陶瓷膜设备使用培训

陶瓷膜设备使用培训手册第一章陶瓷膜简介陶瓷膜的优点陶瓷膜是由无机氧化物在高于1700℃高温烧结而成，与高分子有机膜及其他传统过滤分离方式相比其具有显著的优良特性：化学稳定性好，耐酸碱、耐有机溶剂；耐微生物侵蚀，能适应各种恶劣的自然环境,膜使用寿命长；耐温性好，可在高温下运行；分离精度高，透过液澄清透明，杂质含量少，大大减轻后续连续离交处理难度;过滤膜管的通道自φ2.7～6mm不等，可根据物料的特性选择膜管，可以处理高固含量、高粘度的物料；改进的制膜配方，膜元件耐酸碱极佳，膜使用寿命长;膜孔径呈不对称分布，衰减慢，可维持高通量过滤;无需添加助剂，浓菌渣可作为饲料回收，离交废水排量少，是一项绿色环保技术;提高产品的收率;废水排放量大大减小，废水COD中显著降低，减轻环保压力;PLC上位机全自动化控制，操作简单，降低劳动强度，易清洗和维护陶瓷膜的规格和种类孔隙率35%支撑载体材质Al2O3孔径为0～12μm膜材质Al2O3/ZrO2Al2O3含量≥99%(99瓷)陶瓷膜结构•过滤形式：内压式，即物料从通道内穿行，渗透液从膜管壁上渗出；•通道直径的大小的选择与所需处理物料的粘度、含固量等有关。通道越大则处理物料的含固量越高，浓缩倍数越高，但是相对能耗较高；膜孔径的概念孔径测量方法：压汞法、截留率法、泡压法等。膜的孔径分布如左图所示，支撑体、过渡层、膜层的孔径依次减小；对于孔径更小的陶瓷膜，孔径大小还可以用截留分子量MWCO来区分,单位为道尔顿Dalton.孔径尺寸大小与截留分子量之间没有绝对精确的数值关系，各个膜厂家衡量的尺度不一。如50nm的陶瓷膜近似相当于分子量200KD（即20万）。针对不同物料的分离效果需要以实验和分析来具体判定。陶瓷膜元件的技术参数膜材质：A12O3单支膜面积：0.238m2设备膜面积：m2膜截留分子量：万最大操作压力：5.0bar常规操作压力：3.0－4.0bar固形物含量：≤30%最低操作温度：5℃最高操作温度：70℃常规操作温度：15－45℃正常运行pH范围：1-14清洗时pH范围：1-14膜组件技术参数装填膜管数支组件数组装填膜面积m2外形尺寸外径：φmm渗透侧出口管径DN外壳材质304不锈钢密封材质四氟、氟橡胶等膜面流速3~4m/s第二章陶瓷膜系统概述陶瓷膜系统流程图浓缩液回流量Q2原料液渗透清液量Q3清洗液供料量Q1Q1=Q2+Q3原料罐供料泵循环泵清洗泵CIP清洗压缩空气系统的主机部分系统的主要组成部分储罐：原料罐、清液罐、热水罐、酸洗罐、碱洗罐等；供料泵：向膜系统内补充因浓缩液和渗透液排放减少的料液，同时通过调节供料出口的压力可以调节膜循环系统的压力，从而调节系统的渗透量大小；循环泵：提供物料在通道内侧膜层表面高速流动的流速和驱动压力；膜组件：是核心的分离部件；集液腔：膜组件间连接的物料分配通道，通常可以有2、3、4、5列并联型；仪器仪表：流量计、压力表（传感器）、温度计、液位计、空气开关等；电气控制系统：变频器、PLC、上位机及自控程序、低压控制柜、程控柜、气路附件等；管配件：手动阀门、气动阀门、自动调节阀门、活接、视镜等；其他：现场安装所需的管配件、桥架、气路等；第三章系统专业名词解释系统专业名词解释膜组件：用以集中安装陶瓷膜元件的不锈钢压力容器，每套组件内装有只膜，靠密封圈实现膜与组件间的密封；集液腔：并联组件的连接腔体，每套设备含集液腔2套；浓缩液：被膜层截留后反复在膜系统循环过滤后残留的物质，主要是不溶性的菌体、多糖、蛋白、杂质等；系统专业名词解释渗透液（清液）：指透过膜层的液体跨膜压差：衡量膜过滤所需驱动压力的大小TMP=(P1+P2)／2－P3P1为循环侧膜进口压力P2为循环侧膜出口压力P3为渗透侧出口压力循环侧：指供流体在膜通道内循环的部分；系统专业名词解释渗透侧（清液侧）：指收集渗透液的部分；膜压降：衡量流体流过一根膜管的压力损失。