生化分离技术膜

1、纳滤膜的应用(yngyng)在医药工业中的应用(yngyng) 抗生素的浓缩与纯化，抗生素一般使用萃取法进行浓缩纯化，纳滤可以用亲水性膜过滤去除水和无机盐，或者用疏水性膜去除有机溶剂，实现对抗生素的浓缩纯化。一般要和别的纯化方法相结合使用共一百四十二页硬水(yngshu)处理 钙、镁、碳酸根和硫酸根等两价离子是形成(xngchng)水硬度的主要原因。采用膜法软化代替传统的石灰软化和离子交换法软化的优点是无污泥，不需要再生，并且还可以完全除去悬浊物和有机物，设备操作简便，占地少。纳滤反渗透组合工艺可使回收率大幅度提高 。共一百四十二页氨基酸的纯化(chn hu) 氨基酸是一种两性化合物, 分子中

2、既有正电荷基团, 又有负电荷基团。可以通过控制pH 的方法，采用纳滤分离和纯化氨基酸。例如，天冬氨酸、异白氨酸、鸟氨酸的等电点分别是2. 8 , 5. 9 和9. 7 。荷电型纳滤膜对氨基酸的截留率大小是pH 值的函数(hnsh)。当pH为5. 0 时，膜对天冬氨酸的截留率为40 % , 而对异亮氨酸和鸟氨酸的截留率小于10 %。尽管截留率之间的差别不是很大，但已可实现不同氨基酸的分离。 共一百四十二页纳滤和反渗透的工艺(gngy)都具有浓差极化(j hu)现象，会严重影响膜性能操作方式基本相同，只是纳滤压力高于超滤而低于反渗透共一百四十二页平板式膜组件(z jin)简单，组装方便，易于(yy

3、)操作，便于清洗共一百四十二页卷式膜组件(z jin)平板结构的卷曲(jun q)形式，单位体积内膜的填充密度高，生产能力大，易于大规模生产，适于海水淡化，纯水制备等，其缺点是一处破损就会导致整个组件失效，对预处理要求严格。共一百四十二页管式膜组件(z jin)不易堵塞，易于清理，但占地面积和空间(kngjin)体积大，适合较粘稠液体分离共一百四十二页中空纤维(xinwi)膜组件共一百四十二页膜的污染(wrn)与处理、化学结垢(ji u)、颗粒污染、生物污染、胶体污染共一百四十二页污染(wrn)的处理化学结垢的处理：一般使用柠檬酸或盐酸，注意不要低于，流速不要太快。颗粒污染：增强湍流，加强预处

4、理。生物污染：控制体系中有机物含量(hnling)，酸碱交替清洗，使用杀菌剂。胶体污染：.氢氧化钠，二钠，.十二烷基硫酸钠，清洗。共一百四十二页沉淀(chndin)共一百四十二页沉淀：加入沉淀剂使溶质溶解度降低，形成固相从溶液中析出从而达到分离目的的一种技术。其优点是操作简单，原料易得，特别适合于浓度(nngd)高的溶液操作；缺点为产品质量较低，还需要进一步精制。共一百四十二页常规沉淀分离技术主要包括：1. 有机溶剂沉淀2. 盐析3. 等电点沉淀4. 高聚物沉淀5. 复合(fh)盐沉淀6. 表面活性剂沉淀共一百四十二页亲和分离(fnl)与沉淀，膜技术共一百四十二页生物(shngw)亲和作用和亲

5、和纯化技术生物(shngw)分子间的特异性相互作用称为亲和作用。利用生物分子间的这种特异性结合作用的原理进行生物物质分离纯化的技术称为亲和纯化技术。共一百四十二页亲和配基及其作用(zuyng)体系特异性亲和体系高特异性酶-底物、产物、抑制剂抗原-单克隆抗体荷尔蒙-受体蛋白核酸-互补碱基链段群特异性免疫球蛋白-A蛋白、G蛋白酶-辅酶酶、蛋白质-过渡金属离子（Cu2+,Zn2+)凝集素-糖、糖蛋白、细胞表面受体共一百四十二页亲和配基酶的抑制剂: 大豆胰蛋白酶抑制剂抗体：抗体-抗原。单抗免疫亲和层析A蛋白(dnbi)：与免疫球蛋白(dnbi)IgG结合。凝集素：与糖特异性结合的蛋白。伴刀豆球蛋白。辅

