生物分離工程膜分離

關(guān)于生物分離工程膜分離第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月生物分離過程的一般流程原料液細胞分離(離心，過濾)細胞－胞內(nèi)產(chǎn)物路線一路線二細胞破碎碎片分離路線一A路線一B清液－胞外產(chǎn)物粗分離(鹽析、萃取、超過濾等)純化(層析、電泳)脫鹽(凝膠過濾、超過濾)濃縮(超過濾)精制(結(jié)晶、干燥)包含體溶解(加鹽酸胍、脲)復(fù)性第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容第一節(jié)膜分離技術(shù)概述第二節(jié)膜材料及其特性第三節(jié)膜組件第四節(jié)應(yīng)用第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)膜分離技術(shù)概述一、基本概念膜分離

(membraneseparation)利用具有一定選擇透過特性的過濾介質(zhì)進行物質(zhì)的分離純化，是人類最早應(yīng)用的分離技術(shù)之一，如酒的過濾，中草藥的提取等。第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

所謂的膜，是指在一種流體相內(nèi)或在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。膜的特性：

◆不管膜多薄,它必須有兩個界面。這兩個界面分別與兩側(cè)的流體相接觸；

◆膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。膜(Membrane)是什么？有何特性？第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月膜分離過程原理：以選擇性透膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個推動力（如濃度差、壓力差或電位差等）時，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜上游，透過側(cè)稱為膜下游。膜上游

透膜

膜下游選擇性透膜第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二、膜的種類陽離子膜陰離子膜分離膜高分子膜液體膜生物膜帶電膜非帶電膜微濾膜超濾膜反滲透膜納米濾膜第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三、膜分離的特點①高效；②節(jié)能；③設(shè)備易放大，可以分批或連續(xù)操作；④無污染；因而在生物產(chǎn)品的處理中占有重要地位。第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)膜材料及其特性1.按膜的材料分類

表1膜材料的分類一、膜材料的類型第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按膜的分離原理及適用范圍分類

根據(jù)分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分為微孔膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。3.按膜的形態(tài)分類

按膜的形狀分為平板膜(FlatMembrane)、管式膜(TubularMembrane)和中空纖維膜(HollowFiber)。第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月4.按膜的結(jié)構(gòu)分類（1）對稱膜(SymmetricMembrane)

（2）非對稱膜(AsymmetricMembrane)

（3）復(fù)合膜(CompositeMembrane)＊結(jié)構(gòu)與方向無關(guān)＊可以是致密的，或是多孔的，膜透量?。饕糜陔姖B析和個別氣體分離

＊有一個很薄的單比較致密的分離層和多孔支撐層＊高傳質(zhì)和良好的機械強度；被脫除的物質(zhì)大都在其表面，易于清除。第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二、主要市售膜材料有機高分子材料

無機材料天然高分子材料合成高分子材料膜材料第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三、膜的結(jié)構(gòu)特性1.孔道特性包括孔徑、孔徑分布和孔隙率2.膜的另一特性是其純水的透過通量，通稱水通量。第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個單元稱為膜組件。工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。第三節(jié)膜組件(MembraneModule)第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)板框式(Plate-and-Frame)膜組件板框式是最早使用的一種膜組件。其設(shè)計類似于常規(guī)的板框過濾裝置。第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月海水從上部進入組件后，沿膜表面逐層流動，其中純水透過膜到達膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔聚集在邊緣的導(dǎo)流管后排出，而未透過的濃縮咸水從下部排出。在多孔支撐板兩側(cè)覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個端板密封，壓緊。第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月截留液透過液料液平板式膜組件第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月平板式構(gòu)造第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管組裝在一起。(2)管式(Tubular)膜組件第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)壓管式：多孔管膜料液外壓管式：料液內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。管式膜組件第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)螺旋卷式(SpiralWound)膜組件

卷式納濾膜濃縮設(shè)備(生產(chǎn)型)

第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月由中間為多孔支撐板，兩側(cè)是膜的“膜袋”裝配而成，膜袋的三個邊粘封，另一邊與一根多孔中心管連接。組裝時在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀材料（隔網(wǎng)），繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內(nèi)。原料進入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動，而透過物進入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動，最后匯集在中心收集管中再排出。第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)中空纖維(HollowFiber)膜組件將大量的中空纖維安裝在一個管狀容器內(nèi),中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一端流人,沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動,透過液則滲透通過中空纖維壁進入內(nèi)腔,然后從纖維在環(huán)氧樹脂的固封頭的開端引出,原液則從膜組件的另一端流出。中空纖維膜組件的最大特點是單位裝填膜面積比所有其他組件大,最高可達到30000m2/m3。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表。第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)應(yīng)用

膜分離法在生物產(chǎn)物的回收和純化方面的應(yīng)用：?細胞培養(yǎng)基的除菌；?發(fā)酵或培養(yǎng)液中細胞的收集或除去；?細胞破碎后碎片的除去；?目標產(chǎn)物部分純化后的濃縮或洗濾除去小分子溶質(zhì)；?最終產(chǎn)品的濃縮和洗濾處鹽；?制備用于調(diào)制生物產(chǎn)品和清洗產(chǎn)品容器的無熱原水。第29頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月參考文獻[1]童欣,張皓.膜分離技術(shù)在天然產(chǎn)物中的應(yīng)用[J].生物技術(shù)世界.2015(03)[2]翟小玲,黎志堅,徐娟,蔣莉娟,許招懂.膜分離技術(shù)在痔炎消顆粒制備中的應(yīng)用[J].中成藥.2016(03)[3]王紹堃,孫暉,王喜軍.膜分離技術(shù)及其在中藥提取分離中的應(yīng)用[J].世界中西醫(yī)結(jié)合雜志.2011(12)[4]凌關(guān)庭.生花生中油脂和食用蛋白制品的水抽提——膜分離生產(chǎn)法[J].食品科學(xué).1983(03)[5]周秀琴.膜分離法的開發(fā)應(yīng)用[J].發(fā)酵科技通訊.2003(03)[6]崔洪友.膜分離處理印染廢水研究進展[J].世界科