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膜分离设备及功能高分子膜
浏览次数:246发布时间:2019-05-20 16:32:36 文章来源:
目前在工业上广为采用的膜分离设备组件可分为管式、平板式、板框或折叠、螺旋卷式、毛细管式及中空纤维式五大类。
  上述各类组件在国内都有生产以下将各种膜分离设备的组件逐一作介绍管式根据膜铸在管内侧或外侧分为内压式或外压式两种。早期的内压管式组件的结构。
  将管状膜放置在作支撑管的微孔不锈钢管或纤维增强塑料管的内侧料液在管内流动支撑管外套有塑料管透过液穿过膜及支撑管后汇集在套管的环隙中最后经套管壁上的小孔流出面收集。可把多根膜管串联起来这样在内管的出口处可以很到浓缩液。

  现在通用的管式组件是把膜直接铸在聚氯乙烯或聚乙烯烧结成的微孔管上。根据不伺的生产能力采甩不同数目的管子组装成壳竹换热器(通称列管换热器)的型式仍以内压式为例料液走竹程透过液走壳程。经不断循环后可达到浓缩分离的目的。这种组件的铸膜方法如是内压式可采用重锤拖曳法外压式可重力法。

      板框式组件板框式膜分离设备组件是参照工厂中分离非均相溶液常用的板框压滤机而设计的。组件中以高分子膜替代压滤机中的滤布。采用的平膜由流涎法铸成。板框式的结构可以有多种形式。组件由一系列两侧覆有膜的支承板(板上有微细流通侧边有一小接吮可将透过液引流出去)及隔板(内外缘布小孔若干块板叠加后即构成料液通络汉上也有流道)串联连接而成。支承饭及隔板的大小和外形是相同的 用中央螺栓把多层板紧固在一起。根据处理量的大小可以组装成的实验型组件或以上的生产装置这种组件可以经受高压流通阻力小膜不易被堵塞而且膜能以方便、快速及经济的方式吏换。另外一种平板膜组件是呈折叠式的。即把膜折叠后装在塑料外壳中这样可提.荡膜的装填密度同时也减小了透过液侧的阻力。从国外引进的制备超纯水装置的终端过滤器都用折叠式膜组件。无锡县红旗超滤设备厂研制的HQ系列百褶裙滤筒可以在进口设备上配套使用。

       螺旋卷式螺旋卷式(通称卷式)的原理与板框式相同可以看作是卷起的板框式即把膜、支撑材料及料滚通材料滚压在一起然后装入能承受压力的容器中透过液在中央布有小孔的中心管中汇集。其特点是膜的填充密度较大成本低但是浓差极化难以控制。不同的卷式组件料液及透过液的路线是不同的。

