超滤(UF)PPT文档格式.ppt

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分离机理一般认为是机械筛分原理；

UF膜的形态为不对称结构；

膜组件有形式有板式、卷式、管式、毛细管式及中空纤维式；

过滤的方式一般为错流过滤；

膜皮层厚度小于1m，操作压力低，可不考虑渗透压的影响；

易于工业化，应用范围广。

6,第二节超滤的基本理论,UF的基本原理在一定的压力作用下，含有大、小分子溶质的溶液流过UF膜表面时，溶剂和小分子物质（无机盐等）透过膜，作为透过液被收集起来，而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。

7,UF膜结构及截留方式,结构特征：

一般为非对称膜，由一层极薄的（0.11m）具有一定孔径的表皮层和一层较厚的（125m左右）具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。

UF过程中溶质的截留包括：

在膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附等三种方式。

8,UF和MF的功能有所不同，MF多数是除杂，产物是过滤液；

而UF着重是分离，产物既可以是渗透液，也可以是截留液或二者兼而有之。

9,二、UF的基本传质理论,浓差极化传质系数速率方程微孔模型渗透压模型凝胶极化模型,10,

（1）.浓差极化概述,在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越高。

在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂通量下降。

当溶剂向膜面流动（对流）时引起溶质现膜面流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度区，这一区域称为浓差极化边界层，这一现象称为浓差极化。

11,压力驱动膜过程中各种传质阻力示意图,通量随时间变化趋势,12,Saltconcentrationgradientsadjacenttoareverseosmosisdesalinationmembrane.,13,14,浓差极化引起的稳态条件下的浓度分布,15,在稳定状态下，被脱除（截留）组分浓度分布和易渗透组分的浓度分布情况。

（a）截留组分的浓度分布（saltindesalinationofwaterbyreverseosmosis）,（b）易渗透组分的浓度分布（waterindehydrationofethanolbypervaporation）,16,

（2）.浓差极化的危害,使膜表面溶质浓度增高，引起渗透压的增大，从而减小传质驱动力；

当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，增加透过阻力；

膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性；

当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶胀或恶化膜的性能；

严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。

概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。

17,浓差极化的影响,渗透汽化,k传质系数；

J膜通量,18,（3）.减少浓差极化的方法,由浓差极化形成原理可知，减小浓差极化边界层厚度，提高溶质传质系数，均可减少浓差极化，提高膜的透液速度。

方法如下：

选择合适的膜组件结构；

加入紊流器；

料液横切流向设计；

料液脉冲流动；

螺旋流；

提高流速；

适当提高进料液温度以降低粘度，增大传质系数。

19,增加湍流，减小边界层厚度以减小浓差极化,膜通量加大，浓差极化加大,膜浓缩加大，浓差极化加大,溶质扩散系数增大，浓差极化减少,20,湍流强化器,Flowdynamicsaroundthespacernettingoftenusedtopromoteturbulenceinamembranemoduleandreduceconcentrationpolarization,21,22,渗透压模型,UF的溶质是高分子，在低浓度时其渗透压与操作压力相比可忽略不计；

随着溶液浓度升高，渗透压呈指数关系急剧上升，此时必须考虑渗透压的影响。

极限通量用纯水测定透过膜的通量时，其值与操作压力成比例增加，但高分子溶液进行UF时，透过膜的通量与压力不成比例，在达到一定值后，就不随压力变化了，此时膜的透过通量即为极化通量。

23,24,极限通量（J）与原料主体浓度之间的对数值关系,浓差极化与凝胶形成,25,第三节UF膜的特性及制备方法一.UF膜性能表征（特性）,渗透速率（即膜通量）单位是L/m2h，分为纯水渗透速率和溶液渗透速率，前者可用于膜的性能指标的标定，UF的纯水渗透速率约为201000L/m2h；

后者的渗透速率约为1100L/m2h（依料液的性质而变）。

当UF的通量低于1L/m2h时没有实际应用的价值。

膜的截留性能用截留相对分子质量（MWCO）来表征UF膜的分离特性。

MWCO一般指膜对某标准物截留率为90%95%时所对应的相对分子质量为该膜的截留相对分子质量。

目前各厂家尚无统一的测试方法和标准物质。

26,测量截留相对分子质量的标称物一般分为三类：

球状蛋白质（如牛清蛋白Mw=6.7万，卵清蛋白Mw=4.4万，胰岛素Mw=0.57万，VB12Mw=0.12万）带支链的多糖（如葡聚糖,Mw=23.6万、10万、4万、1万不等）线性分子（如聚乙二醇，Mw=6000、10000、20000不等）,相对分子质量,27,影响截留相对分子质量及截留率的因素,主要因素有：

