药物膜分离技术-膜结构膜组件及膜过滤理论（制药技术课件）

大纲1、膜的基本性能2、超滤膜组件介绍第3课时-节常用的膜分离技术：典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)超滤(UF)反渗透(RO)纳滤(NF)渗析(D)电渗析(ED)液膜(LM)渗透蒸发(PV)等第3课时-节第3课时-节过滤谱图umARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL过滤对象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts中水盐份Metalions金属离子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY过滤方法Pyrogens热源Virus病毒Colloidalsilica胶体硅Albuminprotein白蛋白Bacteria细菌Carbonblack碳黑Paintpigment颜料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海滩沙砾Pollens花粉RO反渗透Ultrafiltration超滤Microfiltration微滤Particle

filtration一般过滤NF纳滤第3课时-节第3课时-节膜分离过程的类型

分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子等。物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。第3课时-节几种主要分离膜的分离过程膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型微滤压力差颗粒大小形状水、溶剂溶解物悬浮物颗粒纤维多孔膜超滤压力差分子特性大小形状水、溶剂小分子胶体和超过截留分子量的分子非对称性膜纳滤压力差离子大小及电荷水、一价离子、多价离子有机物复合膜反渗透压力差溶剂的扩散传递水、溶剂溶质、盐非对称性膜复合膜第3课时-节膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型渗析浓度差溶质的扩散传递低分子量物、离子溶剂非对称性膜电渗析电位差电解质离子的选择传递电解质离子非电解质，大分子物质离子交换膜气体分离压力差气体和蒸汽的扩散渗透气体或蒸汽难渗透性气体或蒸汽均相膜、复合膜，非对称膜渗透蒸发压力差选择传递易渗溶质或溶剂难渗透性溶质或溶剂均相膜、复合膜，非对称膜液膜分离浓度差反应促进和扩散传递杂质溶剂乳状液膜、支撑液膜续上表第3课时-节膜膜组件膜系统第3课时-节膜丝膜组件膜系统第3课时-节膜的种类平板膜板框式膜器件、折叠式膜器件、卷式膜器件管式膜

中空纤维膜（直径＜0.5mm）毛细管膜（直径＝0.5～5mm）管状膜（直径＞5mm）.第3课时-节将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。一、膜组件第3课时-节第3课时-节(1)板框式(Plate-and-Frame)膜组件板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置。第3课时-节浓缩液（截留液）透过液进料（原料液）平板式膜组件第3课时-节海水从上部进入组件后，沿膜表面逐层流动，其中纯水透过膜到达膜的另一侧，经支撑板上的小孔聚集在边缘的导流管后排出，而未透过的浓缩咸水从下部排出。在多孔支撑板两侧覆以平板膜，采用密封环和两个端板密封，压紧。第3课时-节平板式构造第3课时-节把膜和支撑体均制成管状，使二者组合，或者将膜直接刮制在支撑管的内侧或外侧，将数根膜管组装在一起。(2)管式(Tubular)膜组件第3课时-节第3课时-节管式膜元件2、

第3课时-节第3课时-节(3)螺旋卷式(SpiralWound)膜组件

卷式纳滤膜浓缩设备(生产型)

第3课时-节由中间为多孔支撑板，两侧是膜的“膜袋”装配而成，膜袋的三个边粘封，另一边与一根多孔中心管连接。组装时在膜袋上铺一层网状材料（隔网），绕中心管卷成柱状再放入压力容器内。原料进入组件后，在隔网中的流道沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收集管中再排出。第3课时-节螺旋卷式反渗透膜组件第3课时-节密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料膜，上下两层第3课时-节膜叶透水网状材料透过水浓水进水螺旋卷式膜组件组合示意图第3课时-节第3课时-节(4)中空纤维(HollowFiber)膜组件将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人,沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大,最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。第3课时-节第3课时-节第3课时-节中空纤维式膜组件第3课时-节第3课时-节第3课时-节第3课时-节第3课时-节各种膜组件的传质特性和综合性能的比较分别见下表。第3课时-节几种常用的膜组件类型优点缺点使用状况框板式结构紧凑、简单、牢固、能承受高压，使用强度较高，工艺简便装置成本高，流动状态不好，浓差极化严重；易堵塞，不易清洗。适于小容量规模；已商业化管式容易清洗和更换；原水流动状态好，压力损失小，耐较高压力；能处理含有悬浮物的、黏度高的或者能析出固体等易堵塞流水通道的溶液体系装置成本高，管口密封较难；膜的堆积密度小适于小容量规模；已商业化螺旋式膜的堆积密度大，结构紧凑；可使用强度好的平板膜；价格低廉。制作工艺和技术较复杂，密封较困难；易堵塞，不易清洗，不宜在高压下操作适于大容量规模；已商业化中空纤维膜膜的堆积密度大，不需外加支撑材料；浓差极化可忽略；价格低廉。制作工艺和技术较复杂，易堵塞，不易清洗适于大容量规模；已商业化第3课时-节膜组件的组装示意图进水口耐压容器连接器膜组件密封圈端盖透过液浓缩液第3课时-节第3课时-节中空纤维超滤膜设备

第3课时-节第3课时-节第3课时-节

膜结构第3课时-节膜膜组件膜系统第3课时-节膜丝膜组件膜系统第3课时-节膜的种类平板膜板框式膜器件、折叠式膜器件、卷式膜器件管式膜

中空纤维膜（直径＜0.5mm）毛细管膜（直径＝0.5～5mm）管状膜（直径＞5mm）.第3课时-节板框式膜组件板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置。第3课时-节第3课时-节渗透物渗透物侧间隔网

