膜分離原理及應(yīng)用

膜別離技術(shù)目錄 膜別離概念 膜別離原理 膜別離技術(shù)原理 膜別離的應(yīng)用 膜別離在食品工業(yè)中的應(yīng)用 膜別離法 膜別離設(shè)備簡(jiǎn)介膜別離技術(shù)是利用天然或人工制備的具有選擇透過(guò)性的膜，以外界能量或化學(xué)單位差為推動(dòng)力對(duì)雙組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行別離，分級(jí)，提純和濃縮的方法?！惨裕盒陆髮W(xué)學(xué)報(bào)——郭瑞麗，李玲著〕膜別離原理在膜別離過(guò)程中，由于膜具有選擇透過(guò)性，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力〔如壓力差、濃度差、電位差等〕，原料側(cè)組分選擇性的透過(guò)膜以到達(dá)別離提純的目的。其傳遞過(guò)程極為復(fù)雜，通過(guò)多孔型的膜有孔模型、微孔擴(kuò)散模型、優(yōu)先吸附-毛細(xì)管流動(dòng)模型；通過(guò)非多孔膜的主要是溶解-擴(kuò)散模型等。因而不同的膜過(guò)程使用的膜不同，推動(dòng)力不同，其傳遞機(jī)理也不同。〔引自：新疆大學(xué)學(xué)報(bào)——郭瑞麗，李玲著〕優(yōu)點(diǎn):1)能耗低。膜別離不涉及相變，對(duì)能量要求低，與蒸餾、結(jié)晶和蒸發(fā)相比有較大的差異；2)別離條件溫和，對(duì)于熱敏感物質(zhì)的別離很重要；3)操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修本錢(qián)低、易于自動(dòng)化。缺點(diǎn)1)膜面易發(fā)生污染，膜別離性能降低，故需采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法；2)穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；3)單獨(dú)的膜別離技術(shù)功能有限，需與其他別離技術(shù)連用。膜別離技術(shù)的特點(diǎn)1)細(xì)胞培養(yǎng)基的除菌；2)發(fā)酵液或培養(yǎng)液中細(xì)胞的收集和除去；3)細(xì)胞破碎后碎片的除去；4)目標(biāo)產(chǎn)物局部純化后的濃縮或?yàn)V除小分子溶質(zhì)；5)最終產(chǎn)品的濃縮和洗濾除鹽；6)蛋白質(zhì)的回收、濃縮和純化7)制備用于調(diào)制生物產(chǎn)品和清洗產(chǎn)品容器的無(wú)熱源水；8)膜生物反響器。膜技術(shù)的應(yīng)用膜別離技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用1、生產(chǎn)果蔬汁利用反滲透技術(shù)濃縮果蔬汁，可以提高果汁成份的穩(wěn)定性、減少體積以便運(yùn)輸，并能除去不良物質(zhì)，改善果蔬汁風(fēng)味。例如：果蔬汁中的芳香成份在蒸發(fā)濃縮過(guò)程中幾乎全部失去，冷凍脫水法也只能保存大約8%，而用反滲透技術(shù)那么能保存30-60%。2、用于乳品工業(yè)反滲透、超濾技術(shù)主要用于乳清蛋白的回收和牛乳的濃縮。利用膜別離技術(shù)加工乳品，可以降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量。將反滲透技術(shù)用于稀牛奶的濃縮，可生產(chǎn)出品質(zhì)令人滿意的奶酪及甜酸奶。用反滲透技術(shù)除去乳牛清中的微量青霉素，大大延長(zhǎng)了乳制品的保質(zhì)期。當(dāng)采用超濾法濃縮乳清蛋白時(shí)，還可同時(shí)除去乳糖、灰分等。3、生產(chǎn)酒類利用超濾技術(shù)，可以除去酒及酒精飲料中殘存的酵母菌、雜菌及膠體物質(zhì)等，可以改善酒的澄清度，延長(zhǎng)保存期，還能使生酒具有熟成味，縮短老熟期。此法還可防止酒的熱殺菌易引起的混濁成分的析出，簡(jiǎn)化過(guò)濾設(shè)備。4、用于豆制品工業(yè)膜技術(shù)在豆制品工業(yè)中的主要應(yīng)用是別離和回收蛋白質(zhì)。利用超濾法濃縮殘留蛋白質(zhì)，能夠增加20～30%的豆腐收得率。采用超濾法還可以在濃縮蛋白的同時(shí)，去除產(chǎn)生豆膻味和影響豆乳穩(wěn)定性的低分子物質(zhì)，提高豆乳質(zhì)量。利用膜技術(shù)還可以獲得大豆異黃酮、大豆寡糖、大豆別離蛋白、寡肽、免疫球蛋白、竹葉黃酮等功能食品的功能配料。5．用于調(diào)味品工業(yè)在制醬工廠排出的廢水中，80%以上BOD主要來(lái)自大豆的蒸煮汁。利用超濾法對(duì)大豆煮汁進(jìn)行分階段處理，其透過(guò)液可作為生產(chǎn)用水回收，濃縮液可用作生產(chǎn)原料。膜別離法與物質(zhì)直徑的關(guān)系透析：醋酸纖維、聚丙烯腈、聚酰胺、微濾膜：硝酸/醋酸纖維，聚氟乙烯，聚丙烯，超濾膜：聚砜，硝酸纖維，醋酸纖維反滲透膜：醋酸纖維素衍生物，聚酰胺納濾膜：聚電解質(zhì)+聚酰胺、聚醚砜電滲析：離子交換樹(shù)脂滲透蒸發(fā)：彈性態(tài)或玻璃態(tài)聚合物;聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺常見(jiàn)膜別離法及材料幾種膜別離技術(shù)的別離范圍膜污染(membranefouling)原因：A、凝膠極化引起的凝膠層B、溶質(zhì)在膜外表的吸附層C、膜孔堵塞D、膜孔內(nèi)溶質(zhì)吸附膜污染不僅造成透過(guò)通量大幅度而且影響產(chǎn)物的回收率。

