[科普中国]-螺旋卷膜式反应器

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。