食品分离技术——膜分离技术.ppt

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1、回回 顾顾一一、分离技术的分类及特点、分离技术的分类及特点 v 分离技术：分离技术：分为机械分离和传质分离两大类。l 机械分离机械分离处理的是两相或者两相以上的混合物，如过滤、沉降、离心分离、旋风分离等。l 传质分离的特点传质分离的特点是分离过程中间有传质现象发生。如反渗透、超滤、电泳等传质分离过程：包括传质分离过程：包括平衡分离平衡分离过程和速率控制分离速率控制分离过程。l 速率控制分离过程速率控制分离过程速率控制分离过程速率控制分离过程：根据混合物中各个组分扩散速度的差异来实现分离的过程，如反渗透、超滤、电泳等。分离中利用浓度差、压力差以及温度差等作为分离推动力。l 平衡分离过程平衡分离过

2、程平衡分离过程平衡分离过程：指借助于分离媒介分离媒介(热能、溶剂、吸附剂)，使均相均相混合物系统变成两相两相系统，再以各组分在媒介中的不同的分配系数分配系数为依据而实现分离的过程。如萃取、精馏、吸附、吸收、离子交换等。v 按分离性质分类按分离性质分类 l 物理分离法：物理分离法：以被分离对象在物理性质方面的差异 作为分离依据，热扩散法、过滤、沉淀、离心分离等；l 化学分离法：化学分离法：依据被分离对象在化学性质方面的差异 来分：沉淀分离法、溶剂萃取法、离子交换技术等；l 物理化学分离法：物理化学分离法：被分离对象中，存在着不止一个 特性方面的差异，包括在物理和化学性质方面的差异。二、二、食品分

3、离新技术在食品工业中的重要性食品分离新技术在食品工业中的重要性 2、食品分离、食品分离新新技术能提高食品原料的综合利用程度技术能提高食品原料的综合利用程度。3、食品分离、食品分离新新技术能保持和改进食品的营养和风味。技术能保持和改进食品的营养和风味。4、食品分离、食品分离新新技术使产品符合食品卫生的要求。技术使产品符合食品卫生的要求。5、食品分离、食品分离新新技术能改变食品行业的生产面貌。技术能改变食品行业的生产面貌。1、食品分离技术是食品工业的基础。、食品分离技术是食品工业的基础。植物油、淀粉、植物油、淀粉、糖、速溶咖啡等糖、速溶咖啡等油脂的低温脱溶、茶叶下脚料、柑橘皮的利用等等油脂的低温脱

4、溶、茶叶下脚料、柑橘皮的利用等等膜分离代替热处理浓缩和真空浓缩、分离生物活性物质膜分离代替热处理浓缩和真空浓缩、分离生物活性物质去除其中的有害成分：棉酚、芥子苷、黄曲霉素去除其中的有害成分：棉酚、芥子苷、黄曲霉素一、一、膜分离技术的发展历程膜分离技术的发展历程 1748年，年，Abble Nelkt首次进行猪膀胱膜的渗透分离试验，首次进行猪膀胱膜的渗透分离试验，揭示了膜分离现象；揭示了膜分离现象；1861年年Thomas Graham介绍了用膜分离法可以从多糖蛋白质介绍了用膜分离法可以从多糖蛋白质 溶液中除去一些无机盐类物质；溶液中除去一些无机盐类物质；1864年，年，Traube成功研制出第

5、一片人造膜成功研制出第一片人造膜亚铁氰化铜膜亚铁氰化铜膜 1907年年Bechhold首先发表了滤膜性质的报告；首先发表了滤膜性质的报告；1930年左右法国出现硝酸纤维素膜商品，用于过滤病毒和分年左右法国出现硝酸纤维素膜商品，用于过滤病毒和分 离血清蛋白质等；离血清蛋白质等；1953年，美国佛罗里达大学的年，美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透等人最早提出反渗透 淡化海水；淡化海水；1960年，年，Loeb与与Sourirtajan发明了第一代高性能的非对发明了第一代高性能的非对 称性醋酸纤维素膜，反渗透称性醋酸纤维素膜，反渗透(RO)首次用于海水及苦咸水首次用于海水及苦咸水 淡化。但

6、至淡化。但至2020世纪世纪世纪世纪6060年代中期年代中期年代中期年代中期，才应用于工业上。，才应用于工业上。l 在膜分离技术发展史上，在膜分离技术发展史上，首先首先出现的技术为出现的技术为超滤超滤 (Ultrafiltration，简称简称UF)和和微孔过滤微孔过滤(Microfiltration，简称简称MF)，然后出现然后出现反渗透反渗透(Reverse Osmosis，简称简称RO)。20世纪世纪60年代初，在制膜技术取得了突破后，年代初，在制膜技术取得了突破后，膜分离技膜分离技 术才得到飞跃发展；膜材料、膜装置相继被发明；术才得到飞跃发展；膜材料、膜装置相继被发明；1957年中国科

