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20吨/小时食品过滤设备

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微滤的分离特性

微滤是在流体压力差作用下,利用微滤膜(孔径范围一般为0.025~10微米)对被分离组分的尺寸选择性,将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留,而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。微滤分离的微粒或溶质直径范围为0.1~10微米。

微滤膜的主要特点

1、孔径均匀:微滤膜的孔径较均匀,例如孔径0.45微米的滤膜,其孔径变化范围仅在0.45微米上下0.02微米。

2、孔隙率高:微滤膜的表面上有无数微孔,约为107~1011个/cm2,孔隙率一般高达70%~80%左右,通常其通量比具有同等截留能力的滤纸至少快40倍。

3、滤材薄:一般微滤膜的厚度在100~150微米左右,较一般过滤介质为薄。因此,滤膜沾液造成的损失少,贮运方便。

4、驱动压力低:由于孔隙率高、滤材薄,因而流动阻力小,所需驱动压力低。

微滤膜的形态结构

根据膜孔形态结构,微滤膜可分为:具有毛细管状孔的筛网型微滤膜,和具有弯曲孔的深度型微滤膜。前者是一种理想情况,膜孔呈圆柱形孔,可截留大于其孔径的物质;后者是实际中常应用的膜,膜表面粗糙,内部孔结构错综复杂,互相交织形成立体网状结构,当溶液经过时,截留、吸附、架桥三种作用并存,因此可以去除粒径小于其表观孔径的微粒。

根据膜的截面结构是否对称,微滤膜又可分为:对称微滤膜和不对称微滤膜。这是由于膜材料和制备工艺的不同造成的。对称微滤膜在截面结构和膜材质上都是均匀的,没有物理孔上的明显差异,一般采用相转化法、延伸法、烧结法制备。非对称微滤膜的截面结构明显不对称,其表面是极薄的、起分离作用、具有一定孔径的皮层,而多孔的支撑层位于皮层之下。

非对称膜又分为相转化膜和复合膜两种,前者采用相转化法制备,皮层和支撑层为同一种材料;复合膜的皮层和支撑层采用不同的材料,通过在支撑层上进行浇铸、界面聚合、等离子聚合、核径迹蚀刻等方法形成超薄皮层。

微滤膜结构的性能表征

一般采用孔径、孔径分布、孔隙率表征。孔径分布越窄,即孔径大小相差越小,显然越好;孔隙率越高,则膜通量会越大,也越好。孔径可采用电镜,或如泡点法、压汞法等间接方法测定。

微滤膜的材料

有机微滤膜材料有:硝酸纤维素、醋酸纤维素、混合纤维素、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯以及聚氯乙烯等。

无机材料有:陶瓷材料(如氧化铝、氧化锆)、玻璃、铝、不锈钢等。

微滤的分离机理

其分离机理为筛分机理,膜的物理结构起决定性作用。其截留作用分为两大类:

1、膜表层截留作用,其包括:

(1)机械截留作用,即膜会截留大于其孔径或与其孔径相当的微粒。

(2)物理作用或吸附截留作用,其中包括吸附和电性能的影响。

(3)架桥作用,在膜孔的入口处,微粒因架桥作用也可被截留。

2、膜内部网络的截留作用:

对于表面层截留(表面型),接近于绝对过滤,易清洗,但杂质捕捉量相对于深度型较少;而对于膜内部截留(深度型)而言,接近于公称值过滤,杂质捕捉量较多,但不易清洗,多属于用毕废弃型。

微滤与常规过滤的区别

两者的基本原理基本相同的。但微滤能截留的微粒尺寸更小,效率更高,过滤的稳定性更好。
普通过滤的过滤介质,常采用纸、石棉、玻璃纤维、陶瓷、布、毡等,都是一些孔形极不整齐的多孔体,孔径分布范围较广,孔径通常有几十微米。其能截留0.5微米以上的颗粒,是由于滤饼层内颗粒的架桥作用等机理,以及过滤时粒子是陷入介质内部曲折的通道而被阻留等,但才截留住如此小的颗粒。常规过滤介质较厚,对颗粒的容纳量大,用于一般澄清过滤。

微滤属于精密过滤,其膜孔孔径分布较窄,所截留的微粒尺寸范围狭窄、准确,其直接利用过滤介质的孔隙筛分进行截留。其过滤介质薄,颗粒容纳量小,使用时宜设置预过滤。

微滤的过程

微滤过程一般经历几个阶段:

1、过滤初始阶段:比膜孔径大的颗粒被截留在膜表面,而比膜孔小的粒子进入膜孔,其中一些粒子由于各种力的作用被吸附于膜孔内,减小了膜孔的有效直径

2、过滤中期阶段:微粒开始在膜表面形成滤饼层,膜孔内吸附逐渐趋于饱和

3、过滤后期阶段:随着更多微粒在膜表面被截留,膜孔内吸附也趋于饱和,微粒开始堵塞膜孔,最终使膜通量趋于稳定,继而不断下降。

微滤的应用

目前,微滤主要应用于制药和食品的除菌过滤、发酵液过滤、果汁澄清过滤、酒的澄清、调味品的澄清、糖化液澄清过滤、蔬菜汁过滤、超纯水等的终端过滤、反渗透预处理、污水处理、油田采出水处理、钛白粉回收等。

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