郑安琪生物制品分离工程

生物制品分离工程思维导图笔记，分支内容包括：常用膜材料、膜的孔道结构、膜分离技术、膜分离技术特点等。

生物制品分离工程

• 膜分离技术
  • 分离介质——选择性透过膜。 膜两侧存在推动力 ——如压力差、浓度差、电位差等 原理——原料侧组分选择性地透过膜
• 膜分离技术的特点
  • ①操作在常温下进行
  • ②是物理过程，不需加入化学试剂
  • ③不发生相变化（因而能耗较低）
  • ④在很多情况下选择性较高，浓缩率高
  • ⑤过滤、浓缩和吸附可集成
  • ⑥设备易放大，可以分批或连续操作
  • ⑦对环境友好
• 膜的概念
  • 在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，其把流体相分隔开成为两部分，这一薄层物质称为模
• 膜的基本特性
  • 材料选择的原则
    • 应有较大的透过速度和较高的选择性
  • 基本要求
    • 机械强度好，耐压
    • 耐热
      • 高通量通常带来的温度升高和清洗的需要
    • 耐酸碱
      • 防止分离以及清洗过程中的水解
    • 化学相容性
      • 保持膜的稳定性
    • 生物相容性
      • 防止生物大分子的变性
    • 价格低廉
• 膜的类型
  • 按结构
    • 对称膜
    • 不对称膜
  • 按材料组成
    • 无机膜
    • 有机膜
    • 复合膜
  • 按形状
    • 平板膜
    • 管式膜
    • 中空纤维膜
    • 卷式膜
• 膜的孔道结构
  • 对称膜
    • 分不均匀，对称膜的传质阻力大，透过通量低，容易污染，清洗困难
  • 不对称膜
    • 起膜分离作用的表面活性层
      • 膜层很薄，孔径微细，透过通量达 大，膜孔不易堵塞，易清洗
    • 起支撑强化作用的惰性层
      • 孔径大对流体透过无阻力
• 常用膜材料
  • 无机多孔膜
  • 天然高分子材料
  • 合成高分子材料
  • 醋酸纤维素
    • 透过速度大
    • 截流盐的能力强
    • 易于制备
    • 来源丰富
    • 不耐温
    • PH范围窄，清洗困难
    • 与氯作用，寿命降低
    • 易受微生物侵袭
    • 适宜于制备反渗透膜，超滤和微滤
• 水通量
  • 指膜材料的纯水通过量，在一定条件下通过测量一定量纯水所需的时间测定
  • 影响因素
    • 随着膜截留分子量或膜孔径的增大而增大
    • 膜材料的种类对水通量的影响显著
    • 孔径越大，通量下降的速度越大
• 膜过滤装置
  • 目前生产的膜过滤装置都由膜件(Module)构成
  • 膜组件
    • 有膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳这些部件的容器构成的一个单元。
  • 模件应具备下列条件
    • 1. 膜面切线方向速度快，有高剪切率，以减少浓差极化
    • 2. 膜的装载密度，即单位体积中所含膜面积比较大
    • 3. 拆洗和膜的更换比较方便
    • 4. 保留体积小，且无死角
    • 5. 具有可靠的膜支撑装置
  • 各种膜组件
    • 平板式
      • 优点
        • 装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较 大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜
      • 缺点
        • 需密封的边界线长
    • 管式
      • 优点
        • 结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液
      • 缺点
        • 管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为33～330 ，保留体积大，压力降大，除特殊场合外，一般不被使用
    • 中空纤维
      • 优点
        • 设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大
      • 缺点
        • 中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高
    • 螺旋卷绕式
      • 优点
        • 目前卷式膜组件应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，湍流状况好，适用于反渗透
      • 缺点
        • 清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其发展