7、学院化学所开始了离子交换膜的研究。年中国科学院化学所开始了离子交换膜的研究。1964年海军医学研究所研制出咸水淡化器。年海军医学研究所研制出咸水淡化器。1970年北京市环境保护科学研究所建立电渗析淡化年北京市环境保护科学研究所建立电渗析淡化 水站，淡化水生产量达水站，淡化水生产量达100m3/d以上；以上；我我我我 国：国：国：国：1977年至年至1984年，我国共生产电渗析器年，我国共生产电渗析器4000台左右，台左右，平均每年生产约平均每年生产约600台；台；目前膜分离技术广泛应用于水处理、乳品加工、果目前膜分离技术广泛应用于水处理、乳品加工、果 蔬加工、食品发酵、蛋白质和酶的提取等。蔬加

8、工、食品发酵、蛋白质和酶的提取等。二、膜分离技术的基本概念二、膜分离技术的基本概念 膜膜分分离离：指指用用天天然然或或人人工工合合成成的的高高分分子子膜膜，以以外外加加压压力力或或化化学学位位差差为为推推动动力力，对对双双组组分分或或多多组组分分的的溶溶液液进进行行分分离离、分分级级、提纯和富集的方法；膜分离法可用于液相和气相的分离。提纯和富集的方法；膜分离法可用于液相和气相的分离。渗析渗析(或透析或透析)：用半透膜把容器隔开，膜的一侧是溶液，用半透膜把容器隔开，膜的一侧是溶液，另一侧是纯水，或者膜的两侧是浓度不同的溶液。小分子溶质另一侧是纯水，或者膜的两侧是浓度不同的溶液。小分子溶质透过膜向

9、纯水侧移动，而纯水透过膜向溶液侧移动的现象。透过膜向纯水侧移动，而纯水透过膜向溶液侧移动的现象。属于渗析的分离方法有：属于渗析的分离方法有：属于渗析的分离方法有：属于渗析的分离方法有：电渗析、压渗析、渗析、热渗析电渗析、压渗析、渗析、热渗析。（一）膜分离概念（一）膜分离概念 渗透渗透：仅有溶液中的溶剂透过膜向纯水侧或浓溶液仅有溶液中的溶剂透过膜向纯水侧或浓溶液 侧移动，而溶质不透过膜的分离现象。侧移动，而溶质不透过膜的分离现象。只能使溶剂或溶质透过的膜称为只能使溶剂或溶质透过的膜称为半透膜半透膜。如果半透膜只。如果半透膜只 能使某些溶质或溶剂透过，而不能使另一些溶质或溶剂能使某些溶质或溶剂透过

10、，而不能使另一些溶质或溶剂 透过，称之为透过，称之为膜的选择透过性膜的选择透过性。引起上述分离的推动力引起上述分离的推动力：电位差、压力差、浓度差、温度差等电位差、压力差、浓度差、温度差等。属于渗透的分离方法有：属于渗透的分离方法有：电渗透、反渗透、渗透、热渗透电渗透、反渗透、渗透、热渗透。膜分离是对溶液中不同溶质的分离，每一种溶质是由膜分离是对溶液中不同溶质的分离，每一种溶质是由 不同的分子构成的，因此，膜分离也是一种不同的分子构成的，因此，膜分离也是一种分子级分离分子级分离。n 从膜功能上来说，膜分离技术主要包括：从膜功能上来说，膜分离技术主要包括：l 在食品工业中应用最广泛的膜分离技术：

11、微滤（微滤（MF）、）、超滤（超滤（UF）、）、纳滤（纳滤（NF）、）、反渗透反渗透（RO）、电渗析（、电渗析（ED）、）、气体渗透（气体渗透（GP）、）、膜乳化膜乳化（FE）及液膜分离技术等。及液膜分离技术等。超滤、反渗透和电渗析超滤、反渗透和电渗析超滤、反渗透和电渗析超滤、反渗透和电渗析（二）分类（二）分类过程过程 膜膜 主要功能主要功能 推动力推动力 微滤微滤对称细孔高分子膜对称细孔高分子膜孔径孔径0.0310 nm 0.0310 nm 滤除滤除 50 nm50 nm的的颗粒颗粒 压差压差 0.1 0.1 MPaMPa 超滤超滤非对称多孔膜非对称多孔膜孔径孔径120 nm 120 nm

12、滤除滤除 5100 nm5100 nm的颗粒的颗粒 压差压差 0.1 0.1 MPaMPa 反渗透反渗透非对称性或复合膜非对称性或复合膜孔径孔径0.11 nm 0.11 nm 水溶液中溶解盐水溶液中溶解盐类的脱除类的脱除 压差压差1 10 1 10 MPaMPa 透析透析非对称离子交换膜非对称离子交换膜孔径孔径110 nm 110 nm 水溶液中无机酸、水溶液中无机酸、盐的脱除盐的脱除 浓度差浓度差 电渗析电渗析阴、阳离子交换膜阴、阳离子交换膜孔径孔径110 nm 110 nm 水溶液中酸、水溶液中酸、碱、盐的脱碱、盐的脱除除 电位差电位差 气体分离气体分离均质膜和非对称膜均质膜和非对称膜 滤

