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摘 要

介绍了膜相关基础知识以及陶瓷膜技术的发展、制备方法、分离机理以及膜分离系统设计相关知识。以甘蔗混合汁清净工艺为应用案例，考察陶瓷膜在液体精密分离领域应用的潜力。

本文主要研究内容是：在课题组其他成员研究成果基础上，在温度~90 ℃、压力0.3~0.52 Mpa、膜面流速~4.5 m/s操作条件下，考察500 nm、200 nm、100 nm和50 nm孔径规格陶瓷膜对甘蔗混合汁过滤性能的影响。

结果表明：甘蔗混合汁成分十分复杂，一般而言，膜通量随着膜孔径的增大而增大，但是脱色效果相反。500 nm孔径陶瓷膜通量可以稳定在300 L/(h·m²)，但是过滤清汁色值达3683 IU，无法满足原糖生产色值指标；100 nm和50 nm孔径陶瓷膜，过滤清汁色值可以降到~1000 IU，满足原糖生产色值指标，但是通量较低且衰减严重；200 nm孔径陶瓷膜通量能够稳定在200 L/(h·m²),且过滤清汁的色值降到1130 IU，从经济上和技术指标上来看满足替代亚硫酸法清净甘蔗混合汁，且所生产的原糖无硫残，符合当下健康标准，具有推广价值。

关键词：膜 陶瓷膜分离 甘蔗混合汁 清净工艺

Application of Ceramic Membrane in Liquid Precise Separation

Abstract

This paper introduces the basic knowledge of membrane and the development of ceramic membrane technology, preparation method, separation mechanism and the knowledge of designing membrane separation system . The potential application of ceramic membrane in the field of liquid precision separation was investigated by using the purification process of sugarcane mixed juice.

Based on the study of other members of the research group, this paper studied in the effects of 500 nm, 200 nm, 100nm and 50nm pore size ceramic membrane pairs on the basis of ~ 90 ℃, 0.3 ~ 0.52 Mpa and membrane velocity ~ 4.5 m / s on sugarcane mixed juice purification . The results show that the composition of sugarcane mixed juice is very complicated.

Generally speaking, the membrane flux increases with the increase of membrane pore size, but the decolorization effect is opposite. To 500 nm aperture ceramic membrane flux can be stabilized at 300L / (h • m²), but the filter juice color value of 3683 IU, can not meet the raw sugar production color value indicators; to 100 nm and 50 nm pore size ceramic membrane, the color value of filter juice can be reduced to ~ 1000 IU, to meet the raw sugar production color value indicators, but the flux is low and serious attenuation; 200nm pore size ceramic membrane flux can be stabilized at 200 L / (h • m²), and the color value of the filtered juice is reduced to 1130IU, from the economic and technical indicators to meet the alternative sulfuric acid method of clean sugar cane mixed juice, and the production Raw sugar without sulfur residue, in line with the current health standards, with the promotion of value.

Key words: membrane； ceramic membrane separation； sugarcane mixed juice；purification

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前 言 1

1.1膜基础知识 1

1.1.1 膜及膜分离技术简介 1

1.1.2 陶瓷膜分类 1

1.1.3 陶瓷膜分离原理 3

1.1.4 陶瓷膜的制备方法 3

1.1.5 操作参数对膜分离技术过滤效果的影响 4

1.1.6 膜污染及清洗 6

1.2 制糖工业概述 7

1.2.1 制糖工业混合汁清净工艺段技术现状及存在的问题 8

1.2.2 陶瓷膜技术在甘蔗混合汁清净工艺段中的研究现状及存在的问题 10

1.3 本文研究工作的主要目的、内容及意义 10

第二章 实验部分 12

2.1 实验原材料 12

2.2 主要实验器材 12

2.3 分离过程 13

2.4 主要检测仪器及药剂： 14

2.4.1 实验检测仪器： 14

2.4.2试验用药剂： 14

2.5 实验过程 14

2.5.1 原料预处理 14

2.5.2 实验操作步骤 14

2.5.3 检测方法 15

第三章 实验结果与分析 17

3.1 小试实验结果 17

3.2 清洗方案 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 26

致 谢 28

第一章 前 言

分离是人类生产生活中十分重要的过程。随着工业技术标准的提升，传统粗犷式的分离技术如精馏、板框压滤等在某些生产场合已无法满足市场要求，逐渐被新型的精密分离技术所取代，其中膜分离技术是最有前景的液体精密分离技术之一。

1.1膜基础知识

1.1.1 膜及膜分离技术简介

广义上膜的定义可以理解为两相之间的具有选择透过性的薄层非连续介质。最早的膜分离现象是1748年法国科学家Nollet发现水可以自发透过猪膀胱而扩散到酒精中。之后的100多年中，科学界对膜技术的研究比较少。因制作工艺简单，制作成本低，有机膜最先得到发展。无机膜的发展始于20世纪40年代的Manhattan原子弹计划^[1]。随着膜技术的日益推广，无机膜凭借其优异的耐酸碱性、耐高温、耐有机溶剂和机械强度高等特点，在条件苛刻的特种分离领域得到迅速发展。其中，陶瓷膜作为无机膜的主要代表，研究与应用范围最为广泛。

膜分离技术一般指利用无机或有机膜选择透过性，在外界的推动力如压力作用下，对液体中的目标组分进行分离、纯化的过程。膜分离技术作为一种新型流体分离技术，多数在无相变情况下进行，具有节能、环保、操作简单和投资成本低等优点，在生物工程、食品、医药和植物提取等涉及热敏物质的处理行业上^[2]。与蒸发、水提醇沉和萃取等传统分离技术相比优势极大，经济效益显著。

1.1.2 陶瓷膜分类

陶瓷膜的分类^[1]依据有多种。按照结构分，陶瓷膜可以分为对称膜与不对称膜。对称膜一般机械强度低，不具备工业化应用价值，所以只在实验室研究使用。不对称膜结构主要有载体（支撑体）、过渡层以及活性分离层（膜层）。因载体的存在，改善了其机械强度，为实现工业化应用提供了保障。如图1-1所示。

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