溶质分子的形状和大小膜材质与膜的形态结构其他溶质操作参数（如跨膜压差、错流速度、料液浓度、温度、膜的预处理）等。

28,Laboratoryultrafiltrationtestsystems

（1）,实验室UF的操作模式,29,Laboratoryultrafiltrationtestsystems

（2）,Filtrate,30,二.超滤膜材料,日前商品化的UF膜都是采用聚合物材料由相转化法制备的，常用材料包括：

聚砜（PSF）/聚醚砜/（PES）磺化聚砜/聚砜酰胺（PSA）聚偏二氟乙烯（PVDF）聚丙烯腈（PAN）纤维素（CA，CTA及再生纤维素）聚酰亚胺（PI）/芳香聚酰胺（PA）聚脂肪酰胺聚醚醚酮（PEEK）复合UF膜陶瓷膜（氧化铝、氧化锆）其皮层通过溶胶凝胶法制备,有机膜,无机膜,31,三、超滤膜的制备,欲制备性能优良的UF膜，一是选择合适的膜材料；

二是选择合适的制膜工艺和最佳的工艺参数。

有机高聚物UF膜大多为非对称膜，应用最广的是相转化法。

无机UF膜结构分三层，即分离层、中间层和载体层。

整个膜的孔径分布是由载体层到顶层（分离层）逐渐减小，形成不对称分布。

制法有固体粒子烧结法、溶胶凝胶法等。

32,第四节越滤装置,与RO、NF装置一样，UF膜组件有4种形式：

卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备）中空纤维式板框式（处理粘度较大的料液）管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）几种UF膜组件在膜比表面积、投资费用、运行费用、流速控制及现场清洗等方面的比较见教材P113的表5-3。

33,第六节UF的应用,在水处理中的应用饮用水方面采用膜净化饮用水是膜技术的最主要应用。

传统的水处理包括投药、凝聚、絮凝、沉淀、过滤和杀菌等过程；

新的规则要求去除三氯甲烷（THM）和其他合成有机物。

UF在去除对人有害的微生物方面是很有效的。

家用净水器就是活性炭吸附技术与UF技术杂化的成功范例。

UF也已成为我国目前在矿泉水生产中的主体净化设备。

34,日本“新MAC21”项目中典型膜过滤系统流程,（a）,（b）,UF的应用,35,作为RO装置的前处理设备如海水淡化过程中，一些细菌和藻类物质，利用常规的预处理技术很难完全除去，它会在管道及膜面迅速繁衍生长，容易堵塞水路和污染RO膜，如在RO之前使用UF处理其进水，可使海水的FI值（污染指数）达到01，而且细菌及海藻等几乎全部除去。

高纯水制备中，UF透过水完全可作RO/ED/离交等水处理系统的进水，这样不但保护了这些装置的安全运行，而且也提高了产品水的质量。

UF装置对其进料预处理工艺的要求，一般采用510m精度的过滤器过滤即可。

UF的应用,36,作为水处理设备的终端处理设备如在高纯水制备和饮用纯净水制备就用UF/MF去除去离子水中的微粒、细菌、热原和胶体等杂质。

如高纯水制备的流程之一：

原水预处理UF/MFRO预脱盐离交（含混床）UF分配系统使用点微孔过滤。

饮用纯净水目前最先进的工艺如下：

自来水砂滤炭滤软化保安过滤一级RO二级ROO3精滤灌装,UF的应用,37,在食品及发酵工业中的应用在乳品工业中用UF法从干酪乳清中回收乳清蛋白以及用UF法浓缩脱酯牛乳；

UF已成为乳清回收的标准方法。

大豆蛋白制备大豆富含蛋白质和较完全的氨基酸，大豆蛋白质有较好的保水、吸油、乳化及溶解等功能，广泛用于肉制品、奶制品、面制品、饮料等食品中，能够有效地提高食品价值与功能特性。

可用膜法分离提取大豆蛋白、回收大豆乳清蛋白、从大豆煮汁中回收蛋白质。

UF的应用,38,果蔬汁的澄清果蔬汁的澄清用UF/MF（浓缩用RO；

脱酸用ED或NF）。

经UF得到的果汁色泽鲜艳，清澈透明、香味浓郁，口味更佳。

糖的精制可进行糖汁膜法净化、浓缩、脱盐，以及膜法废水处理等。

植物油精制用UF法去除并回收卵磷脂、除酸、脱色、脱蜡及油的澄清。

39,UF法处理乳清工艺流程示意图,UF的应用,40,Simplifiedflowschematicofanultrafiltration/reverseosmosisprocesstoextractvaluablecomponentsfromcheesewhey,乳糖,41,（续前）酶的提纯其他应用如马铃薯蛋白的回收；

酱油的澄清；

葡萄酒的澄清过滤；

醋的过滤；

茶饮料澄清（国内大型速溶茶的生产厂已开始用UF和RO进行提纯和浓缩，这对解决茶汤的冷浑和保持茶的清香起到关键作用，UF技术可除去茶叶中的咖啡碱、多酚类物质、蛋白质、多糖尿病及果胶等杂质）,UF的应用,42,。

在生物工程与医药工业中的应用

（1）医药用水的制备医药用水种类：

纯化水（PurifiedWater也称精制水）灭菌纯化水（SterilePurifiedWater）注射用水（WaterforInjection）灭菌注射用水（SterileWaterforInjection）抑菌剂注射用水（BacteriostaticWaterforInjection）灭菌吸入用水（SterileWaterforInhalation）灭菌冲洗用水（SterileWaterforIrrigation）血液透析用水（WaterforDilutingConcentratedHaemodialysisSolution）,UF的应用,43,44,纯化水以去离子及有机物为主要目的，所