6、酶和磷酸腺苷：辅酶I，与脱氢酶，激酶结合。三嗪类色素：分子内含三嗪环的合成活性染料。Reactive Blue 2 与脱氢酶，激酶结合。过渡金属离子:Cu2+,Ni2+,Zn2+组氨酸: 咪唑环，静电和疏水作用。肝素：哺乳动物的脏器内的酸性多糖物质。与脂蛋白，脂肪酶抗凝血酶等结合。共一百四十二页亲和沉淀(chndin)技术共一百四十二页亲和沉淀(chndin)技术 将生物专一性识别与沉淀分离(fnl)相结合的分离纯化技术。 即以大分子与亲和配基相连接，与溶液中的目标分子特异性结合后形成沉淀从而分离的技术。共一百四十二页 亲和沉淀按其机理可分为一次作用亲和沉淀和二次亲和沉淀： 一次亲和沉淀：水溶

7、性分子上偶联有2个或以上的亲和配基，通过(tnggu)与多价蛋白质交联，形成较大的交联网络而沉淀共一百四十二页 一次亲和沉淀要求配基与目标分子的亲和常数要高，沉淀条件较难掌握，配基会发生自交联现象，沉淀后目标分子与配基的分离较为麻烦，不适宜大规模应用(yngyng)，目前常用的是二次亲和沉淀共一百四十二页二次亲和沉淀(chndin)技术利用溶解可逆高聚物作为蛋白沉淀剂，这类物质在物化因素（pH，温度，离子强度等）发生改变的时候，其溶解状态随之发生可逆变化。将亲和配基与这类高聚物相连接，使之与蛋白发生特异性聚合，复合物在一定条件下形成沉淀，去除杂质后将沉淀聚合物溶解，在一定条件下使目标(mbio

8、)分子与聚合物分离，解离后的聚合物再沉淀，从而实现分离。共一百四十二页亲和沉淀技术(jsh)的特点1. 液态环境下，亲和反应快，传质阻力小，配基利用率高。2. 后续(hux)离心或过滤，操作简单，易于放大3. 可以直接处理包含细胞碎片，颗粒物质等的粘稠溶液，减少步骤，提高产率。4. 可以在提纯的同时将之浓缩。5. 可以多次多种亲和沉淀。 具有类似亲和层析的纯化效率，又可弥补其放大困难，成本较高的缺点共一百四十二页溶解(rngji)可逆聚合物 溶解可逆聚合物是这项技术的关键，须具备以下条件：1. 与亲和配基结合后不会影响配基的专一性和活性。2. 环境参数的改变不会影响配基及其固定化酶的活性3.

9、形成的沉淀(chndin)易于分离，价格低廉，容易获得。共一百四十二页溶解(rngji)可逆高聚物天然聚合物：几丁质、褐藻酸、乳酪蛋白(dnbi)等。合成聚合物：烯烃基衍生物的共聚物和多聚电解质 共一百四十二页亲和沉淀(chndin)的问题1. 溶解可逆聚合物往往是带同种电荷的多聚电解质，可以通过(tnggu)静电作用与蛋白质形成聚集，所以难免非特异共沉淀，不能一步达到高度纯化的目的。2. 缺乏适用的大规模沉淀高聚物。3. 沉淀的清洗和再溶解问题。离心的缺点？共一百四十二页亲和超滤技术(jsh)共一百四十二页超滤过程是以压力为推动力，通过膜的孔径实现溶质(rngzh)分子按分子量大小分离的技术

10、。这个过程简单，耗能低，无需加入其他试剂，但是，对于分子量接近的大分子难于分开，对于一些分子量大于超滤膜截留孔径的大分子，超滤膜也不能有效截留，这些都影响了超滤技术的选择性。共一百四十二页亲和超滤概念(ginin) 亲和超滤是亲和层析技术和超滤技术的结合，既有良好的选择性又易于大规模操作。 它是将连有特异性配基的载体，在适当的流动状态下与目标待分离液混合(hnh)，载体上的配基特异性的与溶液中的 目标产物结合，形成体积远大于其他杂质分子的复合物，经过超滤膜时，体积较大的复合物被截留，其他分子被滤走。共一百四十二页亲和超滤主要(zhyo)步骤： 1）原料液与配体吸附。 2）杂蛋白清洗除去。 3）