13、除滤除 50 nm50 nm的的颗粒颗粒 压差压差110 110 MpaMpa浓度差浓度差 渗透汽化渗透汽化复合膜复合膜 水、有机物的分水、有机物的分离离 渗透边的分压渗透边的分压下降下降 液膜液膜液体保存在多孔膜中液体保存在多孔膜中 盐、生理活性物盐、生理活性物质的分离质的分离 浓度差浓度差 常见的膜分离过程常见的膜分离过程三、膜分离的基本方法及其原理三、膜分离的基本方法及其原理 (一一)反渗透反渗透(Reverse Osmosis，简称简称RO)。1、反渗透的基本原理、反渗透的基本原理 n n反渗透技术是利用反渗透膜只能透过溶剂反渗透技术是利用反渗透膜只能透过溶剂 (通常通常是水是水)而不

14、能透过溶质的选择透过性，对溶液施而不能透过溶质的选择透过性，对溶液施加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。反渗透的压力差膜而从溶液中分离出来的过程。反渗透的压力差为为110MPa110MPa。反反反反渗渗渗渗透透透透的的的的最最最最大大大大特特特特点点点点：能截留绝大部分和溶剂分子大小同一数量级的溶质，而获得相当纯净的溶剂(如水)。2、反渗透的特征参数、反渗透的特征参数 透水速率：透水速率：透水速率：透水速率：在反渗透中，单位时间内通过半透膜 的透过液体积(或质量)；评价反渗透操作的指标：评价反渗透操作的指标：评价反渗透

15、操作的指标：评价反渗透操作的指标：透水速率透水速率和和溶质透过率溶质透过率 或溶质脱除率或溶质脱除率。溶质透过率溶质透过率溶质透过率溶质透过率(SP)(SP)：某离子或分子在透过液中的浓度与某离子或分子在透过液中的浓度与 在浓缩液主体中的浓度之比值，在浓缩液主体中的浓度之比值，即：即：SPSP=（透过液中溶质浓度透过液中溶质浓度/原液溶质浓度）原液溶质浓度）100%v 溶质的透过率(脱除率)与半透膜的特性、压力 差、溶质分子大小、分子形状、所带电荷以及此 溶质是否为制膜材料的溶剂成分等因素有关。3、例：反渗透法生产精制水、例：反渗透法生产精制水（二）超（二）超 滤滤(Ultrafiltrati

16、on，简称简称UF)v 超超超超滤滤滤滤：在在一一定定压压力力(010.8MPa)下下，利利用用超超滤滤膜膜只只允允许许溶溶溶溶剂剂剂剂、无无无无机机机机盐盐盐盐和和和和小小小小分分分分子子子子物物物物质质质质透透过过，而而截截留留溶溶液液中中的的悬悬浮浮物物、胶胶体体、微微粒粒、有有机机物物、细细菌菌和和其其他他微微生生物物等等大大大大分分分分子子子子物质或微细粒子物质或微细粒子物质或微细粒子物质或微细粒子，进行分离的，进行分离的物理筛分物理筛分过程。过程。v 超滤膜的结构超滤膜的结构超滤膜的结构超滤膜的结构：超滤所用的膜为非对称性膜，其表面超滤所用的膜为非对称性膜，其表面 为活性层，有孔径

17、为活性层，有孔径1.020.0nm1.020.0nm(或更大或更大)的微孔，能够截的微孔，能够截 留留相对分子质量为相对分子质量为500500以上以上以上以上的的大分子大分子大分子大分子和和胶体微粒胶体微粒胶体微粒胶体微粒。超滤膜对大分子的截留机理超滤膜对大分子的截留机理主要主要主要主要是是筛分作用筛分作用筛分作用筛分作用；同时，同时，膜的化学性质膜的化学性质也影响透过性能，如离子交换膜。也影响透过性能，如离子交换膜。决定截留效果决定截留效果决定截留效果决定截留效果的主要是：膜的表面活性层上的主要是：膜的表面活性层上孔的大小和形状孔的大小和形状 超滤系统，超滤系统，6t/h 超超滤滤过过程程与

