膜分离工程超滤共40页
合集下载
超滤反渗透.ppt
18
（4） 环境温度在5℃以下,每天要进行低压(0.1 Mpa), 1/3 产水流量冲洗系统2小时左右.或用重量比为20%的甘油 (丙二醇加1%硫酸钠水溶液)进行封存。 （5） 在反渗透装置长期停运一段时间须重新启动时，必 须至少将产品水排放1小时，以便冲走微量的保护液。 （6）若反渗透系统需48h后运行，应保护膜的湿润，干 膜会使水通量发生不可逆转的下降；严格保护防止细菌 的生长，每隔24h冲洗一次；防止温度的强烈变化。
14
4、反渗透（RO）正常操作要点
(1)保证反渗透的运行周期和清洗质量 a、反渗透的进水应严格按照指标进行，SDI≤2，这样才能保证反
渗透的运行周期。
b、每一次停机都要冲洗反渗透15分钟，这样就能保证附在膜表面 的悬浮物被冲洗干净。
(2)保证反渗透出水的质量和供应 a、随时掌握反渗透的出水情况，包括硬度、碱度、氯根等，对经 过钠床后的硬度应随时掌握，以保证原水的脱盐率。
超滤（UF）装置是一种先进的膜分离技术，料液中含 有的溶剂及各种小的溶质从高压料液侧透过滤膜到达低压 侧，从而得到透过液或称为超滤液；其超滤膜微孔可达 0.01微米（十万分之一毫米）以下，能有效地去除水中的 微粒、胶体、细菌、热源和有机物力作用下，而尺寸比膜 孔径大的溶质分子被膜截留成浓缩液。
3
2、超滤工作原理
16
5、反渗透装置操作步序FU RO装置的投运.doc
17
6、反渗透装置的安全保护
（1） 停运前,先对先对系统进行低压(0.2—0.4 Mpa),大流量 (约80t/h) 冲洗15分钟左右。 （2）反渗透装置停运少于三天时，不用保护液保护，每天对 系统进行低压(0.2—0.4 Mpa),大流量(约80t/h) 冲洗30分钟左 右。 （3） 反渗透装置长期停运,进行停运前的低压冲洗后(根据实 际情况可进行化学清洗),使用0.5-1.0%的亚硫酸氢钠溶液 (0.5%福尔玛林溶液)循环清洗膜组件，冲洗时按照规定的冲 洗流量、时间可在30分钟左右,然后系统中充满了冲洗溶液,关 闭所有阀门,进行封存.根据药品特性定期更换。
（4） 环境温度在5℃以下,每天要进行低压(0.1 Mpa), 1/3 产水流量冲洗系统2小时左右.或用重量比为20%的甘油 (丙二醇加1%硫酸钠水溶液)进行封存。 （5） 在反渗透装置长期停运一段时间须重新启动时，必 须至少将产品水排放1小时，以便冲走微量的保护液。 （6）若反渗透系统需48h后运行，应保护膜的湿润，干 膜会使水通量发生不可逆转的下降；严格保护防止细菌 的生长，每隔24h冲洗一次；防止温度的强烈变化。
14
4、反渗透（RO）正常操作要点
(1)保证反渗透的运行周期和清洗质量 a、反渗透的进水应严格按照指标进行，SDI≤2，这样才能保证反
渗透的运行周期。
b、每一次停机都要冲洗反渗透15分钟，这样就能保证附在膜表面 的悬浮物被冲洗干净。
(2)保证反渗透出水的质量和供应 a、随时掌握反渗透的出水情况，包括硬度、碱度、氯根等，对经 过钠床后的硬度应随时掌握，以保证原水的脱盐率。
超滤（UF）装置是一种先进的膜分离技术，料液中含 有的溶剂及各种小的溶质从高压料液侧透过滤膜到达低压 侧，从而得到透过液或称为超滤液；其超滤膜微孔可达 0.01微米（十万分之一毫米）以下，能有效地去除水中的 微粒、胶体、细菌、热源和有机物力作用下，而尺寸比膜 孔径大的溶质分子被膜截留成浓缩液。
3
2、超滤工作原理
16
5、反渗透装置操作步序FU RO装置的投运.doc
17
6、反渗透装置的安全保护
（1） 停运前,先对先对系统进行低压(0.2—0.4 Mpa),大流量 (约80t/h) 冲洗15分钟左右。 （2）反渗透装置停运少于三天时，不用保护液保护，每天对 系统进行低压(0.2—0.4 Mpa),大流量(约80t/h) 冲洗30分钟左 右。 （3） 反渗透装置长期停运,进行停运前的低压冲洗后(根据实 际情况可进行化学清洗),使用0.5-1.0%的亚硫酸氢钠溶液 (0.5%福尔玛林溶液)循环清洗膜组件，冲洗时按照规定的冲 洗流量、时间可在30分钟左右,然后系统中充满了冲洗溶液,关 闭所有阀门,进行封存.根据药品特性定期更换。
超滤膜分离试验
R = c0 - c p ×100% c0
( ) J = V p L / m 2 • h S •tN = CR C0来自化学工程与工艺专业基础实验
超滤膜分离实验
实验装置与流程
超滤膜分离实验流程示意图 1－料液灌；2－磁力泵；3－泵进口阀；4－泵回流阀；5－预过滤器；6－滤前压力表；7－超 滤进口阀；8－微滤进口阀； 9－超滤膜； 10－微滤膜； 11－滤后压力表； 12－超滤清液出口 阀；13－微滤滤液出口阀；14－浓液流量计；15－清液流量计；16－清液灌；17－浓液灌；18－
化学工程与工艺专业基础实验