11、目标蛋白洗脱。共一百四十二页 与亲和层析相比(xin b)，亲和超滤在搅拌池中进行，全体物料能同时与载体发生结合，反应能在瞬间达到平衡；反应空间位阻小，吸附容量大；能在短时间内处理大体积物料。当溶液较稀，体积较大时，亲和超滤更为合适。 亲和超滤在冲洗和洗脱阶段，需要更大的清洗和洗脱体积，同时造成的产物损失也较层析大，产物浓度也较稀，需增加浓缩环节。共一百四十二页亲和超滤的载体(zit)制备适当的载体是亲和超滤的关键环节，目前常见的载体分为(fn wi)2种类型。水不溶性载体水溶性载体共一百四十二页水不溶性载体(zit)水不溶性载体多种多样，有天然微粒，或人工制备微粒。使用水不溶性载体，颗粒内的

12、扩散限制是吸附与洗脱的限速步骤，以非多孔粒子可以避免 内扩散限制，但是有限的表面积限制了目标物的吸附量，所以，为了提高吸附容量，颗粒应当(yngdng)尽量小，以增加有效表面积。共一百四十二页一些常见(chn jin)的水不溶性载体酵母细胞(xbo)，链霉菌细胞(xbo)，芽孢杆菌等共一百四十二页淀粉粒 （110m）琼脂糖珠 （45165m）脂质体 （2070nm）纳米硅胶(u jio)粒子 （12nm）共一百四十二页水溶性载体(zit)水溶性载体，与目标蛋白的结合是在均相中进行，比在异相(y xin)中的吸附更为迅速有效，载体与配基之间的偶联也更为容易。常见的水溶性载体主要包括 葡聚糖 水溶

13、性聚丙烯酰胺 聚乙烯醇共一百四十二页亲和超滤过程(guchng)的主要影响因素亲和超滤体系主要(zhyo)包括：载体，配基，滤膜，而决定生产率的两大因素为大分子间的亲和能力和膜的透过速率。载体：理想的载体应为物化性质稳定，对杂质无吸附能力，易于被配基修饰，有足够大的亲和吸附容量。其结构一般为一个惰性稳定内核，表面具有一些可供修饰具有吸附能力的基团。共一百四十二页配基：在吸附时，虽然选用高结合能力的配基可以(ky)提高吸附效率，但会给下一步洗脱造成困难，所以应选用中结合能力的配基，还应有尽量大的吸附量，专一性强，在亲和吸附和洗脱的条件下能保持稳定，易回收，无毒。共一百四十二页亲和过滤存在(cnz

14、i)的问题非特异性吸附的问题载体的反复利用和污染难以(nny)同时获得较高产品纯度和回收率共一百四十二页胶团强化(qinghu)超滤技术 胶团强化过滤（MEUF）是 基于表面活性剂 的双亲分子结构的特性而实现分离的 方法(fngf)。通过表面活性剂的亲水基和疏水基络合和键合作用，实现有机溶质与重金属离子的分离。具有能耗低、实现高分离率、无毒、分离剂( 表面活性剂) 可生物降解和可同时去除非离子有机物和荷电离子等优点。共一百四十二页基本原理：当投入水中的表面活性剂浓度超过表面活性剂的临界胶束浓度时，剩余的表面活性剂分子(fnz)将在溶液内聚集，形成疏水基向内、亲水基向外的聚集体，即胶团 。共一百

15、四十二页假如水中溶解了其它化学结构和性质与表面活性剂分子的疏水基相似的有机物，根据相似相溶原理，这种有机物将溶解于胶团中，当它们通过(tnggu)超滤膜时，携带有机物的胶团因不能透过膜而被截留，水和少量表面活性剂单体及未形成胶团的有机物能自由透过膜，从而实现有机物和水的有效分离。 共一百四十二页共一百四十二页 MEUF对有机物的去除率取决于胶团对有机污染物的增溶能力，即胶团对有机物的增溶系数，是表面活性剂与有机物之间相互作用力大小的量度，其大小与表面活性剂和有机物化学结构和性质(xngzh)及浓度有关。共一百四十二页 MEUF不仅可以去除废水(fishu)中的有机污染物,还可以去除废水中的重金