18、与反反渗渗透透过过程程非非常常接接近近，只只不不过过超超滤滤膜膜孔孔径径稍稍大大，而而反反渗渗透透操操作作压压力力较较高高。从从半半透透膜膜的的角角度度来来看看，超超滤滤可可以以看看成成有有较较大大孔径的反渗透膜。孔径的反渗透膜。v 超滤与反渗透超滤与反渗透超滤与反渗透超滤与反渗透(三三)、纳、纳 滤滤（Nanofiltration，NF）纳滤也称为低压反渗透（纳滤也称为低压反渗透（0.52.5MPa）或松散反渗透或松散反渗透(Loose RO)，是具有纳，是具有纳米级孔径且带有电荷的特殊膜过滤。米级孔径且带有电荷的特殊膜过滤。纳滤膜的分离机理：纳滤膜的分离机理：纳滤膜对溶质分子的截留去除主要

19、受膜的纳滤膜对溶质分子的截留去除主要受膜的电荷性和电荷性和孔径大小孔径大小的影响的影响决定了纳滤膜对溶质分离的决定了纳滤膜对溶质分离的两个两个主要机制主要机制：电荷作用和筛分作用电荷作用和筛分作用。1、NF膜介于膜介于RO与与UF膜之间。膜之间。RO膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率；膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率；NF膜膜 主要脱除纳米级（主要脱除纳米级（110nm）的溶质粒子，截留分子量）的溶质粒子，截留分子量 为为2001000Da。UF对盐和低分子量有机物没有截留效对盐和低分子量有机物没有截留效 果，而果，而NF膜能截留低分子量有机物和多价盐。膜能截留低分子量有机物和多价盐。2、N

20、F操作压力低，为操作压力低，为0.52.0MPa，而反渗透，而反渗透110MPa3、NF膜为荷电膜膜为荷电膜，膜表面一般带负电，膜表面一般带负电。因道南效应。因道南效应 （donnan），可实现不同价态离子的分离。），可实现不同价态离子的分离。在很低压力下仍具有较高脱盐性能；在很低压力下仍具有较高脱盐性能；截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐。NF膜的特点膜的特点某公司不同膜的截留率比较某公司不同膜的截留率比较物质种类物质种类物质种类物质种类反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜宽松反渗透膜宽松反渗透膜宽松反渗透膜宽松反渗透膜纳滤膜纳滤膜纳滤膜纳滤膜超滤膜超滤膜超滤膜

21、超滤膜氯化钠氯化钠氯化钠氯化钠99%99%7095%7095%050%050%0%0%硫酸钠硫酸钠硫酸钠硫酸钠99%99%8095%8095%99%99%0%0%氯化钙氯化钙氯化钙氯化钙99%99%8095%8095%060%060%0%0%硫酸镁硫酸镁硫酸镁硫酸镁99%99%9598%9598%99%99%0%0%硫酸硫酸硫酸硫酸98%98%8090%8090%0%0%0%0%盐酸盐酸盐酸盐酸90%90%7085%7085%0%0%0%0%果糖果糖果糖果糖 99%99%99%99%99%99%0%0%蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖 99%99%99%99%99%99%0%0%腐殖酸腐殖酸腐殖酸腐殖酸 99

22、%99%99%99%99%99%0%0%病毒病毒病毒病毒99.99%99.99%99.99%99.99%99.99%99.99%99%99%蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质99.99%99.99%99.99%99.99%99.99%99.99%99%99%细菌细菌细菌细菌99.99%99.99%99.99%99.99%99.99%99.99%99%99%u 主要用于饮用水的软化、脱色、脱异味，脱可主要用于饮用水的软化、脱色、脱异味，脱可 溶性有机物、农药、合成洗涤剂等。溶性有机物、农药、合成洗涤剂等。u 抗生素的浓缩和纯化；抗生素的浓缩和纯化；u 肽和氨基酸的分离；肽和氨基酸的分离；u 果汁的高度浓缩

23、；果汁的高度浓缩；u 牛奶及乳清蛋白的浓缩；牛奶及乳清蛋白的浓缩；u 农产品的综合利用农产品的综合利用 NF 的的 应应 用用阿鸥纳滤净水机阿鸥纳滤净水机纳滤设备纳滤设备系系 列列 纳纳 滤滤 膜膜微滤（微滤（Micro Filtration）、超滤（）、超滤（Ultra Filtration）、）、纳滤纳滤(Nano Filtration)、反渗透、反渗透(Reverse Osmosis)（四）（四）电渗析电渗析(ElectrodialysisElectrodialysis，ED)ED)电电电电渗渗渗渗析析析析：是在外电场的作用下，利用一种特殊膜(称为离子交换膜)对离子具有不同的选择透过性而

24、使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离的过程。电渗析电渗析的原理示意图电渗析过程原理图电渗析过程原理图+阳极阳极阴极阴极Cl-Na阳膜阳极室阳极室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa浓缩室淡化室淡化室浓缩室阴极室阴极室阴膜阳膜阴膜实际应用的电渗析器 （五）渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来（五）渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液分离液体混合物。其原理如图所示。体混合物。其原理如图所示。渗透汽化分离示意图渗透汽化分离示意图(真空气化真空气化)渗透汽化分离示意图渗透汽化分离示意图(惰性气体吹扫惰性气体吹扫)（六）各种分离法的适用范围及性质（六）各种分离法的适

