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2023-11-17
微滤和超滤的操作模型优化为：微滤和超滤操作模型详解
【摘要】：图6-5微滤膜操作模型2.错流过滤错流过滤操作过程如图6-5所示。近年来微滤的错流操作技术发展很快，有代替死端过滤的趋势。出于膜结构和分离目的不同，超滤有三种操作模型：重过滤、间歇错流过滤和连续错流过滤。超滤膜的间歇错流操作如图6-7所示。超滤膜的连续错流操作根据组件的配置分为单级和多级两类。
微滤有两种操作模型：死端过滤和错流过滤。
1.死端过滤
死端过滤，也称无流动过滤，操作过程如图6-5（a）所示。在死端过滤时，水和小于膜孔径的溶质在压力差的驱动下透过膜，大于膜孔径的颗粒被截留，堆积在膜面上。随着操作时间的延长及压力的影响，颗粒在膜面的厚度逐渐增大，过滤阻力也越来越大，在压力不变的情况下，膜的渗透速率将下降。所以，死端过滤只能是间歇式的，必须周期性地停下来清洗膜表面的污染层或更换膜。
死端过滤操作简便易行，适于实验室等小规模场合，对于固体含量低于0.1%的料液通常采用这种形式；固体含量在0.1%～0.5%的料液则需要进行预处理；而对于固体含量超过0.5%的料液通常采用错流过滤操作。
图6-5 微滤膜操作模型
2.错流过滤
错流过滤操作过程如图6-5（b）所示。原料液沿膜表面平行流出浓缩液，而渗透液则沿垂直膜的方向流出。与死端过滤操作不同的是原料液流经膜表面时产生的高剪切力可使沉积在膜表面的颗粒返回主体流，从而被带出微滤膜组件，使该污染层不再无限增厚而保持在一个较薄的稳定水平。因此一旦污染层达到稳定，膜的渗透速率就将在较长的一段时间内保持在相对高的水平。错流操作对减少浓差极化和结垢是必要和可能的。近年来微滤的错流操作技术发展很快，有代替死端过滤的趋势。
出于膜结构和分离目的不同，超滤有三种操作模型：重过滤、间歇错流过滤和连续错流过滤。
（1）重过滤。
重过滤主要用于大分子和小分子的分离，可分为连续式和间歇式两种。图6-6为连续式重过滤操作示意图，料液中含有不同分子量的溶质，通过不断地加入纯水以补充滤出液的体积，小分子组分逐渐地被滤出液带走，从而达到提纯大分子组分的目的。
图6-6 连续式重过滤操作示意图
重过滤操作设备简单、能耗低，可克服高浓度料液渗透速率低的缺点，能更好地去除渗透组分，但浓差极化和膜污染严重，尤其是在间歇操作中，膜易污染。
（2）间歇错流操作。
超滤膜的间歇错流操作如图6-7所示。用泵将料液从贮罐送人超滤膜装置，通过此装置后再回到贮罐中。随着溶剂不断滤出，贮罐中料液的液面下降，溶液浓度升高。间歇错流操作具有操作简单、浓缩速度快、所需膜面积小等优点，但截留液循环时耗能较大。该种操作模型通常在实验室或小型处理工程中采用。
图6-7 间歇错流操作示意图
（3）连续错流操作。
超滤膜的连续错流操作根据组件的配置分为单级和多级两类。图6-8所示为多级连续错流操作配置示意图，此种操作形式有利于提高分离效率，因为除最后一级在高浓度下操作渗透速率较低外，其他级操作的浓度不高，渗透速率相应较高。采用多级操作所需膜总面积小于单级操作，接近于间歇操作，而停留时间、所需贮槽体积均小于相应的间歇操作。
图6-8 多级连续错流操作示意图
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