16、属离子。当投加到废水中的是离子型表面活性剂时，形成的胶团表面带高电荷，能通过静电作用将反离子吸附或束缚于表面。如是阴离子型，它形成的胶团能吸附废水中的阳离子，Zn2+、Cu2+、Ni2+和Fe3+等; 是阳离子型，则能吸附废水中的多价阴离子，如CrO42-。理论上胶团能去除所有离子性物质。 共一百四十二页亲和膜分离技术(jsh)共一百四十二页亲和膜分离技术(jsh)将亲和色谱技术和膜分离技术结合起来的技术。以膜为基质进行改性，耦合上配基，再按吸附，清洗和洗脱的步骤进行生物(shngw)产品的分离。能在操作的同时实现浓缩，操作方便，设备简单，便于大规模生产，目前利用亲和膜已能纯化制取白蛋白，抗体

17、，干扰素，纤维蛋白，葡聚糖，胰蛋白酶等产品。共一百四十二页亲和膜思路提出 “降低(jingd)柱高、增大柱径以降低(jingd)压降、提高流速”共一百四十二页亲和膜的原理(yunl) 亲和配基固定在膜孔表面，流体在对流状态下透过膜孔的过程中目标蛋白与配基接触(jich)而被吸附共一百四十二页亲和膜分离所采用的设备与膜分离类似，主要采用中空纤维组件，平板组件等。而操作过程(guchng)与亲和色谱类似，其过程(guchng)主要包括，样品液流过亲和膜，溶质分子与配体的特异性结合，目标分子的洗脱收集，然后将膜进行洗涤，平衡和再生。共一百四十二页亲和膜的优点(yudin)： 1）传质阻力小，达到平衡

18、快 2）配基利用率高 3）流速(li s)快 4）设备体积小共一百四十二页亲和膜的选择(xunz)1）首先膜表面要有足够多的可利用化学基团，使之能活化并接上配基2）要有足够的表面积和孔径。孔径不再是分离的限制条件，所以(suy)需要有足够大的孔径。3）具有一定的机械强度，能耐受压力，长期使用不变形。4）耐酸碱，高浓度盐和有机溶剂共一百四十二页亲和膜基质(j zh)亲和膜常用微滤膜改造而成，传统用于亲和色谱的材料往往无法(wf)制成多孔膜，或是强度不够或是表面积孔径无法(wf)满足要求，多数不是制备亲和膜的理想材料。近年来发展起来的一些新材料，如乙酰化醋酸纤维，聚胺，聚乙烯醇，聚砜等用于制备亲和

19、膜较好。共一百四十二页配基按来源分，可分为天然配基和人工合成(rn n h chn)配基按作用方式分，可分为结构特异性配基和基团特异性配基 天然配基性能优良，但是制取和提纯困难，价格昂贵，使用条件也较苛刻。 人工配基量大又便宜，所以是使用更多的配基。共一百四十二页亲和膜的制备(zhbi)活化及耦合亲和膜的制备主要(zhyo)包括：成膜、功能化、活化。功能化指通过引入适当的基团，使膜材料改性，常用的方法包括化学反应，辐射接枝，覆盖带基团的涂层等，引入的基团常为亲电性的，如羟基，酰胺基团等。共一百四十二页活化指使引入的基团活性增加，能与配基作用。常使用一些双官能团试剂与膜作用，如溴化氰法，环氧法等

20、。活化通常与配基耦合同时进行(jnxng)，配基常为生物分子，所以活化时间不宜太长，条件温和，快速，所用试剂应无毒，便宜，耦合完成后的剩余的活性基团可用简单的方法封闭。共一百四十二页亲和膜的应用(yngyng)亲和膜在大规模蛋白质的分离纯化方面有很好的应用前景，其主要需要改进的方面包括膜材料的开发，合适配基的选择，操作工艺的自动化，理论模型的完善等。相对亲和色谱，其主要的优点是传质效率高，流速快，配基利用率高，循环时间短，缺点则是吸附容量较小，膜容易堵塞(ds)，操作不稳定。共一百四十二页膜分离之电渗析共一百四十二页什么是电渗析 电渗析也是膜分离技术的一种，但区别于静压力差膜过滤，其分离的主要

21、动力(dngl)来自于外加的电位差。共一百四十二页电渗析的工作原理 在盐的水溶液（如氯化钠溶液）中置入阴、阳两个电极，并施加电场，则溶液中的阳离子将移向阴极，阴离子则移向阳极，这一过程称为电泳。如果在阴、阳两电极之间插入一张离子交换(l z jio hun)膜（阳离子交换膜或阴离子交换膜），则阳离子或阴离子会选择性地通过膜，这一过程就称为电渗析。共一百四十二页电渗析使用的膜 电渗析使用的膜为离子交换膜。离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，两种膜通常(tngchng)需配套使用。共一百四十二页电渗析脱盐过程(guchng)阳膜排斥水中阴离子而允许阳离子滤过，阴膜排斥水中阳离子而允许阴离子滤过