25、用范围及性质四、膜分离过程中应注意的几个问题四、膜分离过程中应注意的几个问题（一）膜的变化（一）膜的变化1、浓差极化、浓差极化：膜分离时在溶液与膜的界面上，溶质逐渐积累，当其浓度超过主体液浓度时，产生了界面与主体液之间的浓度梯度，引起溶质从界面向主体液扩散，使膜透过通量减少 的现象。果胶、蛋白质一类高分子物质在膜表面造成浓度增高的果胶、蛋白质一类高分子物质在膜表面造成浓度增高的现象称为现象称为凝胶极化凝胶极化凝胶极化凝胶极化。浓差极化与凝胶极化是造成膜污染膜污染的主要原因2、膜的压实、膜的压实 3、膜的降解、膜的降解 4、膜的结垢、膜的结垢 压力较高压力较高 膜产生变形，膜通量减小。膜产生变形

26、，膜通量减小。解决：提高膜的机械强度解决：提高膜的机械强度；定期进行反冲洗，恢复膜原有的孔隙；定期进行反冲洗，恢复膜原有的孔隙 化学降解和生物降解。化学降解和生物降解。处理液中悬浮物、离子化合物或盐类物质所致。处理液中悬浮物、离子化合物或盐类物质所致。（二）浓缩极限（二）浓缩极限在反渗透浓缩时，为防止膜的压实使渗透流率逐渐降低，在反渗透浓缩时，为防止膜的压实使渗透流率逐渐降低，从经济上考虑，对操作的压力有最高限从经济上考虑，对操作的压力有最高限 浓缩有最高极限。浓缩有最高极限。一般：一般：4.9MPa左右较好。左右较好。如，番茄汁浓缩极限：如，番茄汁浓缩极限：2.53倍或倍或1013Bx。（三

27、）膜装置的保护（三）膜装置的保护 反渗透浓缩只能作低浓度浓缩反渗透浓缩只能作低浓度浓缩注意卫生管理，防止膜的降解和膜的结垢注意卫生管理，防止膜的降解和膜的结垢。五、五、膜分离装置膜分离装置 一是膜分离单元，即一是膜分离单元，即膜组件膜组件膜组件膜组件，二是对流体提供二是对流体提供压力和流速压力和流速压力和流速压力和流速的装置，的装置，即泵即泵。各种膜分离装置主要包括两部分：各种膜分离装置主要包括两部分：（一）膜的性质（一）膜的性质1.1.膜材料膜材料膜材料膜材料 一般对膜材料的选择，有以下几点：一般对膜材料的选择，有以下几点：n n起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤膜的开孔率高，起过滤作用的

28、有效膜厚度小，超滤和微滤膜的开孔率高，过滤阻力小过滤阻力小n n膜材料为惰性，不吸附溶质膜材料为惰性，不吸附溶质n n使用的使用的 pH pH 和温度范围广，稳定性高，寿命长和温度范围广，稳定性高，寿命长n n容易通过清洗恢复性能容易通过清洗恢复性能n n满足实现分离目的的各种要求满足实现分离目的的各种要求n n孔道结构孔道结构 膜的孔道结构对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有膜的孔道结构对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。主要分为对称膜和不对称膜两种。重要影响。主要分为对称膜和不对称膜两种。n n膜的孔道特性膜的孔道特性 孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。孔道特性包括孔径

29、、孔径分布和孔隙率。2.膜的结构特性膜的结构特性3.3.水通量水通量水通量水通量n n膜的纯水透过通量称为膜的纯水透过通量称为水水通量。它是在一定的条件下通过通量。它是在一定的条件下通过测量透过一定量的纯水所需的时间来测定。测量透过一定量的纯水所需的时间来测定。n n水通量一般随着膜的截留相对分子质量或膜孔径的增大而水通量一般随着膜的截留相对分子质量或膜孔径的增大而增大。增大。（二）（二）膜的分类及性质膜的分类及性质1、分类、分类l 从相态上：固态膜和液态膜从相态上：固态膜和液态膜 l 从来源上：可分为天然膜和合成膜（有机膜和无机膜）。从来源上：可分为天然膜和合成膜（有机膜和无机膜）。l 膜断

30、面的物理形态：对称膜、不对称膜和复合膜。膜断面的物理形态：对称膜、不对称膜和复合膜。l 固体膜的外形：平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。固体膜的外形：平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。l 按膜的功能：可分为超滤膜、反渗透膜、渗析膜、气体按膜的功能：可分为超滤膜、反渗透膜、渗析膜、气体 渗透膜和离子交换膜。渗透膜和离子交换膜。l 常用的膜根据其结构和性质分为常用的膜根据其结构和性质分为常用的膜根据其结构和性质分为常用的膜根据其结构和性质分为：微孔膜、非多孔性：微孔膜、非多孔性 膜、非对称膜、离子交换膜等固相膜以及液膜。膜、非对称膜、离子交换膜等固相膜以及液膜。2、性、性 质质 2.1 微微孔