膜清洗A、試劑：水、鹽溶液、稀酸、稀堿、外表活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等。B、原那么：去污能力好，對(duì)膜無(wú)損害，本錢(qián)最低。C、方法：反向清洗，試劑置換，化學(xué)降解消化。E、預(yù)防：膜的預(yù)處理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液預(yù)處理(調(diào)pH，預(yù)過(guò)濾)，開(kāi)發(fā)抗污染膜，臨界壓力操作等。膜的污染和清理防止膜污染的方法可以通過(guò)控制膜污染影響因素，減少膜污染的危害，延長(zhǎng)膜的有效操作時(shí)間，減少清洗頻率，提高生產(chǎn)能力和效率，因此在用微濾，超濾別離，濃縮細(xì)胞，菌體或大分子產(chǎn)物時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn):①進(jìn)料液的預(yù)處理：預(yù)過(guò)濾、pH及金屬離子控制；②選擇適宜的膜材料：減輕膜的吸附；③改善操作條件：加大流速。膜別離設(shè)備介紹膜別離設(shè)備是利用膜別離技術(shù)而在生產(chǎn)工廠按照其膜別離的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)制造的大型機(jī)械設(shè)備，其設(shè)備能夠其別離的作用，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的別離方式。膜別離設(shè)備的核心技術(shù)就是膜別離技術(shù)，其別離膜是具有選擇性別離功能的材料，其工作原理是物理機(jī)械篩分原理，其別離過(guò)程是利用膜的選擇性別離機(jī)理實(shí)現(xiàn)料液的不同組分間的別離或有小成分濃縮的過(guò)程。膜別離技術(shù)設(shè)備與傳統(tǒng)的過(guò)濾不同在于：膜可以再分子范圍內(nèi)進(jìn)行選擇性地別離、膜的錯(cuò)流式運(yùn)行工藝可以解決污染堵塞問(wèn)題，是一種科學(xué)先進(jìn)的別離技術(shù)和工藝。膜別離的工藝應(yīng)用開(kāi)發(fā)需以物料體系特性和工藝要求為基準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)開(kāi)展科學(xué)驗(yàn)證，在解決物料精制難題的同時(shí)，還要報(bào)整工藝的可行性，并適合于工業(yè)化得清潔生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的四種膜過(guò)濾裝置及優(yōu)缺點(diǎn)：

型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)管式易清洗，無(wú)死角，適宜于處理含固體較多的料液，單根管子可以調(diào)換保留體積大，單位體積中所含過(guò)濾面積較小，壓力降大中空纖維式保留體積小，單位體積所含過(guò)濾面積大，可以逆洗，操作壓力較低，動(dòng)力消耗較低料液需要預(yù)處理，單根纖維損壞時(shí)需調(diào)換整個(gè)模件螺旋卷繞式單位體積中