22、。在外加直流电场的作用下，阳离子穿过(chun u)阳膜向负极方向运行，并被阴膜阻拦于浓水室中，然后随浓水排放掉。阴离子穿过(chun u)阴膜而向正极方向运动，并被阳膜阻拦于浓水室中，然后随浓水排放掉。共一百四十二页共一百四十二页电渗析中的电化学过程(guchng)电极(dinj)反应阳极阴极共一百四十二页 可见，电渗析通常可以产生的产物(chnw)包括：阳极产物(chnw)，阴极产物(chnw)，淡水，盐卤。这涵盖了电渗析技术的几种主要应用领域，主要有： 咸水淡化；蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质；制盐；工业或食品中去离子水制备；氯碱生产；废水处理等。共一百四十二页（1）海水的浓缩

23、、淡化；（2）加工厂废水、废液的脱盐，有价值物的回收(hushu)；（3）有机物和无机盐类的分离；（4）有机酸的精制、浓缩及回收；（5）脱盐饮料水的制备；（6）牛乳、乳清、糖蜜的脱盐；（7）低盐酱油的制造；（8）果汁类中柠檬酸、酒石酸的去除共一百四十二页电渗析的优点(yudin)：能量消耗低药剂耗量少，环境污染小。对原水含盐量变化适应性强操作简单，易于实现机械化、自动化。设备紧凑耐用，预处理简单共一百四十二页缺点： 脱盐率较低，并且容易产生浓差极化，并进一步对电渗析过程产生极为不利的影响，主要表现为：1. 极化时淡化室附近的离子浓度比溶液的主体浓度低得多，将引起很高的极化电位；2. 浓差极化使

24、水离解，产生的H+与OH-代替反离子传递部分电流(dinli)，使电流(dinli)效率降低。引起溶液电阻、膜电阻以及膜电位增加，使所需操作电压增加，电耗增大。使水的脱盐率下降或产水量降低。此外，浓差极化引起溶液pH值的变化，将使离子膜受到腐蚀而影响其使用寿命。共一百四十二页3. 离子的浓差扩散：由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度差，总会(zn hu)有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移，从而降低了渗析效率；4. 水的渗透：由于淡化室与浓缩室之间存在浓度差和压力差，会使部分溶剂分子（水）向浓缩室渗透；共一百四十二页5. 同名离子(lz)迁移 与膜上固定基团所带电荷相同的离子穿过膜的现象。即

25、浓水中阳离子穿过阴膜，阴离子穿过阳膜，进入淡化室的过程，就是同名离子迁移。这是由于离子交换膜的选择透过性不可能达到100。当膜的选择性固定后，随着浓室盐浓度增加，同名离子迁移率加大。共一百四十二页 根据电渗析的特点，相对反渗透等膜技术，其具备比较大的处理量，成本较低，操作方便，但是脱盐效率较低，主要用于液体的初级脱盐，脱盐率在45-90%之间。 电渗析技术的发展，主要在于新型膜的开发，以及与其他技术的耦合，如与离子交换(l z jio hun)树脂除盐技术相结合，降低电渗析的浓差极化现象，与反渗透膜结合，提高脱盐效果等。共一百四十二页膜分离之渗透蒸发(zhngf)技术共一百四十二页蒸馏(zhn

26、gli)什么是蒸馏？ 利用液体混合物中各组分挥发度的差别(chbi)，使液体混合物部分汽化并随之使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。共一百四十二页 蒸馏技术是一门非常古老的提取技术，和萃取技术的发展密切相关。 蒸馏要求混合液体各组分(zfn)的性质有较大差异，才能有效的将之分离，同时存在着操作温度较高、时间较长、能耗大，水溶性组分(zfn)损失较大的缺点。 共一百四十二页膜分离之渗透(shntu)蒸发技术渗透蒸发技术 渗透汽化技术对传统的蒸馏技术产生新的变革，它以渗透扩散(kusn)的机理进行组分的传递，不受共沸体系影响，对共沸物的分离特别有效。共一百四十二页渗透蒸发(zhngf)原理渗