31、孔膜膜：分分无无机机物物与与高高分分子子聚聚合合物物两两类类。一一类类是是由由氧氧化化铝铝、氮氮化化硅硅、碳碳、钨钨、镍镍、铝铝及及多多种种有有机机高高分分子子等等微微细细粉粉末末在在高高温温下下烧烧结结而而成成。孔孔径径超超过过1um，可可用用于于气气体体、液液体体中中微微粒粒分分离离。另另一一类类微微孔孔膜膜由由纤纤维维素素的的聚聚合合物物制制成成，用于微孔过滤或超滤。用于微孔过滤或超滤。微孔膜具有较高的渗透性，但选择性较低微孔膜具有较高的渗透性，但选择性较低微孔膜具有较高的渗透性，但选择性较低微孔膜具有较高的渗透性，但选择性较低。微孔膜中中用用于于气气体体分分离离(GS)、控控制制释释放

32、放(CR)、电电渗渗析析(ED)、反反渗渗透透(RO)、超超滤滤(UF)、微微孔孔过过滤滤(MF)、渗渗析析(D)等的膜发展速度较快。等的膜发展速度较快。硝酸纤维素膜硝酸纤维素膜 陶瓷膜膜管陶瓷膜膜管陶瓷膜过滤板陶瓷膜过滤板2.2 非多孔性膜（均质膜）非多孔性膜（均质膜）结结构构较较为为致致密密。其其特特点点为为分分离离系系数数较较高高，但但渗渗透透系系数数较较低低。主主要要有有硅硅硅硅橡橡橡橡胶胶胶胶膜膜膜膜，适适用用于于气气体体分分离离和和渗渗透透蒸蒸发发，用用于于气气调调保保鲜有较好的效果。鲜有较好的效果。2.3 非对称膜非对称膜 是是一一种种复复合合膜膜，由由极极薄薄的的活活化化皮皮层

33、层和和较较厚厚的的多多孔孔支支撑撑层层组组成成，由由同同一一材材料料或或不不同同材材料料复复合合而而成成，皮皮层层厚厚l，支支撑撑层层厚厚10002000。用用作作超超滤滤和和反反渗渗透透膜膜；如如非非对对称称醋醋酸酸纤维膜、芳香聚酰胺膜和聚砜膜等。纤维膜、芳香聚酰胺膜和聚砜膜等。2.4 离子交换膜离子交换膜 是一种含带电基团的聚合膜，分是一种含带电基团的聚合膜，分阳离子交换膜阳离子交换膜和和阴阴离子交换膜离子交换膜。常用的有常用的有聚乙烯膜聚乙烯膜或或聚氯乙烯膜聚氯乙烯膜。阴离子交换膜：阴离子交换膜：只能吸附阴离子，并通过阴离子而阻止阳离子。阳离子交换膜：阳离子交换膜：只能吸附阳离子，并通过

34、阳离子而阻止阴离子。例：季胺盐型阴离子交换膜：例：季胺盐型阴离子交换膜：结构式为结构式为:R-N(CH3)3OH，在水中离解为在水中离解为:RN(CH3)3+(固定离固定离子子)磺酸基型阳离子交换膜：磺酸基型阳离子交换膜：结构式为结构式为:R-SO3H，在水中离解为在水中离解为:R-SO3-（固定离子）（固定离子）阳离子交换基团为阳离子交换基团为磺酸和磷酸型磺酸和磷酸型磺酸和磷酸型磺酸和磷酸型，阴离子交换基团为阴离子交换基团为季胺、叔胺和仲胺季胺、叔胺和仲胺季胺、叔胺和仲胺季胺、叔胺和仲胺等。等。2.5 液膜液膜：按使用条件不同，分液体表面活性剂膜和多孔聚合物固定液膜两种。利用液体利用液体(成

35、膜剂成膜剂)把被分离物包裹成把被分离物包裹成为乳化型液膜而被分离。为乳化型液膜而被分离。几种主要分离膜的分离过程几种主要分离膜的分离过程膜膜膜膜过过过过程程程程推推推推动动动动力力力力传递传递传递传递机理机理机理机理透透透透过过过过物物物物截留物截留物截留物截留物膜膜膜膜类类类类型型型型微微微微滤滤滤滤压压压压力差力差力差力差颗颗颗颗粒大小形状粒大小形状粒大小形状粒大小形状水、溶水、溶水、溶水、溶剂剂剂剂溶解物溶解物溶解物溶解物悬悬悬悬浮物浮物浮物浮物颗颗颗颗粒粒粒粒纤维纤维纤维纤维多孔膜多孔膜多孔膜多孔膜超超超超滤滤滤滤压压压压力差力差力差力差分子特性大小形状分子特性大小形状分子特性大小形状

