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    • 微濾和超濾在制糖業(yè)中的應用

    • 來(lái)源：公司官網(wǎng) 發(fā)布日期：2014-09-10 14:58:24 瀏覽次數：2201
    •   微濾和超濾截留的微粒子不形成濾餅，仍以溶質(zhì)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(lái)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(zhù)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(zhì)的分子量大小來(lái)定義，將能截留90%的物質(zhì)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(jìn)行此種測定。商品超濾膜的截留分子量從300到50萬(wàn)，劃分為若干級。截留分子量與平均孔徑的關(guān)系如下表。
       
      截留分子量
      500
      1000
      10000
      30000
      50000
      100000
      孔徑 nm
      2.1
      2.4
      3.8
      4.7
      6.6
      11.0
      上述的截留分子量是對球形分子即尺寸對稱(chēng)的分子而言的。不少有機物的高分子是長(cháng)形，直徑較小，能通過(guò)較小的微孔。
        微濾和超濾膜設備的制造材料和產(chǎn)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(kāi)發(fā)的聚砜和聚砜酰胺等。國外生產(chǎn)濾膜的型號主要如MF-Milipore, Fluoropore,Mitex, Polyvic,CelotateSelectron等，每類(lèi)型號都有多種不同孔徑的產(chǎn)品(制造單位如Dupond、Dow、Rhone-Pouleng和Schleicher等)。國內的產(chǎn)品也在發(fā)展，上海、北京、大連、蘇州、無(wú)錫等地都有多個(gè)單位有各種不同孔徑的濾膜產(chǎn)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(cháng)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(lái)用無(wú)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?；蛴貌讳P鋼粉末等材料燒結制成，它們有耐熱、化學(xué)穩定性好、機械強度高等優(yōu)點(diǎn)。
        微濾和超濾現已在多個(gè)領(lǐng)域中廣泛應用，特別是水的精制、酒類(lèi)的精制、除去液體中的細菌和各種微粒、從工廠(chǎng)排出水中回收有用物質(zhì)或收集有害物質(zhì)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(lái)的研究工作相當多。
        膜過(guò)濾通常采用橫向(切向)流動(dòng)的工作方式，所處理的液體在過(guò)濾面之上流過(guò)，流向與過(guò)濾面平行。大部分液體通過(guò)濾膜成為提純液，少部分液體不透過(guò)，與被截留的溶質(zhì)(通常是雜質(zhì))一起成為濃縮液向后排出。這種工作方式不同于常規的過(guò)濾方法，后者亦稱(chēng)“一端不通”的過(guò)濾方法，不能通過(guò)濾層的物質(zhì)積存在過(guò)濾面上成為濾餅。和它相比，橫向流方式不通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的殘余物量較大，但可以連續工作，過(guò)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(shí)，亦可用常規的過(guò)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(guò)濾的很重要參數，VCF值大意味著(zhù)雜質(zhì)濃縮程度較高，殘余液體積較小，但膜的過(guò)濾性能會(huì )降低(因雜質(zhì)積聚較多)。
        美國Saska進(jìn)行了多項研究。先用陶瓷膜過(guò)濾器(Rhone-Poulene公司產(chǎn)品，截留分子量30萬(wàn)，有19個(gè)通道)處理糖廠(chǎng)的澄清汁，溫度90℃，運行20小時(shí)。透過(guò)流率初時(shí)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(shí)后穩定在0.4MPa。液體流速為6.5cm/min。透過(guò)流率還受到VCF值的很大影響，多次實(shí)驗結果，當VCF為2～3時(shí)，透過(guò)流率為200～300L/m2.h，當VCF為8～10時(shí)，透過(guò)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(shí)膜受污染較快，即使用時(shí)的過(guò)濾速度下降得較快。過(guò)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(jīng)過(guò)陶瓷膜過(guò)濾的清汁再用G30除鹽膜(截留分子量2500)過(guò)濾，反復進(jìn)行３次。原來(lái)的清汁色值為18000IU，膜過(guò)濾后降到2000IU。原來(lái)糖汁煮出的A糖的色值為3000IU，即膜過(guò)濾的脫色效果超過(guò)了結晶一次的作用。這意味著(zhù)采用膜過(guò)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(xiàn)。用膜過(guò)濾的清汁煮出的A糖的色值為250IU，洗滌后降至100IU。這種膜過(guò)濾的VCF值為1～7之間，使用壓力1.4MPa，透過(guò)流率約為40L/m2.h，比陶瓷膜低相當多。
        他試驗將精煉糖廠(chǎng)的中間糖蜜稀釋后用陶瓷膜(截留分子量300000)過(guò)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(zhì)和懸浮微粒，以后再用樹(shù)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(jīng)過(guò)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(guò)濾速度同樣受到物料原來(lái)的清濁度的影響。例如在VCF為5.0時(shí)，初始濁度為11NTU的糖液的透過(guò)流率約為64L/m2，而濁度為80NTU的糖液只約為45L/m2.h。
        膜過(guò)濾的余留液含有大量的糖份和濃集的雜質(zhì)，要加水稀釋后再用膜過(guò)濾，將糖份收回(類(lèi)似一般過(guò)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(guò)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(guò)濾，濾汁純度91.5～94.5%，色值1000～2500IU，脫色率95%。透過(guò)流率為45L/m2.h 。另用GR61P超濾膜處理糖漿，80℃，0.42MPa ，糖漿為65oBx，過(guò)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(chǎng)不同蔗汁的效果。超濾膜的材質(zhì)為聚醚砜(PEK)，截留分子量分別為１萬(wàn)、２萬(wàn)和７萬(wàn)。處理的蔗汁分別為亞硫酸法糖廠(chǎng)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(jìn)行９次試驗，結果很接近?；旌锨逯贸瑸V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?xún)?yōu)于70000者，濾汁質(zhì)量稍高?；旌现幚砗蟮臑V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(wú)機物不多，大部分無(wú)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(guò)濾速度高于處理混合汁及中和汁，每平方米膜每小時(shí)得到的濾液量約30公升。這樣的過(guò)濾速度很難滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。如要達到20t/h的過(guò)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(shí)易受污染，性能下降較快；過(guò)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(wèn)題都要研究解決。
        廣東和廣西的糖業(yè)界曾研究應用國產(chǎn)的PA微孔管過(guò)濾器，它是一個(gè)圓筒形容器，內裝多條微孔過(guò)濾管，液體從外面通過(guò)它的微孔進(jìn)入管內集中流出。過(guò)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(guò)濾亞硫酸法糖廠(chǎng)的清汁(澄清汁與濾清汁的混合物)，蒸發(fā)罐糖漿和煉糖廠(chǎng)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(guò)濾清汁的過(guò)濾速度較高，連續使用８小時(shí)的過(guò)濾速度為13kg/min.m2。過(guò)濾后用熱水和壓縮空氣反洗可將沉淀物清除。用于過(guò)濾糖漿時(shí)的過(guò)濾速度較低，且較易被阻塞。

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