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[科普中国]-螺旋卷膜式反应器

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膜分离设备特点

工业上将膜以某种形式组装在一个封闭器件内,这种器件称为膜分离器或膜组件。膜的材料种类很多,膜分离设备则有平面膜、管式膜、中空纤维膜和卷式膜等。

一件良好的膜分离设备应具备以下条件:

1)单位体积中所含膜面积较大。

2)膜面切向速度快,以减少浓差极化。

3)膜的清洗更换方便,造价低,截留率高。

4)具有可靠的膜支撑装置,膜滤液保留体积小。

膜分离设备选用原则目前国内膜设备生产厂家很多,总体技术水平上与国外相比有差距,高质量核心部件仍依赖进口,但在常规生产领域,国产膜设备发挥了主要作用,在选择时应主要从以下方面考虑。

1)经济因素。膜的制造水平决定了膜的价格。从制造技术上来讲,高质量膜往往伴随着较高的价格,要根据不同分离目的选择合适的经济型膜设备。

2)物料的特性。要了解被分离料液的性质,选择不同的膜设备,平面膜、管式膜、中空纤维膜还是其他类型的膜件。

3)膜设备的特性。①是否具备较高的热稳定性及机械强度;②膜的截留范围,主要技术指标截留率大小,特定组分的截留率主要受料液共存组分、膜材和操作条件的影响;③膜的通透性,浓差极化趋势,结构,使用周期长短等。

4)膜设备的使用维护情况。5)日常管理是否方便及容易清净,动力消耗,辅助设备多少等1。

膜分离设备的选用膜分离现象在200多年前即出现,但作为一种工业化应用技术是近几十年才得以实现,成为一种新兴的、高效的分离、浓缩提纯及净化技术,获得了极为迅速的发展,形成独特的新兴高科技产业,在医药、化工、水加工业、环境保护、食品工业、生物工程等诸多领域得到广泛应用。下面选择几种常用的膜分离设备介绍。

平板式膜反应器平板式膜分离器结构上类似于板框式过滤机,滤膜复合在刚性多孔支撑板上,支撑材料为不锈钢多孔筛板,或微孔玻璃纤维压板。待滤液进入系统后,沿隔板表面上的沟槽流动,一部分从膜的一面渗透到膜的另一面,并经支撑板上的小孔流向其边缘上的导流管后排出。板式膜在超滤、微滤、反渗透、电渗析、渗透汽化中都有应用。

管式膜反应器管式膜过滤器是最早使用的一种膜设备,分为单管式和管束式,适用于超滤、微滤等膜分离技术。其优点:1)流道宽,料液在管内湍流流动,对料液的预处理精度要求低;2)易于清洗,除可用化学试剂清洗外,还可以用机械方法进行清洗;3)组件的压力损失小,因此其流道长,过滤效率相对可以提高。管式膜液流的流动方式有管内流和管外流,因单管和管外流式的湍动性能较差,目前趋向采用管束式内流膜过滤设备,其外形类似于列管式换热器。管式膜现已广泛地应用在电泳漆涂装生产线、果汁澄清、大豆蛋白浓缩及污水处理等,目前国内生产和使用的管式膜多为聚偏氟乙烯(PVDF)膜和聚砜(PS)膜。

中空纤维膜反应器为进一步增大膜分离器单位体积膜面积,中空纤维膜分离器采用空心纤维管状膜,纤维外径多为40~250μm,大的可达1mm以上,外径与内径比为2∶1~4∶1左右,用环氧树脂将许多中空纤维的两端胶合在一起,结构上类似管壳式换热器。料液的流向有两种形式,一种是内压式,即料液从空心纤维管内流过,透过液经纤维管膜流出管外。另一种为外压式,料液从一端经分布管在纤维管外流动,透过液则从纤维管内流出。

螺旋卷式膜反应器螺旋卷式装置主要是螺旋卷膜,由美国一公司1964年开发研制出来。螺旋卷式装置的主要元件是螺旋卷膜,它是将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好,围绕一中心管卷紧即成一个膜组,若干膜组顺次连接装入外壳内。操作时,料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动,而透过液则沿螺旋形流向中心管。中心管可用铜、不锈钢或聚氯乙烯管制成,管上钻小孔,透过液侧的支撑材料采用玻璃微粒层,两面衬以微孔涤纶布,间隔材料应考虑减少浓差极化及降低压力降2。