36、分子特性大小形状水、溶水、溶水、溶水、溶剂剂剂剂小分子小分子小分子小分子胶体和超胶体和超胶体和超胶体和超过过过过截留分子量截留分子量截留分子量截留分子量的分子的分子的分子的分子非非非非对对对对称性膜称性膜称性膜称性膜纳滤纳滤纳滤纳滤压压压压力差力差力差力差离子大小及离子大小及离子大小及离子大小及电电电电荷荷荷荷水、一价离子、水、一价离子、水、一价离子、水、一价离子、多价离子多价离子多价离子多价离子有机物有机物有机物有机物复合膜复合膜复合膜复合膜反渗透反渗透反渗透反渗透压压压压力差力差力差力差溶溶溶溶剂剂剂剂的的的的扩扩扩扩散散散散传递传递传递传递水、溶水、溶水、溶水、溶剂剂剂剂溶溶溶溶质质质质

37、、盐盐盐盐非非非非对对对对称性膜复称性膜复称性膜复称性膜复合膜合膜合膜合膜（三）（三）膜组件膜组件 将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的组装成的 一个单元称为膜组件。膜组件的结构及型式取决一个单元称为膜组件。膜组件的结构及型式取决于膜的形状于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有工业上应用的膜组件主要有管式、板框式、螺旋管式、板框式、螺旋卷式、中空纤维式卷式、中空纤维式等四种型式。管式和中空纤维等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。式组件也可以分为内压式和外压式两种。1.1.管式管式管式管式(Tubular)(Tubu

38、lar)膜组件膜组件膜组件膜组件n n管式膜组件是将膜固定在内径管式膜组件是将膜固定在内径1025mm1025mm，长约，长约3m3m的圆管状的圆管状多孔支撑体上构成的，多孔支撑体上构成的，10201020根管式膜并联或用管线串联，根管式膜并联或用管线串联，收纳在筒状容器内即构成管式膜组件。收纳在筒状容器内即构成管式膜组件。2.2.板框式板框式板框式板框式(Plate-and-Frame)(Plate-and-Frame)膜组件膜组件膜组件膜组件n n其设计类似于常规的板框过滤装置其设计类似于常规的板框过滤装置,膜被放置在可垫有滤纸膜被放置在可垫有滤纸的多孔的支撑板上的多孔的支撑板上,两块多孔

39、的支撑板叠压在一起形成的料两块多孔的支撑板叠压在一起形成的料液流道空间液流道空间,组成一个膜单元组成一个膜单元,单元与单元之间可并联或串联单元与单元之间可并联或串联连接。连接。3.3.螺旋卷式螺旋卷式螺旋卷式螺旋卷式(Spiral Wound)(Spiral Wound)膜组件膜组件膜组件膜组件 膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起式被组合在一起,然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式,这类膜组件这类膜组件的

40、内部结构也可被设计成多种不同的形式。的内部结构也可被设计成多种不同的形式。4.4.中空纤维中空纤维中空纤维中空纤维(Hollow Fiber)(Hollow Fiber)膜组件膜组件膜组件膜组件 将大量的中空纤维安装在一个管状容器内将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人空纤维组件的一端流人,沿纤维外侧平行于纤维束流动沿纤维外侧平行于纤维束流动,透透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧然后从纤维在环氧树脂的固封头的开

41、端引出树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。原液则从膜组件的另一端流出。中空纤维膜器件中空纤维膜器件 组件组件优优 点点缺缺 点点板框板框式式保留体积小，操作费用低，保留体积小，操作费用低，压力降小，液流稳定，比压力降小，液流稳定，比较成熟较成熟投资费用大，大的固含量投资费用大，大的固含量会堵塞进料液通道，拆卸会堵塞进料液通道，拆卸比清洁管道更费时间比清洁管道更费时间螺旋螺旋卷式卷式设备投资低，操作费用也设备投资低，操作费用也低，单位体积中所含过滤低，单位体积中所含过滤面积大，换新膜容易面积大，换新膜容易料液需经预处理，压力降料液需经预处理，压力降大，易污染，难清洗，液大，易污染

42、，难清洗，液流不易控制流不易控制管管 式式易清洗，单根管子容易调易清洗，单根管子容易调换，对液流易控制，无机换，对液流易控制，无机组件可在高温下用有机溶组件可在高温下用有机溶剂进行操作，并可用化学剂进行操作，并可用化学试剂来消毒试剂来消毒高的设备投资和操作费用，高的设备投资和操作费用，保留体积大，单位体积中保留体积大，单位体积中所含有过滤面积较小，压所含有过滤面积较小，压力降大力降大中空中空纤维纤维式式保留体积小，单位体积中保留体积小，单位体积中所含过滤面积大，可以逆所含过滤面积大，可以逆流操作，压力较低，设备流操作，压力较低，设备投资低投资低料液需要预处理，单根纤料液需要预处理，单根纤维管损