27、透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的分压差的推动力下，利用不同组分透过膜的扩散速度不同并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。渗透蒸发由渗透和蒸发两部分组成，其分离过程是一个溶解，扩散，然后(rnhu)汽化的过程。共一百四十二页渗透(shntu)蒸发原理 当混合溶液与膜接触时，由于(yuy)各组分在分离膜中的溶解度不同，具有较好溶解度的组分会在膜中富集，并在浓度差作用下向膜的另一侧迅速扩散，而溶解度小的组分其溶解速度和扩散速度都小于易溶组分，所以混合物被分离。而扩散至膜另一侧的易溶组分在低压下汽化，使膜中组分始终保持浓度压力差，扩散分离得以持续进行。共一百四十二页 可见(kjin)，待分离

28、组分在膜两侧的蒸汽分压差是分离的主要推动力，所以应当尽可能的加大两侧的蒸汽压力差。共一百四十二页渗透蒸发(zhngf)分离示意图共一百四十二页 可见，渗透蒸发与被分离组分的沸点完全没有关系，也无需担心形成共沸物。而只和膜对不同(b tn)组分的溶解度有关。 而渗透蒸发技术与蒸馏的相同点在于，都存在从液相到气相的转变过程，所以说，渗透蒸发技术是唯一存在相变化过程的膜分离技术。共一百四十二页渗透(shntu)蒸发的优点1、能耗相对蒸馏低。2、分离效率高，特别适合常规蒸馏不易(b y)分开的组分。3、无需加入其他物质，无污染。4、设备投资低。5、工业设计上来说，易于放大。共一百四十二页渗透蒸发(zh

29、ngf)膜的选择与发展1、膜首先必须具有(jyu)良好的选择性，即针对不同的组分具有(jyu)不同的溶解度和扩散系数。2、必须够薄，以提高透过速率，渗透蒸发膜都很致密，透过性较差。3、要具有一定强度和化学稳定性。共一百四十二页按照(nzho)膜的性质用途可以分为1、亲水膜：水优先透过 （如聚乙烯醇膜，对水有很强的亲和力，而对乙醇的溶解度很小）。2、亲油膜：有机溶剂优先透过（如硅橡胶膜）。共一百四十二页膜的选择(xunz) 需要注意的是，用亲水物质制成的膜，水理所应当能优先透过，但是，也会出现，由于膜与水之间的亲和力太强，导致膜锁住水分，膜发生(fshng)溶胀，反而导致水无法透过。 而用疏水物

30、质制成的膜，水仍然有可能透过，这是因为，通常水分子比有机分子小，从空间位阻的条件来看，水仍然有可能优先透过膜。共一百四十二页所以，对于疏水膜的制作，除了要选择对有机物有较高的亲和力外，还需要降低膜对分子(fnz)大小的选择敏感性。共一百四十二页渗透蒸发(zhngf)膜结构应具备的几个特征1、具有适当比例的亲水性基团和疏水性基团2、高分子主链上具有苯环，杂环等刚性较好的化学基团，提高膜的机械强度。3、膜表面(biomin)具有超薄的，高度交联的结构。共一百四十二页渗透蒸发(zhngf)的影响因素1、膜汽化侧的真空度，真空度越高，蒸汽压差越大，分离效果越好。而直接在液体侧加压影响并不大。2、温度，

31、提高体系温度能明显提高渗透通量，但对体系的选择性并无太大影响。而由于存在相变过程，会带走大量热量，所以，体系需要(xyo)加热。共一百四十二页渗透蒸发的主要(zhyo)应用1、用于有机溶剂脱水(tu shu)制无水试剂。2、水中有机物的分离浓缩。3、有机/有机混合物的分离。 共一百四十二页沸石分子筛膜共一百四十二页渗透蒸发的应用(yngyng)与发展目前工业化的渗透(shntu)蒸发技术应用主要是乙醇等有机溶剂的的脱水提纯。疏水渗透蒸发技术越来越受到重视。渗透蒸发技术与发酵罐结合组成连续的生物反应器，可以有效提高生产率。新型廉价高效的膜材料的开发是亟待解决的重要问题。共一百四十二页微滤，超滤，