超滤膜分离实验
一、实验目的
实验内容
二、超滤膜分离原理 三、实验装置与流程 四、实验步骤及数据处理
化学工程与工艺专业基础实验
超滤膜分离实验
实验目的
1、了解膜的结构和影响膜分离效果的因 素，包括膜材质、压力和流量等
2、了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜 组件性能的表征方法
化学工程与工艺专业基础实验
排水阀
化学工程与工艺专业基础实验
超滤膜分离实验
1、安装膜组件，配置好料液。
实验步骤与 数据处理
2、开启实验装置，稳定运行。 3、用紫外分光光度计分析所取样品。
4、结束实验，清洗膜组件，计算相关 的膜表征参数。
化学工程与工艺专业基础实验
超滤膜分离实验
超滤（UF）是以压力为推动力,利用机械筛
分的原理选择性的从溶液中分离出大粒子溶质的
分离过程。
在压力作用下，料液中直径远小于超滤膜孔
超滤膜分离原径侧的，物 得质 到分 透子 过由 液高 ；压 而料 直液 径侧 大透 于过 超超 滤滤膜膜孔到径达的低物压质
理
分子将被膜表面截留或返回至料液主体成为浓缩 液。
膜分离——超滤
澄清（整理，过滤） 澄清（整理，过滤） 化学稳定作用： 化学稳定作用：冷冻 准备上市的酒 生物稳定作用： 生物稳定作用：巴氏杀菌 装瓶 准备上市的酒 A：传统工艺 B：膜工艺 ： ： 传统葡萄酒工艺与膜技术过滤工艺比较
END
Thank you！
膜分离技术
——超滤 ——超滤
食硕1102 吴珺 食硕
膜分离技术
用天然或人工合成 的高分子膜， 的高分子膜，以外加压 化学位差为推动力 为推动力， 力或化学位差为推动力， 对双组分或多组分的溶 液进行分离、分级、 液进行分离、分级、提 纯和富集的方法， 纯和富集的方法，统称 膜分离法。 为膜分离法。
膜污染及清洗的方法
根据污染物的化学性质， 根据污染物的化学性质， 开发清洗剂； 开发清洗剂； 确定清洗方法： 确定清洗方法：低压高 速清洗、脉冲清洗、 速清洗、脉冲清洗、化 学清洗等 清洗剂：表面活性剂、 清洗剂：表面活性剂、 氧化剂、 酸、碱、氧化剂、络合 剂等 用草酸、柠檬酸或EDTA等配 用草酸、柠檬酸或EDTA等配 EDTA 制的清洗液可以从膜上除去金属 氧化物沉淀； 氧化物沉淀； 加酶洗涤剂对有机物， 加酶洗涤剂对有机物，特别是 蛋白质、 蛋白质、多糖类和油脂类污染物 有较好的清洗效果。 有较好的清洗效果。 双氧水溶液对有机物也有良好 的洗涤效果。 的洗涤效果。 如果在膜的微孔中有胶体堵塞， 如果在膜的微孔中有胶体堵塞， 则可以利用分离效率极差的物质， 则可以利用分离效率极差的物质， 如尿素、硼酸、醇等作清洗剂， 如尿素、硼酸、醇等作清洗剂， 这些物质易于渗入细孔而达到清 洗的目的。 洗的目的。
苹果汁生产
• 装置膜面积：220m2 装置膜面积： • 处理量：17m3/h 处理量：17m • 全自动控制 • 运行通量优于国外装置 • 产品质量优于国外装置
膜分离设备(共62张PPT)
（一）板框式膜器件
1、基本部件
平板膜、支撑盘、 间隔盘。三种部件 相互交替、重叠、 压紧。
第十七页，共62页。
2、特点
① 组装比较简单，可以简单地增加膜的层数 以提高处理量；
② 操作比较方便。 ③ 板框式膜组件组装零件太多；装填密度低
；膜的机械强度要求较高。
3、应用
超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO） 、电渗析（ED）
无机分离膜：陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分 子筛炭膜等
第十页，共62页。
2、膜的种类
（1）对称膜：又称为均质膜，是一种
均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态 完全相同。包括致密的无孔膜和对称的 多孔膜两种。
——传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的 厚度可以提高透过速率。
第十一页，共62页。
（2）非对称膜：横断面具有不对称结构
第六十二页，共62页。
第三十二页，共62页。
3、工作过程
原料从端部进入组件后，在隔网中的流道 沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋 后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收 集管中再排出，浓液则从组件另一端排出。
第三十三页，共62页。
4、膜组件的结构与组装
浓缩
端
密
膜
连
液
盖
封 组接
圈 件器
进
耐压容器
水
口
第三十四页，共62页。
第五十七页，共62页。
4、切向流
概念：料液流向与膜平面平行。