  加压的料液流入膜套的外表面
  透过掖便渗入膜套后流入中心集液管而流出浓缩液仍沿原路流出。枕州海洋二所研制成了反渗透卷式组件。
  毛细管式其结构和管式相同但兼有中空纤维式及管式的特点。它是由孔径为一的毛细管膜来组成膜用纺丝法制造所以不需支撑体。外压式操作时料液进入壳程透过液经管壁的膜孔进入管程。反复循环当达到预定的浓缩比后即完成一个操作周期。料液的流动状态易于控制但耐压较管式为差。通常外壁属活性皮层。现在有人研究使内外壁都形成皮层这样可以增大机械强度。如采用内压式操作则流向和上述的相反即料液经分配头后进入管程透过液由管程渗透到壳程。
  中空纤维式
  中空纤维膜是由毛细管膜发展而来的纤维的直径是50一50协m(通常人发直径为75件壁厚约0一20件。为它依靠成千上万根纤维束经环氧树脂或硅橡胶封头粘结后组装而成的。可以把它看作是直径极细的毛细管式。可以想象要纺制圆整度好的中空纤维是有一定难度的。除了设计合理的喷丝头外对于纺丝原液的流变特性及可纺性应作仔细的研究。另外纺丝时的工艺条件诸如浓度、湿度及纤芯充填液的流量和组成等都应严格掌握好。只有这样才能制造出质量稳定的中空纤维膜。中国纺织大学研制的人工肾即是用纤维素新溶剂法制得的中空纤维膜组装而成的。从发展方向来看中空纤维式的前是广阔的。据资料报导国外的气体分离用膜、生物工程用膜等大多采甩中空纤维膜。在。可以这样说膜料学的研究硬件(即膜组件比较简单而软件(膜的形成及传输机理等很复杂)。
 膜分离设备工艺
  整个膜分离工艺应包括料液的前处理工艺、分离工艺及膜的后处理工艺三个部分。
  三者有机相联
  不能有所偏废。前处理工艺各种不同材质的膜及各种不同形式的组件对于被分离的料液都有不同的要求。前处理工艺的任务就是对料液进行预处理其中包括去杂(诸如去除料液中的悬浮性固体、胶粒及可溶性有机物等、调整料液的温度及PH值和去除微生物(如细菌及藻类等。悬浮性固体粒子可经5~25件m的滤筒用常规过滤法除去。对于粒径在5协m以下的固体或胶体可追加适当的凝聚剂。常选用和胶粒带相反电荷的凝聚剂。这样可使胶粒凝集成胶团除去。反渗透系统料液中的胶粒可藉精密过滤及超滤来除净。可溶性有机物的去除可选用吸附法或添加次氯酸钠氧化剂法致于温度的调节可用换热器而PH的调节常使用及。细菌的存在侵蚀膜对于纤维素及纤维素醋类膜细菌的危害特别严重所以湿态保存CA膜时应加入甲醛。除去微生物用加氯的方法是有效的当然也可用其它氧化剂。微滤法可用来除菌。
  膜分离设备工艺主要是选择组件的形式、操作方式以及确定分离装置的大小(即膜面积的多少。不同的生产任务对工艺的要求是不同的。下面以乳品工业中常用的超滤流程作一说明。按操作方式可分为分批式、半连续式及连续多级循环式三大类。
  分批式及半连续式适用于实验室及小规模工厂。通过这些操作所得的经验可以作为工程放大的依据连续多级循环式是由一系列循环单元串联而成的。每一个单元都包括有一台泵和一个膜组件。有时还可包括换热器(加热或冷却)及调节阀等。循环泵可保证溶液在组件中有高的流速,随着单元数的增加,溶液浓度逐渐递增。操作时,每个膜组件中的溶液浓度可认为不随时间而变。因为操作情况和分批式或半连续式都不同,尤其是产生膜污染的程度随时间延续而加剧,所以它的生产能力的估算较为困难。有资料介绍,根据分批式和半延续式操作所得的数据,通过计算机的运算还是可以求得生产能力或通量的大小。
  后处理工艺膜分离设备组件在运转过程中,膜污染总是不可避免的。后处理的工艺主要是膜的清洗。可采用物理或化学的.方法清洗膜。下列是几种常用的清洗法。
  (1)水洗在操作的中途或结束时,用清水(或料液)冲洗膜面。耐热性较好的膜,可用高温水洗。有时也可采用水和空气混和后冲洗。水洗法虽然较简单,但并不完善。`(2)海绵球清洗适用于内压管式组件。把具有弹性的聚氨基甲酸酷类聚合物制成的多孔海绵状小球,在管内循环流动,这样可把膜面的污染物强制去除。利用这种方法,几乎能把软质垢全部去除。硬质垢易损伤膜表面,操作时要慎重。
  (3)超声波清洗利用超声波的震动,可在操作中随时把膜面污染物去除。现在实验室用的起滤器常用此法,但尚未在工程上应用。
  (4)化学清洗用化学药剂和膜面沉程物发生反应而达到清洗目的。常用的药剂有孙aOH和NaCQ。溶液、一柠檬酸、过硼酸钠、浓盐水及次氯酸钠等。可根据膜材料抗化学药剂的能力而选用。
  (5)含酶洗涤剂清洗酶对有机物特别对蛋白质、多酷类及油酷类污染的清洗效果明显。酶的浓度、PH值以及清洗的温度及时间等应根据酶的话性及膜材料性能而定。

  膜科学作为一门新兴的边缘科学正处于发展的阶段。固体膜以压力差作推动力分离均相溶液常用的微滤、超滤及反渗透的概貌作一论述。除此之外,固膜分离技术还可用来分离气相物系(如空气之氧的富售和从合成氨尾气中回收氛气等)。也可用浓度差或电位差作推动力进行渗析(如人工肾)或电渗析(如海水淡化及制备高纯水)等。另外固膜在酶的固定化、酶膜反应器及药物控制。

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