32、纳滤，反渗透，电渗析，渗透蒸发，用最简练的话(dehu)阐述上述6种膜技术的特点。共一百四十二页分子(fnz)蒸馏共一百四十二页精油、香料及挥发性成分的分离(fnl)提取榨磨法吸附法溶剂萃取水蒸气蒸馏(zhngli)法超临界流体萃取法共一百四十二页香味(xin wi)怎么来的呢？共一百四十二页分子(fnz)蒸馏法分子蒸馏(molecular distillation)又叫短程蒸馏(shortpath distillation)，是基于一定温度和真空度下不同物质的分子平均自由程的差异而实现分离的一种(y zhn)新型液液分离技术。 共一百四十二页分子蒸馏的发展(fzhn)背景常规蒸馏，通常是指将

33、液相加热至沸腾后再将气相冷凝，从而实现不同沸点混合物的分离，其实质是利用了不同物质间的沸点差来完成的。对于许多热敏性物系而言，这种方法并不适用(shyng)。因此，要解决好热敏性物系的分离问题，首先就必须从降低蒸发过程的温度和缩短物料的受热时间开始。共一百四十二页物料的沸点依赖于操作压力，为此，人们开发了各种类型的真空蒸馏设备，试图通过降低过程的操作压力来降低物料的沸点，从而达到降低分离温度的目的(md)。如间歇真空蒸馏，降膜蒸馏，共一百四十二页真空(zhnkng)间歇蒸馏 釜内气压(qy)和液体传热共一百四十二页降膜式蒸发器 共一百四十二页刮膜式蒸发器 共一百四十二页以上的蒸馏技术，即使真空

34、度再高，也仍然需要达到组分的沸点温度(wnd)，仍然属于传统的蒸馏技术。共一百四十二页 分子蒸馏技术回避了传统蒸馏利用沸点差分离的原理，而是利用分子运动平均自由程的差别(chbi)实现物质的分离，从而使物料在远离沸点下进行蒸馏分离成为可能。共一百四十二页分子蒸馏(zhngli)的几个基本概念 分子碰撞 分子有效直径 分子运动自由(zyu)程 分子运动平均自由程 分离因数共一百四十二页分子碰撞： 分子与分子之间存在着相互作用，当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为排斥力，并随其接近距离的减小，排斥力迅速增加。当两分子接近到一定程度时，排斥力的作用使两分子分开(fn ki)。这种由接近

35、而至排斥分离的过程就是分子的碰撞过程。共一百四十二页分子有效(yuxio)直径分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离（即发生斥离的质心距离）称为分子有效直径。共一百四十二页分子运动自由程一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程(lchng)分子运动平均自由程 在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。共一百四十二页m 平均自由程运动分子所处空间的压强；运动分子的环境温度；波尔兹曼常数(chngsh) d 分子有效直径分子运动平均自由(zyu)程公式：共一百四十二页温度、压力及分子有效直径是影响分子

36、运动平均自由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平均自由程m与压力p成反比，压力越小（真空度越高），m越大，即分子间碰撞机会(j hu)越少。不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。共一百四十二页分离因数 分离因数是衡量液相分子蒸发后进入气相以及气液表面捕捉气相分子能力的参数(cnsh)，其主要影响因素为温度和被分离物质的分子量。共一百四十二页对于双组分溶液，分子蒸馏时的分离因子可用下式计算式中M分离因数(ynsh)； 普通蒸馏时的分离因数，即相对挥发度； MA、MB分别为轻、重组分的分子量。 共一百四十二页 由于MB/MA1，所以

37、分子蒸馏时的分离因子要大于普通蒸馏时的相对(xingdu)挥发度。由上式可知，只要被分离组分的分子量存在明显差异，理论上就可用分子蒸馏来分离。 共一百四十二页分子(fnz)蒸馏的基本原理根据分子运动理论，液体分子受热从液面逸出，不同种类的分子，其平均自由程不同； 液体混合物进行加热，受热分子逸出液面。 轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置(shzh)一冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，从而破坏了轻分子的动态平衡，使得轻分子继续不断逸出。而重分子因达不到冷凝面，很快趋于动态平衡。这样就将混合物分离了。共一百四十二页 分子平均自

38、由程是设计分子蒸馏装置的最重要(zhngyo)的参数，被分离组分的分子在蒸发面与冷凝面之间所经历的距离小于分子平均自由程，从而得以冷凝分离。共一百四十二页分子蒸馏装置 内部(nib)冷凝器，流阻小，极限真空高共一百四十二页分子蒸馏应满足(mnz)的两个条件轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好；蒸发(zhngf)面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。 共一百四十二页分子(fnz)蒸馏的过程分子由液相主体(zht)至冷凝面上冷凝的过程需经历四个步骤：内扩散自由蒸发飞射冷凝共一百四十二页内扩散：分子由液相主体扩散至蒸发面。该步骤的速率即分子在液相中的扩散速率是控制分子蒸馏速度的主要