第五十八页，共62页。
第五十九页，共62页。
5、超滤的影响因数
（1）操作压差(推动力) 压差大，通量大，能耗大; （2）料液流速 采用错流装置，使料液与膜面平行流动，
流速高，传质系数大，有利于提高渗透通 量。
1、基本部件
平板膜、支撑盘、 间隔盘。三种部件 相互交替、重叠、 压紧。
第十七页，共62页。
2、特点
① 组装比较简单，可以简单地增加膜的层数 以提高处理量；
② 操作比较方便。 ③ 板框式膜组件组装零件太多；装填密度低
；膜的机械强度要求较高。
3、应用
超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO） 、电渗析（ED）
无机分离膜：陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分 子筛炭膜等
第十页，共62页。
2、膜的种类
（1）对称膜：又称为均质膜，是一种
均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态 完全相同。包括致密的无孔膜和对称的 多孔膜两种。
——传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的 厚度可以提高透过速率。
第十一页，共62页。
（2）非对称膜：横断面具有不对称结构
第六十二页，共62页。
第三十二页，共62页。
3、工作过程
原料从端部进入组件后，在隔网中的流道 沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋 后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收 集管中再排出，浓液则从组件另一端排出。
第三十三页，共62页。
4、膜组件的结构与组装
浓缩
端
密
膜
连
液
盖
封 组接
圈 件器
进
耐压容器
水
口
第三十四页，共62页。
第五十七页，共62页。
4、切向流
概念：料液流向与膜平面平行。
第五十八页，共62页。
第五十九页，共62页。
5、超滤的影响因数
（1）操作压差(推动力) 压差大，通量大，能耗大; （2）料液流速 采用错流装置，使料液与膜面平行流动，
流速高，传质系数大，有利于提高渗透通 量。
膜分离工程-第五章-超滤(UF)
验，透过水的速度 [L/m 2h]
JW = W / A t
同类膜，孔径，纯水通量Jw。 纯水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子
溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%） 由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。
2 截留分子量（ MWCO） 截留率R
膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection）来 表示，其定义为 R＝1－ Cp／Cb 式中Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液和截 留液的浓度。
标称截留相对分子质量仍是选择膜的最好参考 指标。如果仅涉及浓缩体系，参考以蛋白为标 准物的MWCO即可。
若涉及组分分级，膜选择较困难。由于超滤膜 孔径分布较宽，两组分相对分子质量应相差至 少10倍。
若仅以高通量为目标，膜孔径要比溶质中最小 粒子小5-10倍。
膜的最终选择要依据实验确定。
超滤基本理论
s
Re du 1.25 2001.03 32188 4000
0.008
此条件下为湍流，故
Sh 0.023Re0.8 Sc0.33 0.023 321880.8 1.11104 0.33 2002
k
2002
7 107 1.25
1.12 103 cm2
/cm
•
s
40.37L
纳滤 0.0005～0.002m： 低聚糖、染料、多价离子
反渗透0.0001～0.001m： 电解质、大于100Da的有机溶质
水、小于100Da的有机溶质
表征膜性能的参数
通量 截留分子量 孔的特征、 pH适用范围、 抗压能力、 对热和溶剂的稳定性等。
1 通量
纯水通量：纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25℃)下试
JW = W / A t
同类膜，孔径，纯水通量Jw。 纯水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子
溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%） 由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。
