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微濾和超濾在制糖業(yè)中的應用
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來源：公司官網 發(fā)布日期：2014-09-10 14:58:24 瀏覽次數：2455
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微濾和超濾截留的微粒子不形成濾餅，仍以溶質的形式保留在濾余液中。分離的性能決定于膜上微孔的尺寸和形狀。微濾膜常為均勻的多孔膜，孔道曲折，通常直接用測得的平均孔徑來表示其截留特性。它的孔徑分布較廣，由0.02～10μm，膜厚50～250μm。超濾膜由表面活性層和支撐層兩層組成，表面活性層很薄，厚度0.1～1.5μm，有孔徑為1～20nm的微孔，孔徑較均勻，排列有序。支撐層厚度200～250μm，支撐著表面活性層，使膜有足夠的強度，能承受壓力。支撐層疏松、孔徑大、流通阻力小。超濾膜的孔徑通常用它截留物質的分子量大小來定義，將能截留90%的物質的分子量為膜的截留分子量。用典型的已知分子量的球形分子如葡萄糖、蔗糖、桿菌肽、肌紅蛋白、胃蛋白酶、球蛋白等作基準物進行此種測定。商品超濾膜的截留分子量從300到50萬，劃分為若干級。截留分子量與平均孔徑的關系如下表。截留分子量5001000100003000050000100000孔徑 nm2.12.43.84.76.611.0上述的截留分子量是對球形分子即尺寸對稱的分子而言的。不少有機物的高分子是長形，直徑較小，能通過較小的微孔。微濾和超濾膜設備的制造材料和產品型式都有多種。最常用的是高分子有機聚合物如醋酸纖維素、硝酸纖維素、混合纖維素酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，以及后期開發(fā)的聚砜和聚砜酰胺等。國外生產濾膜的型號主要如MF-Milipore, Fluoropore,Mitex, Polyvic,CelotateSelectron等，每類型號都有多種不同孔徑的產品(制造單位如Dupond、Dow、Rhone-Pouleng和Schleicher等)。國內的產品也在發(fā)展，上海、北京、大連、蘇州、無錫等地都有多個單位有各種不同孔徑的濾膜產品。有機聚合膜通常是平面形(或板框式)，或制成螺旋板形或中空纖維結構(內徑0.5～1.5mm的長管束)。亦有用高分子聚乙烯為原料，用燒結工藝成型制成微孔管。近年來用無機材料制造膜有很大發(fā)展，常用金屬、金屬氧化物、陶瓷和玻璃等材料。例如在多孔陶瓷的表面上由Al2O3、TiO2、ZrO3等成份形成微孔膜，通常用管狀的多管道(7～19管道)形式。或用不銹鋼粉末等材料燒結制成，它們有耐熱、化學穩(wěn)定性好、機械強度高等優(yōu)點。微濾和超濾現已在多個領域中廣泛應用，特別是水的精制、酒類的精制、除去液體中的細菌和各種微粒、從工廠排出水中回收有用物質或收集有害物質等。在制糖工業(yè)中應用微濾和超濾的可能性早就受到注意和研究，近年來的研究工作相當多。膜過濾通常采用橫向(切向)流動的工作方式，所處理的液體在過濾面之上流過，流向與過濾面平行。大部分液體通過濾膜成為提純液，少部分液體不透過，與被截留的溶質(通常是雜質)一起成為濃縮液向后排出。這種工作方式不同于常規(guī)的過濾方法，后者亦稱“一端不通”的過濾方法，不能通過濾層的物質積存在過濾面上成為濾餅。和它相比，橫向流方式不通過過濾介質的殘余物量較大，但可以連續(xù)工作，過濾速度較高(因截留物的積存較少)。但用微濾膜隔除懸浮微粒時，亦可用常規(guī)的過濾方法。入料體積對濃縮液體積的比例以符號VCF表示，它是膜過濾的很重要參數，VCF值大意味著雜質濃縮程度較高，殘余液體積較小，但膜的過濾性能會降低(因雜質積聚較多)。美國Saska進行了多項研究。先用陶瓷膜過濾器(Rhone-Poulene公司產品，截留分子量30萬，有19個通道)處理糖廠的澄清汁，溫度90℃，運行20小時。透過流率初時為250～300L/m2.h，以后逐漸降低到200～150L/m2.h之間，所用壓力初期較低，2小時后穩(wěn)定在0.4MPa。液體流速為6.5cm/min。透過流率還受到VCF值的很大影響，多次實驗結果，當VCF為2～3時，透過流率為200～300L/m2.h，當VCF為8～10時，透過流率降至100～200L/m2.h。