0.011µm之间，
对于100,000 dalton的 过滤精度达到99.99%
PES超滤膜孔径分布
以上，因此，它具有
优异的过滤精度。
0.01
0.03
PPT学习交流
孔径um
12
2.2纺丝影响因素
1.制膜液的均匀性：排料均匀 2.温度控制
50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出
现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗
透膜（简称RO膜）。以后又开发了PPT许学习多交流其它类型的分离膜。
4
1.2 膜的分类
1. 按膜的材料分类
类别