2 截留分子量（ MWCO） 截留率R
膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection）来 表示，其定义为 R＝1－ Cp／Cb 式中Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液和截 留液的浓度。
标称截留相对分子质量仍是选择膜的最好参考 指标。如果仅涉及浓缩体系，参考以蛋白为标 准物的MWCO即可。
若涉及组分分级，膜选择较困难。由于超滤膜 孔径分布较宽，两组分相对分子质量应相差至 少10倍。
若仅以高通量为目标，膜孔径要比溶质中最小 粒子小5-10倍。
膜的最终选择要依据实验确定。
超滤基本理论
s
Re du 1.25 2001.03 32188 4000
0.008
此条件下为湍流，故
Sh 0.023Re0.8 Sc0.33 0.023 321880.8 1.11104 0.33 2002
k
2002
7 107 1.25
1.12 103 cm2
/cm
•
s
40.37L
纳滤 0.0005～0.002m： 低聚糖、染料、多价离子
反渗透0.0001～0.001m： 电解质、大于100Da的有机溶质
水、小于100Da的有机溶质
表征膜性能的参数
通量 截留分子量 孔的特征、 pH适用范围、 抗压能力、 对热和溶剂的稳定性等。
1 通量
纯水通量：纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25℃)下试
超滤反渗透ppt演示文稿
第25页，共106页。
辅助系统： 超滤反洗系统：超滤产水箱→反洗泵→超滤膜组件
工艺及仪表用气系统：无油空气→储存罐→工艺及仪表 用气
清洗系统：RO产水→清洗水箱→清洗泵→清洗过滤器→ 超滤系统（RO系统）
冷凝水系统：高温换热装置冷凝水→冷凝水箱→冷 凝水泵→冷凝水回收箱
超滤系统出力为2×122m³/h，反渗透系统出力为 2×65m³/h,正常时两套同时运行，并采用并联运行方式, 处理后的水作为反渗品型号
用途区分
SFP
预处理
SFD
中水/污水回用
SFR
饮用水处理
第30页，共106页。
主要技术参数：
设计产水量：2×122m3/h 产水水质： SDI≤3，浊度＜0.10NTU 操作温度： ≤40℃ 设计压力： ≤0.6MPa
第31页，共106页。
超滤膜组件
第32页，共106页。
透过液
透过液
第11页，共106页。
全量过滤和错流过滤方式
中空纤维超滤膜的过滤方式主要分为全量 过滤和错流过滤两种。
全量过滤方式是指原液中的水分子全部渗 透过超滤膜，没有浓缩液流出，见图。
而错流过滤方式则是在过滤的过程中有一 部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉， 见图。
第12页，共106页。
全量过滤方式
管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普
通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体， 在四种膜中，它的前处理要求最不严格。
第4页，共106页。
中空纤维膜：因为它压力低，通道无死点，通量 高，能进行反洗，所以除特殊水体（如高含油、 高固体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜 而言，在水处理中应用最为广泛。
（4）结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢。
辅助系统： 超滤反洗系统：超滤产水箱→反洗泵→超滤膜组件
工艺及仪表用气系统：无油空气→储存罐→工艺及仪表 用气
清洗系统：RO产水→清洗水箱→清洗泵→清洗过滤器→ 超滤系统（RO系统）
冷凝水系统：高温换热装置冷凝水→冷凝水箱→冷 凝水泵→冷凝水回收箱
超滤系统出力为2×122m³/h，反渗透系统出力为 2×65m³/h,正常时两套同时运行，并采用并联运行方式, 处理后的水作为反渗品型号
用途区分
SFP
预处理
SFD
中水/污水回用
SFR
饮用水处理
第30页，共106页。
主要技术参数：
设计产水量：2×122m3/h 产水水质： SDI≤3，浊度＜0.10NTU 操作温度： ≤40℃ 设计压力： ≤0.6MPa
第31页，共106页。
超滤膜组件
第32页，共106页。
透过液
透过液
第11页，共106页。
全量过滤和错流过滤方式
中空纤维超滤膜的过滤方式主要分为全量 过滤和错流过滤两种。
全量过滤方式是指原液中的水分子全部渗 透过超滤膜，没有浓缩液流出，见图。