此外，所處理的糖汁的濁度也有很大影響，濁度高時膜受污染較快，即使用時的過濾速度下降得較快。過濾后糖汁錘度不變，色值降低很少(11600降至11400IU)，但濁度由240NTU下降至1.0，混濁物除去99.6%，此外，淀粉除去46%，葡聚糖除去77%。將經過陶瓷膜過濾的清汁再用G30除鹽膜(截留分子量2500)過濾，反復進行３次。原來的清汁色值為18000IU，膜過濾后降到2000IU。原來糖汁煮出的A糖的色值為3000IU，即膜過濾的脫色效果超過了結晶一次的作用。這意味著采用膜過濾可能取代傳統的先煮制原糖再回溶精煉的重結晶工藝路線。用膜過濾的清汁煮出的A糖的色值為250IU，洗滌后降至100IU。這種膜過濾的VCF值為1～7之間，使用壓力1.4MPa，透過流率約為40L/m2.h，比陶瓷膜低相當多。他試驗將精煉糖廠的中間糖蜜稀釋后用陶瓷膜(截留分子量300000)過濾。入料濃度31Bx，濾液28.5Bx，入料混濁度330NTU，濾液30NTU，降低91%，入料色值21000IU，濾液18000IU，降低14%。這種處理除去了絕大部分高分子物質和懸浮微粒，以后再用樹脂就很少受污染，是離子交換法和離子排斥法的一種極好的前處理方法。將上述的膜濾前和膜濾后的糖液分別濃縮到高濃度再測定其粘度，在80oBx下，已濾糖液的粘度為500cp，而未濾者為1000cP，前者降低約一半；在84oBx下，兩者的粘度分別為1700和2700cP，已濾者低約37%。經過膜濾的糖液的粘度降低約相當于糖液濃度降低2oBx，因此可使煮糖結晶率提高3～5%。這種處理的過濾速度同樣受到物料原來的清濁度的影響。例如在VCF為5.0時，初始濁度為11NTU的糖液的透過流率約為64L/m2，而濁度為80NTU的糖液只約為45L/m2.h。膜過濾的余留液含有大量的糖份和濃集的雜質，要加水稀釋后再用膜過濾，將糖份收回(類似一般過濾用水洗滌泥層)。麥Madsen試驗將甜菜滲出汁加少量石灰中和并過濾除去不溶物后，用截留分子量為20000的聚砜超濾膜GR61在60～80℃和0.4～0.6MPa下過濾，濾汁純度91.5～94.5%，色值1000～2500IU，脫色率95%。透過流率為45L/m2.h 。另用GR61P超濾膜處理糖漿，80℃，0.42MPa ，糖漿為65oBx，過濾流率為9L/m2.h，可除去色素30～50%，糖漿純度提高1～1.5%。超濾膜的截留分子量較小者，脫色效果較高。陳山詳細研究了用超濾膜處理甘蔗糖廠不同蔗汁的效果。超濾膜的材質為聚醚砜(PEK)，截留分子量分別為１萬、２萬和７萬。處理的蔗汁分別為亞硫酸法糖廠的混合汁、中和汁和混合清汁(澄清汁和濾汁的混合物)。每種均進行９次試驗，結果很接近。混合清汁用超濾膜處理后，色值降低30～38％，濁度降低40～57％，純度上升0.5～0.8；混合汁用超濾膜處理后，色值降低81～84％，濁度降低96～97％，純度上升1.6～1.9。不同截留分子量的超濾膜對比，分子量為10000的效果略優(yōu)于70000者，濾汁質量稍高。混合汁處理后的濾汁的色值和濁度都低于處理清汁者。超濾除去色素和渾濁物的作用相當好，但蔗汁純度的上升值不很大。這是因為它除去的無機物不多，大部分無機物是低分子量的，它們是影響蔗汁純度的主要因素。用超濾膜處理清汁的過濾速度高于處理混合汁及中和汁，每平方米膜每小時得到的濾液量約30公升。這樣的過濾速度很難滿足生產的需要。如要達到20t/h的過濾量，則要約600m2的超濾膜。這在投資和管理上都相當困難。超濾膜在使用時易受污染，性能下降較快；過濾余留物的量較大，將它的糖份回收要增加流程和設備；這些問題都要研究解決。廣東和廣西的糖業(yè)界曾研究應用國產的PA微孔管過濾器，它是一個圓筒形容器，內裝多條微孔過濾管，液體從外面通過它的微孔進入管內集中流出。過濾管是聚乙烯燒結微孔管，直徑25mm，有不同型號，截留微粒的直徑為0.1～10μm。曾試驗過濾亞硫酸法糖廠的清汁(澄清汁與濾清汁的混合物)，蒸發(fā)罐糖漿和煉糖廠的回溶糖漿(已加活性炭)，都能將糖液中的不溶物除去大部分，色值略有降低，純度略有提高。用于過濾清汁的過濾速度較高，連續(xù)使用８小時的過濾速度為13kg/min.m2。過濾后用熱水和壓縮空氣反洗可將沉淀物清除。用于過濾糖漿時的過濾速度較低，且較易被阻塞。
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