《制药工程原理与设备》课程教学课件（分离原理与设备）5.4 膜分离过程及设备

2

2

什么是膜分离？ contaminated fluid concentrate membrane permeate 以膜为分离介质，以施加外能或化学位差作推动力，对双组分或多 组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或浓缩的方法统称为膜分 离方法，也称膜过滤

什么是膜分离? 以膜为分离介质，以施加外能或化学位差作推动力，对双组分或多 组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或浓缩的方法统称为 方法，也称膜过滤。 3

膜的定义 >在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体 分割成为两部分，这一薄层物质称为膜。 >膜是均匀的一相或由两相以上凝聚物质所构成的 复合体。 >膜的厚度在0.5mm以下

4 膜的定义 Ø 在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体 分割成为两部分，这一薄层物质称为膜。 Ø 膜是均匀的一相或由两相以上凝聚物质所构成的 复合体。 Ø 膜的厚度在0.5mm以下

注意点： 与滤布过滤不同，得不到“滤饼”，而是“浓缩液”和“滤清液” 膜边界形成 “浓差极化”， 改变流速可消除 最终成滤饼， 可拆卸去除 主体流向 一主体流向 高压 滤布 膜 滤纸 低压 低压 膜过滤/切线流 常规过滤/同向流 错流 5

注意点： 与滤布过滤不同，得不到“滤饼” ，而是“浓缩液”和“滤清液” 5

什么时候宜采用膜分离方法？ >在常规分离（如过滤、离心、萃取、结晶等）难以奏效以情况下 >膜分离多用在蛋白质、大分子、细胞、盐分等的分离 注： (1)如果目标是分离纯化某种蛋白，需先分离去除其它杂质，仅留下少 量杂蛋白和盐，才能用到膜； (2)膜的清洗要用到大量新鲜水。 6

6 什么时候宜采用膜分离方法？ Ø 在常规分离（如过滤、离心、萃取、结晶等）难以奏效以情况下 Ø 膜分离多用在蛋白质、大分子、细胞、盐分等的分离 注： （1）如果目标是分离纯化某种蛋白，需先分离去除其它杂质，仅留下少 量杂蛋白和盐，才能用到膜； （2）膜的清洗要用到大量新鲜水

膜分离方法有何优缺点？ 优点： √没有相变，可在常温下操作因而适合热敏性物料的分离。 √过程简单，易放大。 缺点： √存在“浓差极化”和"膜污染”，寿命有限，选择性较低。 需要清洗，会产生低浓度废水

7 膜分离方法有何优缺点？ ü 存在“浓差极化”和“膜污染” ，寿命有限，选择性较低。 ü 需要清洗，会产生低浓度废水 ü 没有相变，可在常温下操作因而适合热敏性物料的分离。 ü 过程简单，易放大

5.4膜分离过程及设备 Membrane Separation Process ·1膜分离的概念和基本设备 ·2常用膜组件 ·3膜设备及应用案例 8

5.4 膜分离过程及设备 Membrane Separation Process • 1 膜分离的概念和基本设备 • 2 常用膜组件 • 3 膜设备及应用案例 8

5.4膜分离过程及设备 1膜分离的概念和基本理论 膜分离过程是用天然的或合成的、具有选择透性的薄膜为分离介质，当膜两侧存在某 种推动力（如压力差、浓度差、电位差、温度差等）时，原料侧液体或气体混合物中的某 一种或某些组分选择性地透过膜，从而达到分离、分级、提纯或富集的目的 膜分离 、过程 微滤 超滤 纳滤 反渗透 电渗析 透析 特点 膜的类型 对称微孔膜 不对称微孔膜 不对称微孔膜 复合膜 离子交换膜 对称微孔膜 推动力 压力差 压力差 压力差 压力差 电位差 浓度差 截留粒径 0.02~10um 0.001~0.01m2nm 0.1~1nm 分离机理 筛分 筛分 筛分 溶液扩散 电子迁移 筛分 纤维素类、聚 醋酸纤维素 纤维素类、聚 聚苯砜酰胺、聚乙烯、聚砜、 纤维素类、聚 膜材料 酰胺、聚砜、玻 纤维素类、聚酰酰胺、聚砜、芳 璃、陶瓷等 胺、聚砜等 香聚酰胺复合 芳香聚酰胺复磷酸锆等 丙烯、甲基丙 材料等 合材料等 烯酸甲酯等 大分子物质分 小分子物质浓离子和大分子 小分子有机 应用对象 澄清、细胞收 离、纯化和浓缩 小分子物质分 缩 分离等 物和离子分 集等 等 离 离等

1 膜分离的概念和基本理论 膜分离过程是用天然的或合成的、具有选择透性的薄膜为分离介质，当膜两侧存在某 种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧液体或气体混合物中的某 一种或某些组分选择性地透过膜，从而达到分离、分级、提纯或富集的目的 5.4 膜分离过程及设备 9

(1)以静压力差为推动力的过程 微滤(Microfiltration)是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介 质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，其原理与普通过滤相类似。 在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于膜孔的粒子被截留于膜 面上。 受压的 A、B溶液 微孔膜：一般是对称膜，平均孔 浓缩液 浓缩的A 径0.02-10μm,能截留直径 0.02-10μm的微粒或分子量大于 10的高分子。 决定膜的分离效果是膜的物理结 B溶液透过液 构，孔的大小和形状。 超滤与微滤原理示意图 10

10 • 微滤(Microfiltration)是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介 质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，其原理与普通过滤相类似。 (1) 以静压力差为推动力的过程 在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于膜孔的粒子被截留于膜 面上。 浓缩液 透过液 Ø 微孔膜：一般是对称膜，平均孔 径0.02-10µm，能截留直径 0.02-10µm的微粒或分子量大于 106的高分子。 Ø 决定膜的分离效果是膜的物理结 构，孔的大小和形状

表10.4各种细菌的尺寸 细 尺寸 尺寸 (um) 细 盥 (um) 灵杆菌 0.5×(0.5-10) 痢疾杆南 (0.5-1.0)×(2.0-3.0) 沙门氏递 (0.4-0.9)×(1.0-3.0) 大肠杆德 (0.4-0.5)×(1.0-2.0) 葡萄球 0.75-1.25 肺炎杆菌 (0.5-1.05)×(1.0-2.0) 链球菌 0.75-1.25 蜡样芽孢杆菌 (1.0-1.2)×(3.0-5.0) 绿浓杆菌 0.3-2.0 根据膜孔径的不同，截留的细菌是不一样的，孔径与截留细菌的关系如表10.5,10.6 所示。不同孔径的微孔滤膜有着不同的用途，如表10.7所示. 表10.5微孔滤膜的孔径 指示菌 孔径(um) 菌名 0.80-0.65 酵母盥 0.45 灵： 0.30 绿脓菌 0.20 假单胞菌 0.10 激菌 11

11