卷式膜器件示意图中心渗透管截留物渗透物原料膜原料侧间隔网膜原料截留物渗透物第3课时-节卷式膜器件结构图第3课时-节卷式膜器件结构图二第3课时-节第3课时-节第3课时-节折

叠

式

膜

器

件

示

意

图①预滤层②膜③支撑层④外壳体⑤内支撑管封头第3课时-节折

叠

式

膜

器

件

示

意

图-2第3课时-节折叠式膜器件示意

图

-3

第3课时-节第3课时-节平板膜制备示意图凝结浴相转化膜聚合物溶液刮刀后处理支撑体第3课时-节中空纤维第3课时-节第3课时-节第3课时-节膜分离技术--膜的分类膜的分类—膜分离技术大纲1.按膜的材料2.按膜的分离原理3.按膜的形态分类4.按膜的结构分类膜的分类—膜分离技术

膜是分离两相的中间相。有分离作用的膜称之为分离膜，通常亦简称为膜。膜分离过程是分离膜以特定的方式限制两相间的物质传递，使不同的物质以不同的速率透过膜，实现物质的分离。膜的分类—膜分离技术

1.按膜的材料分类膜的分类—膜分离技术2.按膜的分离原理分类根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为：

微孔膜；超过滤膜；反渗透膜；纳滤膜；渗析膜；电渗析膜；渗透蒸发膜等。膜的分类—膜分离技术3.按膜的形态分类板式膜（含锯齿式）；管式膜；卷式膜；中空纤维式膜。膜的分类—膜分离技术对称膜：膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似；

非对称膜：非常薄的表层为活性膜，其孔径和表皮的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，非对称膜除了高透过速度外，还有另一优点，即被脱除的物质大都在其表面，易于清除。4.按膜的结构分类

膜的分类—膜分离技术复合膜：膜的选择性膜层（或称活性膜层）沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层是不同的材料，而非对称膜是同一种材料。复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层，而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响。4.按膜的结构分类

膜分离技术应用实例引言膜分离是在20世纪初出现，上世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。

第6课时-节膜分离技术的应用水的脱盐和净化食品工业医疗、卫生方面化工方面环境工程其他方面海水与苦咸水淡化电厂锅炉供水脱盐超纯水制备城市家庭饮用水的净化乳品加工酒类生产果汁加工酶制剂生产医疗、卫生用水药品生产医疗应用中药提炼回收有机蒸气制取富氧空气无水乙醇生产膜与生物技术国防上的应用交通、运输方面脱气膜电泳漆废水电镀废水纤维工业废水造纸工业废水其他废水应用第6课时-节

膜分离技术在医药生产中的应用膜分离技术在传统中药生产中的应用膜分离技术在微生物制药中的应用第6课时-节膜分离技术在传统中药生产中的应用

传统的中药提取方法传统提取方法大多首先采用溶剂初步提取含中药有效成分的混合物，得到的各个部分经活性测试确定有效部位后再通过层析、重结晶等分离技术对药效成分进一步精制。第6课时-节膜分离技术的应用中药成分复杂且具有多元性,膜分离技术依据药效活性与其分子结构及分子量水平密切相关的特性,通过选用不同截留特性的膜组件构成膜分离系统对中药有效部位和有效成分进行分离和纯化。操作通常以压力为推动力,可在常温下完成,无需添加其它物质,具有高选择性、高产品收率等优势。产物可以是单一成分(有效成分),也可以是某一分子量区段的多种成分(有效部位或有效部位群),在一定程度上保证了中药复方的特色、克服了传统工艺的不足。第6课时-节

10种中药在超滤前后药液成分的测试结果第6课时-节膜分离技术在微生物制药中的应用

膜分离技术作为一种新型的分离技术，在现代生物制药分离工程中具有巨大的应用潜力，得到了广泛的发展，已经用于酶、活性蛋白、氨基酸、维生素、甾体、疫苗等物质的分离纯化。而膜分离技术在抗生素提炼中的应用也是重点推广的领域之一。第6课时-节

抗生素传统提取方法主要有吸附法、溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法，这些方法各有特点但工艺往往都十分繁杂所需时间长、易变性失活、需消耗大量的原料、能耗高、回收率低、废水污染严重且处理难度大。膜分离技术作为一门新型的分离、浓缩、提纯及净化技术具有节能、不破坏产品结构、少污染和操作简单，可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等特点，且各种膜过程具有不同的分离机制，适用于不同对象和要求。第6课时-节抗生素的制备第6课时-节膜分离技术--膜过滤的基础理论膜过滤的基础理论—膜分离技术大纲1.孔道特征2.截留率和截留分子量3.渗透通量膜过滤的基础理论—膜分离技术表征膜性能的参数主要有：（1）膜孔道特征参数（孔径大小、孔径分布、孔隙度等）；（2）膜的截留率与截留分子量；（3）水通量等。膜过滤的基础理论—膜分离技术膜的孔径一般用两个物理量来表述，即最大孔径和平均孔径。

它们都在一定程度上反映了膜孔的大小，但各有其局限性。

孔径分布是指膜中一定大小的孔占整个孔的体积百分数；孔径分布数值越大，说明孔径分布较窄，膜的分离选择性越好。

孔隙度是指整个膜孔所占的体积百分数；孔隙度越大，流动阻力越小，但膜的机械强度会降低。（一）孔道特征膜过滤的基础理论—膜分离技术

膜对溶质的截留能力用截留率σ来表示，截留率是指对于一定相对分子量的物质，膜能截留的程度，其定义式为：（二）截留率和截留分子量当σ=1时，表示溶质全部被膜截留