而错流过滤方式则是在过滤的过程中有一 部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉， 见图。
第12页，共106页。
全量过滤方式
管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普
通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体， 在四种膜中，它的前处理要求最不严格。
第4页，共106页。
中空纤维膜：因为它压力低，通道无死点，通量 高，能进行反洗，所以除特殊水体（如高含油、 高固体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜 而言，在水处理中应用最为广泛。
（4）结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢。
超滤分离膜技术.pptx
组件的操作模型
死端过滤 是指在没有料液流动的条件下对料液进行分离和提纯
的过程，分为：间歇式和连续式 优点是设备简单，能耗低，可以克服高浓度料液渗透 率低的问题。缺点是浓差极化和膜污染严重 错流过滤 是在一定的膜面流速的情况下对料液进行浓缩和分离 的过程。分为：间歇式和连续式 优点是，操作简单，浓缩速度快，所需膜面积小。缺 点是能耗高。
每种材料膜的生产厂家都竭力避免材料的缺点，尽可能进
行材料的改性。如PAN的强度及抗氧化性能力，PVDF， PES，PS的亲水性改性，PES，PS的刚性特性的设计考量 等。
过滤孔径
内压与外压
性能表征
通量(Flux)：通常是指在25℃水温和0.1MPa水压下，单位
时间内、单位膜面积所透过纯水的体积。 单位：LMH@0.1MPa） 切割分子量（MWCO）：当90%的溶质被膜截留时，在截 留曲线所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的切割分子 量。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1微米之间，其对应的切 割分子量约为1，000—500，000。
压密因数：由于超滤膜表皮层较为致密，内层多为多空结
构，所以在压力作用下易于被压密。
亲水性和疏水性：其与膜的吸附有密切关系，这也决定了
膜的应用范围。一般用测定接触角来确定。
表称物质的分类：
球状蛋白，带支链多糖 （葡聚糖），线性分子（聚乙二醇） 影响截留分子量和截留率的因数：1.溶质分子的大小和形
状2.膜的材料和形态结构3.其他溶质4.操作参数5.吸附6.微 环境 常见蛋白及分子量
蛋白名称 维生素B12 细胞色素C 白蛋白 牛血清蛋白 丙球蛋白 分子量 1200 12400 45000 65000 155000
(生化工程课件)膜过滤法
聚烯烃类 聚乙烯，聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯
乙烯类聚合物 聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯
含硅聚合物 聚二甲基硅氧烷，聚三甲基硅氧烷
含氟聚合物 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯
甲壳素类 无
17.2 表征膜性能的参数
截流率与分子之间的关系
截断分子量相当于一定截流率 （通常为９０％或９５％）的分子量
超滤 不对称微孔膜 0.1 MPa ～颗粒大小、有机物或微生物 (UF) 0.001～0.1μm 0.5 MPa 形状 溶液的分离
与微滤技术相似。
与微滤技术相似。
纳滤 带皮层不对称复 0.5 MPa ～优先吸附、硬水或有机物溶 可对原水进行部分脱盐和 常需预处理，工作 (NF) 合膜1～50 nm 2.5 MPa 表面电位 液的脱盐 软化，生产优质饮用水。 压力较高。
膜分离与物质分子大小
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF）
适用范围 0.02～10mm 0.001～0.02mm （1000～300,000D）
１nm （200～1000D）
反渗透（RO） 350D
常用膜分离技术的基本特征
项目 膜类型 操作压力 分离机理 适用范围
技术特点
不足之处
微滤 对称微孔膜 0.01 MPa～颗粒大小、含微粒或菌体溶 操作简便，通水量大，工 有机污染物的分 (MF) 0.02～10μm 0.2 MPa 形状 液的分离 作压力低，制水率高。 离效果较差。
碳溶酸液盐可和使氢沉氧淀化物物松。动用这、的些乳清洗剂
化和分散。当去除诸如硅
酸盐等特别难以去除的沉 积物时,交替使用碱清洗剂
和酸清洗剂。
气－液脉冲 反冲洗涤 循环洗涤
酸碱液 表面活性剂 螯合剂 氧化剂