莱特莱德·沈阳水处理设备公司欢迎您!
流体过滤与分离技术解决方案服务商!

首页 > 新闻中心 > 技术资料>超滤设备技术工艺解析

——产品推荐——

欢迎致电获取解决方案
4000-717-999
024-31519871

超滤设备技术工艺解析

超滤设备,超滤膜,超滤主机

超滤设备的应用
超滤膜组件是以压力为推动力的膜分离过程,通过膜表面的微孔筛选可将直径为0.002-0.1μm之间的颗粒和杂质截留,可有效去除水中胶体、硅、蛋白质、微生物和大分子有机物。当液体混合物在一定的压力推动下流经膜表面时,溶剂及小分子物质透过膜,而大分子物质则被截留,从而实现大小,分子间的分离和净化目的。可广泛的应用于物质的分离、浓缩、提纯。超滤过程无相转化,不需加热,常温操作,节约能源,对热敏性物质的分离尤为适宜。超滤过程简单,配套装置少,操作运转简便,维护费用低。超滤膜耐化学药品侵蚀,PH适应范围广,超滤装置单位体积中膜面积最大,投资费用最低,清洗简单。   中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径Ø0.5-2.0mm,内径Ø0.3-1.4mm,中空纤维管壁上布满微孔,孔径以能截留物质的分子量表达,截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动,分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程,被截留物质可随浓缩小排除,不致堵塞膜表面,可长期连续运行。

 

早期的工业超滤应用于废水和污水处理。
三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤膜技术的应用领域已经很广,主要包括食品工业、饮料工业、乳品工业、生物发酵、生物医药、医药化工、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收以及环境工程等等。


超滤设备的工艺流程

  超滤装置是在一个密闭的容器中进行,以压缩空气为动力,推动容器内的活塞前进,使样液形成内压,容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子,受压力的作用被挤出膜板外,大分子被截留在膜板之上。超滤开始时,由于溶质分子均匀地分布在溶液中,超滤的速度比较快。但是,随着小分子的不断排出,大分子被截留堆积在膜表面,浓度越来越高,自下而上形成浓度梯度,这日才超滤速度就会逐渐减慢,这种现象称为浓度极化现象。为了克服浓度极化现象,增加流速,设计了几种超滤装置:

1.无搅拌式超滤

这种装置比较简单,只是在密闭的容器中施加一定压力,使小分子和溶剂分子挤压出膜外,无搅拌装置浓度极化较为严重,只适合于浓度较稀的小量超滤。

2.搅拌式超滤

搅拌式超滤是将超滤装置位于电磁搅拌器之上,超滤容器内放人一支磁棒。在超滤时向容器内施加压力的同时开动磁力搅拌器,小分子溶质和溶剂分子被排出膜外,大分子向滤膜表面堆积时,被电磁搅拌器分散到溶液中。这种方法不容易产生浓度极化现象,提高了超滤的速度。

3.中空纤维超滤

由于膜板式超滤装置,截留面积有限,中空纤维超滤是在一支空心柱内装有许多的,中空纤维毛细管,两端相通,管的内径一般在0.2mm左右,有效面积可以达到1平方厘米每一根纤维毛细管像一个微型透析袋,极大地增大了渗透的表面积,提高了超滤的速度。

1. 配料;

2. 检查出口阀门是否关闭,搅拌料浆;

3. 启动泵,打开出口阀,开始超滤;

4. 改变压力,观察不同压力对超滤的影响;

5. 配制不同浓度的悬浮液进行超滤,观察悬浮液浓度对超滤的影响;

6. 关闭泵,结束实验。

超滤技术的关键是膜。膜有各种不同的类型和规格,可根据工作的需要来选用。早期的膜是各向同性的均匀膜,即现在常用的微孔薄膜,其孔径通常是0.05 μm ~1.0μm。近几年来生产了一些各向异性的不对称超滤膜,其中一种各向异性扩散膜是由一层非常薄的、具有一定孔径的多孔“皮肤层”(厚约0.1m和0.025 mm),和一层相对厚得多的(约1m)更易通渗的、作为支撑用的“海绵层”组成。皮肤层决定了膜的选择性,而海绵层增加了机械强度。由于皮肤层非常薄,因此高效、通透性好、流量大,且不易被溶质阻塞而导致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纤维或硝酸纤维或此二者的混合物制成。近年来为适应制药和食品工业上灭菌的需要,发展了非纤维型的各向异性膜,例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。这种膜在pH 1~14都是稳定的,且能在90℃下正常工作。超滤膜通常是比较稳定的,若使用恰当,能连续用1~2年。暂时不用,可浸在1%甲醛溶液或0.2% 叠氮化钠NaN3中保存。

不同材质及截留分子量(MWCO)的超滤膜性能比较

超滤膜

相对流速(ml/min/cm2)

性能特点

聚醚砜,pH范围1 ~ 14

3,000 MWCO

0.05

肽的回收率高

5,000 MWCO

0.24

肽的回收率高,流速较快

10,000 MWCO

0.41

应用范围广,流速快,吸附低

30,000 MWCO

0.41

应用范围广,流速快

50,000 MWCO

0.45

精确的截留分子量限

100,000 MWCO

0.35

免疫球蛋白的收率高

三醋酸纤维素,pH范围4 ~ 8

5,000 MWCO

0.04

去除肽和蛋白

10,000 MWCO

0.11

微小组分,游离/结合药物研究

20,000 MWCO

0.58

样品清洗,HPLC样品制备

再生纤维素,pH范围3 ~ 11

10,000 MWCO

0.18

微克量蛋白质的高效回收

30,000 MWCO

0.58

免疫球蛋白的快速和高效回收

100,000 MWCO

0.40

蛋白质梯度分离

HydrosartpH范围3 ~ 11

5,000 MWCO

0.14

稀释液的高效回收

10,000 MWCO

0.27

流速快,收率高,吸附低

30,000 MWCO

0.48

免疫球蛋白的收率高

超滤透过通量的影响因素如下:

