《(制药设备与工程设计）6-膜分离设备》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(制药设备与工程设计）6-膜分离设备（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第12章 膜分离设备 （P136）,12.1 膜分离原理及特点 12.2 膜组件 12.3 膜分离在制药工业中的应用,压力,12.1 膜分离原理及特点,膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，这种分离是分子级的分离。,膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离目的的技术总称。,压力,12.1 膜分离原理及特点,发酵液中可能存在的主要成分,组 份 分子量（D） 尺寸大小（nm） 酵母和真菌 1
2、03 104 细 菌 300104 胶 体 100103 病 毒 30300 蛋 白 质 104106 210 多 糖 104106 210 酶 104106 210 抗 体 300103 0.61.2 单 糖 200400 0.81.0 有 机 酸 100500 0.40.8 无机 离 子 10100 0.20.4,各种分离法及适用范围,各种膜分离技术分离范围,膜 过 程 分离机理 分离对象 孔径（nm） 粒子过滤 体积大小 固体粒子 10000 微 滤 体积大小 0.0510m的固体粒子 5010000 超 滤 体积大小 10001000000 道尔顿 250的大分子，胶体 纳 滤 溶解扩
3、散 离子、分子量100的有机物 2 反 渗 透 溶解扩散 离子、分子量100的有机物 0.5 渗透蒸发 溶解扩散 离子、分子量100的有机物 0.5,微滤分离原理,利用筛分原理，分离、截留直径为 0.05 m 到 10 m 大小的粒子，即微滤膜的孔径为 0.05 m 到 10 m。采用压力为 0.05 0.5MPa。,超 滤 分 离 原 理,超滤的分离原理也可基本理解为筛分原理，但在有些情况下受到粒子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响。它可分离分子量从1000 到1000000 道尔顿的可溶性大分子物质，对应孔径为 20 500 埃（0.002m 到 0.05m）。采用压力为0.11MPa。,反
4、 渗 透 分 离 原 理,在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中大分子、小分子有机物及无机盐全被截留住。理想的反渗透膜应被认为是无孔的，它分离的基本原理是溶解扩散（也有毛细孔流学说）。 “膜孔径”为 1 到 10埃。采用压力为 110 MPa.,电 渗 析 分 离 原 理,渗 透 汽化 分 离 原 理,它的基本原理是利用膜与被分离有机液体混和物中各组份的亲合力不同而有选择地优先吸附溶解某一组份，及各组份在膜中扩散速度不同来达到分离的目的，因此它不存在蒸馏法中的共沸点的限制，可连续分离、浓缩，直至得到纯有机物。,膜分离特点, 处理效率高，设备易于放大； 可在室温或低温下
5、操作，适宜于热敏感 物质分离浓缩； 化学与机械强度最小，减少失活； 无相转变，省能； 有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的； 选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率； 系统可密闭循环，防止外来污染； 不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。,膜分离也有很多缺点，比如膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适应的膜面清洗方法；稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围有限；单独的膜分离技术功能有限，需与其他分离技术连用。,膜分离技术的重要性评论, 美国官方文件曾说“18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪膜技术将改变整个
6、面貌”，又说“目前没有一种技术，能像膜技术这么广泛地被应用”。 国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。,常用的膜材料,纤维素、聚砜、聚酰胺、聚酯等,有机：,无机：金属、陶瓷等,膜的种类很多，可分为有机高分
7、子膜和无机膜两类。 目前在制药工业生产中使用最为广泛的是聚砜(PS)类材料，约占32；纤维素材料中的醋酸纤维素(CA)和三醋酸纤维素(CTA)分别占13和7；聚丙烯腈(PAN)占6；无机膜占22；其他的膜材料约为20。,中空纤维超滤膜结构,示 意 图,中空纤维超滤膜结构,单 内 皮 层,双 皮 层,单内皮层中空纤维超滤膜结构,膜组件, 膜分离装置：膜组件、泵过滤器、阀、仪表及管路等构成。 膜组件：是一种将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，然后在外界驱动力作用下实现对混合物中各组分分离的器件，它又被称为膜器件或简称膜分离器。 膜器件主要型式：板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式和毛细管式。,
8、表12-1 各种类型膜组件的主要特征,以聚砜为标准聚合物的估计价格。,性能良好的膜器件应达到的要求：,1、对膜能提供足够的机械支撑并可使高压原料液（气）和低压透过液（气）严格分开。 2、在能耗最小的条件下，使原料液（气）在膜面上的流动状态均匀合理，以减少浓差极化。 3、具有尽可能高的装填密度（即单位体积的膜组件中填充较多的有效膜面积）并使膜的安装和更换方便。 4、装置牢固、安全可靠、价格低廉和容易维护。,膜,膜组件：膜、膜的支撑体或连接物，与膜器件中流体分布有关的流道、膜的密封，外壳或外套以及外接口等。,膜分离过程实质：小分子物质透过膜，而大分子物质或固体粒子被阻挡。,膜分离的推动力：浓度差、
9、压力差、电位差等,12.2.1 板框式膜组件,板和框堆积而成,隔板,膜,支撑板,膜,板框式膜组件主要是由许多板和框堆积组装在一起而得名，其外观很像普通的板框式压滤机。所不同的是后者用的过滤介质为帆布、棉饼等，而前者用的是膜。,12.2.1 板框式膜组件,一、特点：,（1）组装比较简单,（2）操作比较方便,（3）膜的机械强度,隔板,膜,支撑板,膜,应用：,超滤、微滤、反渗透、渗透气化和电渗析,二、类型与结构,（1）系紧螺栓式板框膜组件,圆形承压板,多孔支撑板,膜经黏结密封构成滤板,（2）耐压容器式板框膜组件,（3）折叠式膜组件,特点：单位体积中的膜面积大，因而过滤效率高。,12.2.2 圆管式膜组件,圆管式膜组件是指在圆筒状支撑体的内侧或外侧刮制上半透膜而得的圆管形分离膜，其支撑体的构造或半透膜的刮制方法随处理原料液的输入方式及透过液的导出方式而异。 在所有膜组件中，圆管式膜组件的表面积体积比是最低的。 管式膜组件主要应用于超滤（UF），微滤（MF）和单级反渗透（RO）。,12.2.2 圆管式膜组件,一、特点：,（1）流动状态好,（2）容易清洗,（3）设备操作费用较高,（4）膜装填密度较低,二、类型与结构：,（1）内压型单管式,二、类型与结构：,（2）内压型管束式,二、类型与结构：,（3）外压型圆管式,12.2.3 螺旋卷式膜组件,122.4 中空纤维式和毛细管式膜组件,自学,