39、因素，因此在设备设计中，应尽可能减薄液层的厚度并强化(qinghu)液层的流动。共一百四十二页自由蒸发：分子在液层表面上的自由蒸发。蒸发速率随温度的升高而增大，但分离因数会随温度的升高而下降。因此(ync)，应根据组分的热稳定性、分离要求等具体情况，选择适宜的操作温度。共一百四十二页飞射：蒸气分子由蒸发(zhngf)面向冷凝面飞射的过程，由于残存的空气分子呈杂乱无章的热运动状态，其数量的多少对蒸发(zhngf)分子的飞射方向及蒸发(zhngf)速率均有重要的影响。因此，分子蒸馏过程必须在足够高的真空度下进行。但一旦系统的真空度可以确保飞射过程快速进行时，再提高真空度就没有意义了。共一百四十二页

40、冷凝：即分子(fnz)在冷凝面上冷凝。为使该步骤能够快速完成，应采用光滑且形状合理的冷凝面，并保证蒸发面与冷凝面之间有足够的温度差(一般应大于60)。共一百四十二页分子(fnz)蒸馏过程特点 与普通蒸馏相比，分子蒸馏具有如下特点。 (1) 分子蒸馏在极高的真空度下进行，且蒸发面与冷凝面之间的距离很小，因此在蒸发分子由蒸发面飞射至冷凝面的过程中，彼此发生碰撞的几率很小。而普通蒸馏包括减压蒸馏，系统的真空度均远低于分子蒸馏，且蒸气分子需经过很长的距离才能冷凝为液体，期间将不断地与液体或其他蒸气分子发生碰撞，整个(zhngg)操作系统存在一定的压差。 共一百四十二页分子蒸馏(zhngli)特点 (2

41、) 减压精馏是蒸发与冷凝的可逆过程，气液两相可形成相平衡状态；而在分子蒸馏过程中，蒸气分子由蒸发面逸出后直接飞射至冷凝面上(min shn)，理论上没有返回蒸发面的可能性，故分子蒸馏过程为不可逆过程。 (3) 普通蒸馏的分离能力仅取决于组分间的相对挥发度，而分子蒸馏的分离能力不仅与组分间的相对挥发度有关，而且与各组分的分子量有关。 共一百四十二页分子蒸馏(zhngli)特点 (4) 只要蒸发面与冷凝面之间存在足够的温度差，分子蒸馏即可在任何温度下进行(jnxng)；而普通蒸馏只能在沸点温度下进行(jnxng)。 (5) 普通蒸馏存在鼓泡和沸腾现象，而分子蒸馏是在液膜表面上进行的自由蒸发过程，不

42、存在鼓泡和沸腾现象。 共一百四十二页（6）分子(fnz)蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以 分离的物质，而且就两种方法均能分离的物质而言，分子(fnz)蒸馏的分离程度更高。（7）无毒、无害、无污染、无残留分子(fnz)蒸馏特点 共一百四十二页分子(fnz)蒸馏装置共一百四十二页 分子(fnz)蒸馏器有静止式、降膜式、刮膜式和离心式四种型式。 共一百四十二页分子(fnz)蒸馏器 1-加热器；2-冷凝器； 3-蒸馏(zhngli)室；4-馏分收集罐 (1)静止式 有一个静止不动的水平蒸发面,其优点是结构简单，主要缺陷是液膜很厚，物料被持续加热，因而易造成物料的分解，且分离效率较低。 共一百四十二页 (2) 降膜式 工作时，原料液经分布器的凹口分配后，借助于重力沿加热(ji r)面向下流动，并形成液膜。 1-溢流(y li)堰；2-分布器凹口； 3-导热油槽；4-夹套 共一百四十二页降膜式分子蒸馏器可以连续生产，因而生产能力较大。此类蒸馏器的突出优点是液膜厚度较小，且受热物料的停留时间较短，故发生热分解的危险性较小。缺点是液膜在沿传热面下降的过程中易产生沟流，从而(cng r)难以形成均匀完整的液膜。此外，液体在下降过程中常发生翻滚现象，所产生的雾沫夹带有时会溅到冷凝面上，导致分离效果下降。共一百四十二页降膜式分子蒸馏