膜压降是衡量系统是否安全的一个重要参数；循环泵：提供物料在通道内侧膜层表面高速流动的流速和压力，通过调节循环泵变频器的频率可以调节膜循环系统的压力从而调节系统的渗透量大小；系统专业名词解释供料泵：向膜系统内补充因浓缩液和渗透液排放减少的料液，同时通过调节供料泵出口的压力可以调节膜循环系统的压力。Q1＝Q2+Q3Q1：供料泵输出流量Q2：渗透量Q3：浓缩液排放量第四章系统运行工艺简介系统工艺流程图系统运行工艺说明本系统专门针对料液特性采用内循环的运行模式。即通过供料泵为膜堆提供原料及运行压力，通过循环泵为膜堆提供足够的循环通量，以此保证系统的平稳运行。该说明需根据具体的设备的运行要求及料液的性质来写，其内容应包括料液特性、工艺要求、运行方式等。第五章影响设备运行的因素膜自身性能的影响膜孔径对低浓度料液而言，膜孔径越大，错流速度越高，则通量越高；但在实际应用过程中，往往存在着最佳膜孔径，因此膜的选型就是在保证料液合理截留率的基础上使膜的通量达到最佳。膜孔径对膜通量的影响不同孔径膜处理料液的通量衰减膜自身性能的影响对高浓度料液体系而言，膜孔径不仅影响过滤通量，对渗透液的杂质含量也有明显的影响。32OAl0.040.080.0120.0160.0200.0240.0t(min)0.0200.0400.0600.0800.01000.0J(Lhm)0.010.20.8mmmmmm2T=303KU=4.64m/sP=0.1MPa-1膜材质膜孔径(μm)透过液杂质含量(mg/L)截留率(%)0.011099.50.21099.50.828585.832OAl32OAl膜孔径与透过液中杂质含量关系膜自身性能的影响膜厚度和膜孔隙率的影响膜厚度对膜性能的影响主要表现在渗透通量上，由于膜厚度的增加必然使流体透过的路程增加，因此过滤阻力增加，通量下降。但膜层太薄，则很难保证膜的完整性，这也会影响过滤的稳定通量。孔隙率高的膜具有较多的开孔结构，所以在相同的孔径下具有高的渗透通量。0.0020.0040.0060.0080.00membranethickness/m2000.004000.006000.008000.0010000.00permeability/L.h-1.m-2.bar-1600.00800.001000.001200.00flux/L.h-1.m-2膜厚对渗透通量的影响过滤发酵液的通量膜的纯水通量工艺参数的影响选择合适的运行参数是膜应用过程研究的一个重要方面。不同的参数对膜分离性能的影响也不同，所有膜应用过程都应在最优参数下工作。操作压差和膜面流速之间的关系：0.000.501.001.502.002.50P(atm)20.0040.0060.0080.00100.00F/lm-2.hr-1U=2.7m/sU=2.3m/su=1.7m/sU=1.3m/s料液性质的影响溶液性质是指溶液粘度、pH值、离子强度、电解质成分等。这些性质直接影响到与之接触的膜的表面性质，同时溶液性质的变化还会改变其中所含的待分离的颗粒或大分子溶质的性质，造成了膜与溶剂、颗粒、溶质等之间的作用发生变化，从而影响到膜的运行。电解质的影响一方面表现在无机盐复合物会在膜表面或膜孔内直接吸附与沉积而污染膜；另一方面，无机盐又可改变溶液离子强度，影响到体系性质（溶解性、构型与悬浮状态），使形成的沉积层疏密程度改变，从而对膜过滤性能产生影响。PH的影响pH会改变体系性质如胶体颗粒的电荷，特别在等电点附近，使胶体颗粒趋向于沉淀和不稳定。例如蛋白质在等电点的溶解度最低，倾向于增加在膜表面的吸附，所以在含有较多蛋白质的中药料液的膜过滤过程中，一般在蛋白质等电点时通量最低料液性质的影响离子强度的影响04080120160200Time/min04008001200Flux/Lmh0mol/L0.001mol/L0.01mol/L0.1mol/L..-1-2随离子强度的增大使颗粒的扩散双电层受到压缩，ζ电势下降，造成了TiO2分散性发生变化，即随离子强度增大颗粒发生团聚而粒径增大，因此组成滤饼的颗粒粒径较大，滤饼疏松阻力较小，使膜通量增大。