膜分离操作模式及优化

压力驱动膜过程的操作模式及其优化姚红娟 王晓琳* （清华大学化学工程系，北京 100084）摘 要：压力驱动膜过程主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透四种，操作时可采用浓缩和渗滤两种模式。典型操作

1 压力驱动膜过程的操作模式及其优化 * 姚红娟王晓琳 100084 （清华大学化学工程系，北京） 摘要： 压力驱动膜过程主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透四种，操作时可采用浓缩 和渗滤两种模式。典型操作过程由预浓缩、恒容渗滤和后浓缩三个阶段组成，对其进 行优化，以使总过程时间最小和渗滤操作时渗滤溶剂的消耗量最小。 关键词： 膜分离浓缩渗滤优化 中图分类号文献标识码 ：TQ028.8：A 膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、蒸气分 压差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分选择性透过膜，以达到分离提纯的目的。以压力 MFUFNF 差为推动力的液体膜分离过程即为压力驱动膜过程，如微滤（）、超滤（）、纳滤（） RO 和反渗透（）。膜分离作为一门新型分离技术，具有设备简单，常温操作，无相变及化 学变化，选择性高及能耗低等优点，已在电子工业、食品工业、医药工业、环保和生物工程 等领域得到应用，并迅速向工业化应用迈进。采用膜分离技术分离纯化产品时，通常关心的 是产品的纯度和回收率及处理时间与所需的膜面积等。对于一个具体的分离体系，为实现产 品的高纯度和高收率，经济合理地设计膜分离过程是非常重要的。本文介绍了膜分离的浓缩 和渗滤两种操作模式及其组合操作的优化，以使总过程时间最小和渗滤操作时渗滤溶剂消耗 量最小。 1 压力驱动膜过程的操作模式 根据具体分离任务和要求，进行膜分离工艺设计时，对于压力驱动膜过程有浓缩和渗滤 两种操作模式可以选择。浓缩和渗滤操作的共同特点是在一定压力下，水及小分子物质等透 过膜留在透过液中，大分子物质被膜截留得到截留液，而主要区别在于是否往料液或浓缩液 中添加渗滤溶剂，其中渗滤操作需要添加渗滤溶剂，如图1所示。 渗滤溶剂 浓缩液 膜 透过液 泵 图1膜分离的浓缩和渗滤操作示意图 1.1concentration 浓缩（） 浓缩是指在一定压力差下，料液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜， 大于膜孔的大分子溶质被膜截留,从而被浓缩回收。该过程中，膜组件的配置方式对满足分 离过程的要求有决定性作用，设计中应重视膜组件数量的选择和膜组件的合理排列组合。其 工艺流程设计按运行方式分为连续式、部分循环式和循环式。按组件组合排列形式分，有一 级一段、一级多段和多级等。所谓段，指膜组件的浓缩液不经泵自动流到下一组膜组件处理。 nn 流经组膜组件，即称为段。所谓级，指膜组件的产品再经泵到下一组膜组件处理。产品 nn 经次膜组件处理，称为级。例如原料液升压后一次通过膜组件叫一级一段，如果浓缩液 直接进入下游组件称为一级二段，同理如果第二段的浓缩液再直接进入下游组件，则称作一 级三段，其余段数依此类推。而如果透过液经升压后进入下游组件称为二级，其透过液如果 1 No.29876018 基金项目：国家自然科学基金资助项目（） 1978~.*. 作者简介：姚红娟（），女，山西运城人，硕士研究生通讯联系人