中空纤维膜双向流TWF分离技术的研究_论文

发布于:2021-09-19 01:06:18

第27 卷 第 1期 2007 年 2 月 膜 科 学 与 技 术 M E M BR A NE SC IE N C E A N D T E CH NO LO GY Vol. 27 No. I Feb . 2007 文章编号:1007 一 8924 (2007)01 一 0055 一 04 中空纤维膜双向流 (TWF ) 分离技术的研究 王海涛’ ,吕晓龙, 郭振友 (天津工业大学 中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室, 天津 300160) 摘 要: 利用聚偏氛乙 烯(PVDF) 中空纤维膜, 对比考察了 双向流膜过滤工艺与普通膜过滤工 艺. 结果表明, 中空纤维膜上下入口的周期性切换使得双向流工艺在过滤的同时进行冲,清 *J 11 洗, 提高了 大大 过滤效率以 及膜的耐污染性. 清洗实 验同 样表明, 与普通过滤工艺 相比, 双向流 工艺中膜污染后更易清洗, 膜通量基本恢复. 若干工程实例表明, 双向流技术已得到广泛的应 用并将对膜工艺 优化设计产生重要的影响. 关键词: 双向流; 膜分离; 中空纤维膜 中图分类号: TQ028. 8 文献标识码: A 中空纤维膜分离技术是一种新型的 净化分离技 术, 其分离过程在常温下进行, 无相变, 不产生二次 污染, 是高效节能型分离净化技术, 广泛应用于化 工、 环保、 医药、 生物以及电子等各个领域. 然而, 长 期以来人们似乎对于膜材料以及制膜工艺进行了更 !浓 液 缩 透过液 多 关注, 忽视了 艺设计的 究〔 .利用材 的 而 膜工 研 ‘ , 幻 质为聚偏氟乙烯(PVDF)纺织而成的中空纤维膜, 设计成功了双向 流膜过滤工艺. 实验表明:双向流工 艺对于中空纤维膜的分离效率、 耐污染性以及清洗 后通量的恢复都有很大程度的提高. 透过液 }原 液 (a) ’ {浓 液 缩 (b) 1 双向 流(TWF)膜分离原理 在膜分离过程中, 随着过滤的进行, 膜表面会有 被截留物质沉积形成污染. 过滤压力高, 过滤速度 快, 膜的污染严重, 反之压力低则膜的污染轻. 在双 向流膜过滤操作的第一阶段, 原液从膜组件下部进 人, 回流浓缩液从上部流出, 见图1(a). 这时进液口 (下端)压力高, 膜的下半段因过滤速度快而污染逐 渐加重, 而回流浓缩液出口 (上端)压力很低, 上 膜的 半段污染较轻. 当过滤进行一段时间以 进人第二 后, 阶段, 即通过阀门切换, 原液和回流浓缩液的方向 进 行倒换, 见图1(b) . 原液从污染较轻的上部进入, 上 端压力高, 过滤主要在*攵谓校 下端压力很低, 收稿日 2005 - 05- 18; 修改稿收到日 2005 - 07 - 25 期: 期: 图1 双向流膜分离原理图 Fig. 1 The pr nciple of TWF separation i 回流浓缩液迅速通过, 对已污染较重的下半段膜表 面进行冲刷, 污染物脱落, 使膜的性能得以恢复. 阀 门的周期性倒换使两个阶段循环进行, 在过滤的同 时进行冲 刷清洗, 使膜一直在良 好的状态下工作, 可 以长期保持较高的过滤效率. 图2 为双向流过滤工艺示意图. 2 实验部分 2. 1 双向流膜过滤工艺的特点 图3 和图4 分别为普通过滤和双向流方式过滤 膜通量与时间的关系曲线. 实验装置为10支中 x 90 作者简介: 王海涛( 1981一 , 河北省邯郸市人, ) 男, 硕士, 助研, 从事膜材料与膜过程 面的研究. ,通讯联系人 (whaitao134@eyou.二 ) 膜 科 学 与 技 术 第 27 卷 过滤时间由 先前的7 h 缩短至3 h, 这表明采用相同 的中 空纤维膜进行分离, 双向流膜工艺优于传统的 膜过滤工艺. 反洗泵 图2 双向流过滤工艺示意图 Fig.2 Schematic diagram of TWF separation unit 2.2 温度和压力对于双向流膜过滤工艺的影响 图5 为温度对双向流膜过滤工艺的影响, 其中 膜装置人口 端压力保持为0.08 MPa, 实验所用中空 纤维膜面积为4 讨. 从图5 中可以看出, 随着温度 的升高, 膜水通量随之升高, 且两者*似成线性关 系.实际上温度对膜通量的影响主要来源于温度对 流体的勃度的作用, 较高的温度能降低流体的勃度, 从而提高膜通量[3,41. [ ( 飞 闷 》 酬 恻 溅 1 000 trim 的内 压式聚偏氟乙 空纤维微孔膜, 烯中 膜 面积约为40 扩 , 膜进口 端压力为0. 08 MPa, 温度 为25 ℃, 料液为某种氨基酸发酵液, 每批料液约为 2.5 t , 浓缩液为 300 L. 从图3 可以看出, 随着过滤 的进行, 膜过滤速度很快衰减, 按一定时间间隔关闭 滤出液阀门, 进行等压清洗, 可以在短时间内一定程 度上提高过滤速度, 但由于等压清洗耗用大量的时 间, 发酵液总过滤操作时间未见明显减少. 相比 之 下, 由图4 可看到, 采用双向流工艺进行发酵液过滤 时, 随着发酵液浓缩的进行, 滤出速度缓慢下降, 总 1 20 0 温度 / ℃ 图5 温度对双向流膜过滤工艺中膜通量的影响 Fig.5 Effect of temperatur on the membrane e flux in T WF process 二 1 000 气 』 ‘ l r 》 喇 叫 戳 0 8 0 6 姗 0 5 0 10 0 150 200 250 300 350 4 00 4 5 0 由 于膜过滤是以压差为推动力, 利用膜的“ 筛 分” 作用进行分离的 过程, 此膜装置的 因 进口 压力对 于双向流膜过滤工艺的影响比较明显. 图6 为不同 的压力差下膜的水透过通量, 其中中空纤维膜面积 为4 扩, 水温为25 ℃. 从图6 中可以 看出, 在低压 区, 膜两侧的压差与膜的水通量也*似成线性关 时间 / min

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