43、坏时，需调换整个维管损坏时，需调换整个组件，不够成熟组件，不够成熟六、膜分离技术的特点六、膜分离技术的特点n n 特别适用于对热敏性物料的处理，能保持食品原有的色、特别适用于对热敏性物料的处理，能保持食品原有的色、特别适用于对热敏性物料的处理，能保持食品原有的色、特别适用于对热敏性物料的处理，能保持食品原有的色、香、味、营养和口感；能保持生物物质的活性；香、味、营养和口感；能保持生物物质的活性；香、味、营养和口感；能保持生物物质的活性；香、味、营养和口感；能保持生物物质的活性；l 膜分离只需加压输送和反复循环，能耗低，速度快，精膜分离只需加压输送和反复循环，能耗低，速度快，精 度高，费用约为蒸

44、发浓缩的度高，费用约为蒸发浓缩的1/21/5。l 膜分离技术在食品工业中应用范围广，在食品工业中膜分膜分离技术在食品工业中应用范围广，在食品工业中膜分 离技术主要应用于有效成分的分离、浓缩、精制、除菌等。离技术主要应用于有效成分的分离、浓缩、精制、除菌等。几种浓缩能耗比较：1 1、膜分离技术在纯净水中的应用、膜分离技术在纯净水中的应用、膜分离技术在纯净水中的应用、膜分离技术在纯净水中的应用 自来水自来水 沙滤沙滤 碳滤碳滤 软化软化 保安保安 一级一级RO RO 二级二级RO RO O O3 3 精滤精滤 灌装灌装 七、膜分离在农副产品加工中的应用七、膜分离在农副产品加工中的应用 2、膜分离技

45、术在乳品工业中的应用、膜分离技术在乳品工业中的应用3、膜分离技术在果蔬汁饮料工业中的应用、膜分离技术在果蔬汁饮料工业中的应用3.1、超滤处理苹果汁超滤处理苹果汁3.2、超滤加工猕猴桃汁及回收蛋白酶超滤加工猕猴桃汁及回收蛋白酶4、膜分离技术在豆制品工业中的应用、膜分离技术在豆制品工业中的应用 5、膜分离技术在淀粉加工中的应用、膜分离技术在淀粉加工中的应用 对对对对淀淀淀淀粉粉粉粉生生生生产产产产中中中中排排排排放放放放的的的的废废废废水水水水先先先先采采采采用用用用超超超超滤滤滤滤技技技技术术术术分分分分离离离离其其其其中中中中蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质等等等等大大大大分分分分子子子子物物物物质质

46、质质，再再再再采采采采用用用用反反反反渗渗渗渗透透透透膜膜膜膜对对对对超超超超滤滤滤滤后后后后透透透透过过过过液液液液进进进进行行行行再再再再分分分分离离离离，分分分分离离离离回回回回收收收收浓浓浓浓缩缩缩缩物物物物可可可可作为饲料，也可用作生产活性肽蛋白源。作为饲料，也可用作生产活性肽蛋白源。作为饲料，也可用作生产活性肽蛋白源。作为饲料，也可用作生产活性肽蛋白源。6、膜反应器、膜反应器 膜分离技术可以把酶反应产生的低分子 物质同酶分离，使酶反复利用。思思 考考 题题1、食品分离有哪些类型？各有何特点？、食品分离有哪些类型？各有何特点？2、食品分离在食品工业中的作用。、食品分离在食品工业中的作

47、用。3、什么是膜分离技术？渗析与渗透是一回事吗？、什么是膜分离技术？渗析与渗透是一回事吗？4、什么是膜的选择透过性？引起分离的推动力有哪些？、什么是膜的选择透过性？引起分离的推动力有哪些？5、简述膜的分类及性质。、简述膜的分类及性质。6、简述反渗透的基本原理、反渗透的最大特点、简述反渗透的基本原理、反渗透的最大特点7、生产中采用何种指标评价反渗透特征？、生产中采用何种指标评价反渗透特征？8、何谓超滤？与反渗透之间有何区别？、何谓超滤？与反渗透之间有何区别？9、何谓纳滤？与超滤、反渗透之间有何区别？、何谓纳滤？与超滤、反渗透之间有何区别？10、膜分离过程中需要注意哪些问题？如何解决？、膜分离过程中需要注意哪些问题？如何解决？11、膜浓缩过程中是否可以通过增大压力实现充分浓缩？、膜浓缩过程中是否可以通过增大压力实现充分浓缩？12、简述膜分离装置的结构。、简述膜分离装置的结构。13、试举例说明膜分离技术在食品工业中的应用。、试举例说明膜分离技术在食品工业中的应用。