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1、第四节 膜分离,膜分离的分类及原理 膜的种类 膜分离设备 影响膜分离的因素 膜分离在发酵工程中的应用,膜分离法实际上是一般过滤法的发展和延续。一般过滤法不是分子级水平的，它是利用相的不同将固体从液体或气体中分离出来；而膜分离是分子级水平的分离方法，该法关键在于过程中使用的过滤介质：膜。,一、膜分离法的分类及原理 透析、超滤及反渗透、微滤、电渗析、液膜技术、气体渗透、渗透蒸发,分离范围,1、透析 利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子溶质和其他小分子溶质的溶液（左侧）与纯水或缓冲液（右侧）分隔，由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质透向右侧，
2、右侧中的水透向左侧，这就是透析,透析膜,小分子,大分子,水,透析原理,2、超滤和微滤： 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差微传质推动力，用于截留高分子溶质或固体微粒。 超滤：处理不含固形成分的料液，它是根据高分子溶质间或高分子与小分子溶质之间相对分子质量的差别机械分离的方法 微滤：用于悬浮粒的过滤，主要用于菌体的分离和浓缩,3、反渗透 促使水分子透过的推动力称为渗透压 操作压力：几十个大气压 适用于1nm以下小分子的浓缩,4、电渗析 利用分子的荷电性质荷分子大小的差别进行分离的膜分离法，可用于小分子电解质（例如氨基酸、有机酸）的分离和溶液的脱盐,5、渗透气化 疏水膜的一侧通入料液，另一侧抽
3、真空或通入惰性气体，使膜两侧产生溶质分压差。在分压差的作用下，料液中的溶质溶于膜内，扩散通过膜，在透过侧发生气化，气化的溶质被膜装置外设置的冷凝器冷凝回收。 发生了相变 适用于：高浓度混合物的分离，特别适用于共沸物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离,6、液膜分离技术 液膜通常由膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜增强添加剂组成。 膜溶剂：成膜的基体物质、一般为水或有机溶剂 表面活性剂：降低液膜的表面张力，对液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使用有直接影响 流动载体：选择性迁移指定溶质或离子，常为某种萃取剂,乳化液膜和支撑液膜 分离机理： 单纯迁移：溶解度和扩散度不同 促进迁移：和溶质发生反
4、应,二、膜的种类及特性 1、膜的种类 选择膜应考虑的因素：分离能力；分离速度；抵抗化学、细菌和机械力的稳定性；膜材料的成本 （1）均质膜或致密膜 （2）微孔膜 （3）非对称膜 （4）复合膜 （5）离子交换膜,2、膜的结构特性 （1）孔道结构：不对称膜（表面活性层和惰性层） （2）膜的孔道特性：孔径、孔径分布、空隙率 （3）水通量:在一定条件下（一般压力为0.1MPa，温度为20）通过测量透过一定量纯水所需的时间来测定,三、膜分离设备,四、影响膜分离速度的因素 1、操作形式 2、流速 3、压力 4、料液浓度,五、膜的污染与清洗 1、膜污染的原因 （1）凝胶极化引起的凝胶层 （2）溶质在膜表面的吸附层 （3）膜孔堵塞 （4）膜孔内的溶质吸附 2、常用的清洗剂 水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂、酶液,六、应用举例 超滤用于除去葡萄酒中热变性蛋白质、 微滤除去葡萄汁中的细菌和各种固体颗粒,