离子强度对陶瓷膜微滤过程的影响操作参数的影响操作条件的优化是膜应用过程研究的另一个重要方面，不同操作条件对膜分离性能的影响很显著。设备的运行应该在符合其料液特性的最优参数下运行，就需要操作人员的细心摸索。操作压差对膜面流速的影响0.000.501.001.502.002.50P(atm)20.0040.0060.0080.00100.00F/lm-2.hr-1U=2.7m/sU=2.3m/su=1.7m/sU=1.3m/s操作参数的影响操作压差对设备运行的影响0.000.050.100.150.200.250.300.35P(MPa)0.0100.0200.0300.0400.0500.0J(Lhm)-2T=308KU=5.05m/s-1压力越高，过滤通量越大，但同时能耗越高，膜污染趋势越快。操作参数的影响膜面流速对设备运行的影响0.040.080.0120.0160.0200.0240.0t(min)0.0100.0200.0300.0400.0J(Lhm)U=1.44U=2.82U=5.05U=7.22m/s-2T=308KP=0.1MPa-1对料液的体系，根据料液组分不同，存在着最佳的膜表面流速。影响料液膜面流速的主要因素有料液的固含量和粘度、料液的密度、料液的温度等。操作参数的影响操作温度对透过液通量的影响290300310320330T(K)100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0J(Lhm)-2U=5.05m/sP=0.1MPa-1温度升高有利于渗透通量的提高，但杂质透过率增加。操作参数的影响操作温度对设备运行的影响当过滤过程属浓差极化控制，温度对膜通量的影响将取决于液相传质系数和粘度之间的关系，此时粘度与过滤通量的关系是非线性的。某些过程中温度升高通量升高可能比预计的还要高，认为是温度升高使大分子物质形成的动态膜减薄所致；温度升高使更多蛋白质、多糖等杂质透过膜层，料液稳定性降低；温度升高往往使膜通量升高，由于膜通量升高将减少单位产量所需的膜面积，从而降低投资成本；升高温度也会使能耗增加，增加操作成本；而且对于温敏体系(如蛋白质)反而不宜升温。其他影响设备运行的操作参数料液的浓缩倍数和加水透析的量也会影响设备的运行结果，需要在设备运行过程中进行控制。第六章膜的清洗和再生影响膜清洗的因素温度对膜清洗的影响0100200300400500600700010203040506070t(min)J(l/m2.h)－▲－清洗液温度t=50℃－■－清洗液温度t=40℃－◆－清洗液温度t=30℃清洗温度越高，通量恢复速度越快。但长期用过高温度的清洗液清洗对膜材质有一定影响。膜清洗的原因及清洗需达到的要求膜清洗的原因膜过滤为筛分过滤和微孔过滤机理，料液中可能存在的大量蛋白、细胞碎片、纤维胶体甚至无机盐垢等杂质必定会在膜系统中形成污染，造成膜过滤性能的衰减。膜清洗需达到的要求(1)除去粘附在膜表面的污染物；(2)除去卡在膜孔空隙间的小分子物质，比如盐类和一些碳水化合物；(3)抑制微生物的生长；(4)除去还停留在循环侧和渗透侧的产品；(5)清洗与系统相关的管道；(6)将膜的水通量清洗至初始值。膜污染的表现形式及常用清洗试剂膜污染的表现形式(1)过滤通量下降到很小；(2)膜截留效果不理想；(3)某些过滤指标不达标。常用的清洗试剂碱性：1％的NaOH溶液酸性：1％的HNO3溶液氧化剂：NaClO（必要时）螯和剂：EDTA（必要时）表面活性剂：十二烷基苯环酸钠（必要时）酶制剂：淀粉酶、蛋白酶（必要时）主要的膜清洗方法及控制条件(1)碱清洗加碱液调节清洗液的氢氧化钠含量为1%的量，清洗温度为65-70℃，清洗时间为50分钟。(2)次氯酸钠清洗如果碱清洗不能使水通量恢复则需要用碱和次氯酸钠一起进行清洗，加次氯酸