食品工程原理第十章膜分离.ppt

第十章膜分离
本章学****目的与要求
了解膜分离的基本原理、各种膜分离的机理和各种分离膜的构造与特性
了解膜组件的构成、膜分离装置及典型流程。
了解各种因素对膜分离的影响。
掌握膜分离过程中浓差极化与膜污染的产生原因与消除方法。
重点掌握膜分离装置的选用。
10-1 概述
按膜的孔径、传质动力和传递机理
膜分离过程
过程
孔径
推动力
传递机制
微滤
~10μm
压力差约为105Pa
筛分
超滤
~
相对分子质量103~106
压力差105~106Pa
筛分
纳滤
>1nm
相对分子量200~1000
压力差5×105~×106Pa
溶解扩散
Donnan效应
反渗透
~1nm
压力差106~107Pa
优先吸附、毛细管流动、溶解-扩散
气体分离
无孔
压力差106~107Pa
溶解-扩散
渗析
1~3nm
浓度差
筛分加上扩散度差
电渗析
相对分子质量<200
电位差
反离子迁移
渗透蒸发
无孔
分压差、浓度差
溶解-扩散
按动力本质分
以静压力差为推动力的过程
微滤(microfiltration, MF)
超滤(ultrafiltration, UF)
反渗透(reverse osmosis, RO)
纳滤(nanofiltration, NF)
以蒸汽分压为推动力的过程
膜蒸馏(membrane distillation, MD)
渗透蒸发(pervaporation, PV)
以浓度差为推动力的过程
渗析(dialysis, D)
以电位差为推动力的过程
电渗析(electrodialysis, ED)
膜的分类
常用的膜分离类型有以下几种:

在压力差作用下,~。通常,~。可用于分离淀粉离子、细菌等。

在压力差作用下,应用孔径为10-2~10-3μm的超滤膜来过滤溶液,使大分子或微粒从溶液中分离的过程。~。主要用于大分子物质的分离。

又称纳米过滤,是近年来发展起来的介于超滤和反渗透之间的膜分离方法。适于分离相对分子质量在200以上,分子大小约为1nm的组分。~。

在高于溶液渗透压的压强作用下,通过反渗透膜将溶液中溶质包括无机盐类截流在膜内,而使溶剂(通常是水)压至膜外。其跨膜压差为1~15MPa,主要用于海水淡化。

在外加电场作用下,利用离子交换膜对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与溶液分离。主要用于制备去离子水、去除溶液中的无机盐类等。
各种膜分离过程具有不同的机理和适用范围,与其他分离方法相比,有许多显著特点:
①膜分离过程无相变发生,能耗通常较低;
②一般无需从外界加入其他物质,从而可以节约资源,保护环境;
③可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行,从而大大提高过程的效率;
④通常在温和条件下进行,因而特别适用于热敏性物质的分离、分级、浓缩与富集;
⑤膜分离的使用范围广泛。不仅适用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物或无机物的分离,而且还适用于许多特殊溶液体系的分离,如共沸物或近沸物的分离;
⑥膜的性能可以灵活调节;
⑦膜组件简单,可实现连续操作,易与其他分离过程或反应过程耦合,易于控制、维修和放大。
因此食品在膜分离过程中风味和香味成分不易失散;易保持食品的某些功效,如蛋白的泡沫稳定性;另外与蒸发浓缩、冷冻浓缩不同,它不存在相变过程,故经济性好。
膜性能
分离透过性
分离效率
渗透通量
通量衰减系数
物化稳定性
膜强度
压力
温度
pH
耐受性