1.料液流速

提高料液流速虽然对减轻浓差极化、提高透过通量有利,但需要提高料液压力,增加耗能。一般紊流体系中流速控制在1-3m/s。

2.操作压力

超滤膜透过通量与操作压力的关系取决于膜和凝胶层的性质。超滤过程为凝胶化模型,膜透过通量与压力无关,这时的通量成为临界透过通量。实际操作压力应在极限通量附近进行,此时的操作压力约为0.5-0.6Mpa。


超滤过程中只有当工作压力达到一定程度,才能使液料中的小分子透膜分离。工作压力太小时,滤液的产量小,不能满足正常的生产。而工作压力太大时,会增加极化层的厚度,抵消增压的增速效果,同时也会把沉积在膜上的沉积层压实,难以被冲刷,膜孔很快被堵塞,影响超滤效果,此外,每一种超滤膜均有其耐压范围,使用时应在这个范围内进行。

3.温度   超滤设备,超滤膜,超滤主机

操作温度主要取决于所处理的物料的化学、物理性质。由于高温可降低料液的黏度,增加传质效率,提高透过通量,因此应在允许的最高温度下操作。

温度升高时可部分克服分子间的作用力,降低粘度。同时也影响膜的工作性能,增加通透性。温度过高也会影响超滤膜的寿命。

4.运行周期

随着超滤过程的进行,在膜表面逐渐形成凝胶层,使透过通量下降,当通量达到某一最低数值时,就需要进行冲洗,这段时间成为运行周期。运行周期的变化与清洗情况有关。

5.进料浓度

随着超滤过程的进行。主题液流的浓度逐渐增加。此时黏度变大,使凝胶层厚度增加,从而影响透过通量。因此对主体液流应定出最高允许浓度。

料液浓度直接影响滤速。超滤的通量与浓度的对数呈直线关系。一般来讲,随着料液浓度的增高,料液的粘度会升高,超滤时形成极化层的时间会缩短,从而使超滤的速度降低、效率也降低。因此在超滤时应注意控制料液的浓度,

6.料液的预处理

为了提高膜的透过通量,保证超滤膜的正常稳定运行,根据需要应对料液 进行预处理。预处理效果好坏,直接影响超滤膜的污染程度,系统的生产能力以及超滤膜的使用寿命。预处理一般采用高速离心法、微滤法、调PH值、热处理、冷藏法或多种方法组合进行。近年来发展起来的絮凝剂法可去除提取液中的鞣质、色素、果胶等有机大分子不稳定物质。

7.膜的清洗

膜必须进行定期冲洗,以保持一定的透过量,并能延长膜的使寿命。一般在规定的料液和压力下,在允许的pH值范围内,温度不超过60℃时,超滤膜可使用12-18个月。如膜清洗不佳,回使膜的寿命缩短。

8.超滤膜孔径大小

超滤膜孔径大小的选择应与药液中目标成分的大小相一致。孔径过大,则分离效果不好,杂质含量过高,影响澄明度和稳定性。孔径过小,有效成分通透率较低,损失较大。

9.洗脱量

洗脱量的多少影响滤液中目标成分的含量。洗脱量太少,则留在浓缩液中的目标成分会较多,损失较大;洗脱量太大时,虽然回收率增加,但有可能需要后处理或使原有的后处理工序时间延长,应注意协调它们之间的关系。

当需要较高的收率时,尤其当研究的样品对象在微克范围时,建议应考虑以下几点:

1.根据样品处理量,选择最小可用的超滤容器,在小容器中反复添加样品,反复超滤。

2.在适量范围内,选截留分子量最低的超滤膜。

3.如可能,使用水平转头代替角转头离心,这样可减少在离心过程中溶液与离心管接触的表面积。

4.将压力或离心力降低到大约最大推荐数值的一半。

5.避免过度浓缩,最终体积越小,越难得到完全回收,如可能,在第一次回收后,用一滴或多滴缓冲液润洗容器,然后再次回收。

6.用溶于蒸馏水中的5%SDS、Tween 20或Triton X预先浸泡超滤容器过夜,然后在使用前彻底润洗.

超滤技术存在的主要问题是超滤膜污染。超滤膜在使用过程其性能随着时间的增加,膜透过流速会迅速下降,同时对溶质的阻止率也会明显上升,这是由膜的劣比的附生污垢所引起的。膜易出现污染与堵塞,膜的使用寿命相对较短,有必要对超滤膜的再生进行研究。解决办法一方面是加强料液的前处理,另一方面是对超滤膜的清洗方法的研究。

超滤法的应用,应明确截留什么和除去什么,必须着重研究目标成分的截留率,密切注意各种类型膜的技术标准及其适用范围,客观评价其处理速率是否能达到生产所需,只有较好的解决量与速度,才能更加好地应用超滤技术。超滤设备,超滤膜,超滤主机

相关技术资料

莱特莱德工程案例

返回顶部