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第2 卷 第 2 3 期 20 0 4年 4月 天 津 工 业 大 学 学 报 J U N L TA JN L T C N C I E ST O R A O I N I P Y E H I U V R IY F O N Vi0 A 22 oN l0 po . r4 2 . l 3 国产管式膜在果汁生产 中的应用 刘恩华, 杜启云 陈光伟, ( 天津工业大学 膜天膜工程技术公司, 天津 306) 010 摘 要: 开发管式膜, 用于苹果汁在线澄清处理, 结果显示, 国产管式膜分离性能优良, 膜通1保持稳定, 且定时清 洗可以恢复膜通¥. 能满足实际生产要求. 关键词: 管式膜; 果汁生产; 膜过滤 中圈分类号: 55.4 T 0183 T254 ; 5.9 Q 文献标识码 : A 文章编号:6104 (040-070 1 -2X 20 )201-3 7 A p ct ndmet tb l m m rn ue i ji pout n p la o o o sc u r bae d uc rd co i i f iu a e s n e i L E - a C E G ag e, Q- n I nh , N n- i D iu U u H u w U y ( oa M m r e i en adhog Cm ay T nnycn U irt, j 306 ,n) M tn b n Eg e i n Tcnly pn, j Ple i n e i T nn 1 Ci i e a n n rg e o o i i o th cv s i i 0 0 h a a y a A sat Tecsoc r i t ap jc o let dmscu r b n isd d Te l hw bt c; p e fi n h pl u e i b h o eit l mm r et i . r u s s r h r sl f g o a y e e n y i n e t u a e a s e h e t b u s o t tdmscu r b n if tt pl u ei n ad npe yman l . l mm r eioap jc c r i , i a ke a d prei fx h t oeit a e a s h ah e t u b t e e l f g n t e sa e tg i ay c t u B c ai t m m r e t e an fx eo d Te eit l m m r e et i pretg c b r te. dm scur b n c m et y n g e b n, m i l a l n h e e a s u n e r h o t u a e a a s b n h e nesu edco i . ed ojc p u n f r t i o K yrs t u r b n; edco ; b n fri e w d; l m m r e jc p u i m m r e ao o u a e a u r tn e a i tn b i o l t 管式膜是膜组件的一种形式, 适用于超滤、 微滤、 纳滤和反渗透等膜分离技术 其优点是, 流道宽, 料液 在管内湍流流动, 对料液的预处理精度要求低; 易于清 洗, 除可以用化学试剂清洗外, 还可以用机械方法清 洗; 其组件的压力损失小, 因此其流道可以加长, 过滤 效率相对可以提高. 管式膜现已被广泛用于电泳漆涂 装生产线、 果汁澄清、 油田回 灌水的 处理及各种物质浓 缩领川 等域 . 1 管式膜制备及国产管式膜品种 目 前管式膜有聚乙烯烧结管支撑的管式膜、 陶瓷 管式膜和无纺布支撑的管式膜( 1聚乙烯烧结管支 2 , 3 撑的管式膜由于受聚乙烯烧结管的限制, 其长度、 强度 和 使用性能都不适合工业化大规模应用; 陶瓷管式膜 制造工艺复杂, 成本高, 价格昂贵, 前还没有大规模 目 的工业应用; 无纺布支撑的管式膜由于采用无纺布卷 制的管作支撑层, 克服了上述两种膜的缺点, 已经广泛 应用到果汁澄清过程中. 在国外, 无纺布支撑管式膜多 采用一体化生产工艺生产, 产品质量稳定, 生产条件成 熟. 但国内生产管式超滤器的工艺, 都是先用无纺布卷 制出要求长度的支撑管, 然后将支撑管垂直固定, 再在 管中放置一锥形重锤, 并加人一定量的铸膜液, 使重锤 匀速向 上运动, 铸膜液就均匀地涂布于支撑管内表面 上, 然后取下膜管, 放入凝固液中, 经后处理后即可浇 注成膜组件. 这种制膜工艺可分为两个阶 一是支撑 段: 管的制备; 二是刮膜. 刮膜时, 需将支撑管固 使重锤 定, 平稳匀速上升, 使膜均匀平滑; 但由于支撑管的本身刚 性和其内 孔圆度的影响, 使制膜难度增加, 附属设备增 加, 不可控因素也增加, 从而对场地要求更加严格, 由 于是垂直刮膜, 就要求凝固液槽子足够高, 厂房高度足 够高, 这就使操作难度增加. 前国际市场也没有成套 目 的管式膜一体化生产设备出售. 为提高管式膜组件的 质量、 降低投资和生产成本以及减轻劳动强度, 笔者经 过研究和反复实验, 研制出了管式膜生产一体化的设 备, 参见图 I这样, . 既可减少刮膜阶段附属设备的投 资费用, 同时还简化制膜工艺, 可进行膜管的连续生 产, 制膜条件可以 调节, 使膜性能稳定, 不受外界环境 收稿日 20 -8 期: 3 -7 0 0 2 茜金项目: 天津市重点科技攻关项目( 3021 9 1 1) 6 8 作者简介: 刘思华(93 , 河北省任丘市人 硕士, 1 -)男, 7 助理研究员_ 万方数据 一 1 一 8 天 津 工 业 大 学 学 报 第2卷 3 条件变化的影响. 无纺 布 膜管 进凝 固液槽 的超滤设备和所用的管式膜组件都是采用进口 产品, 价格昂贵, 设备维修和膜组件更换都非常不便. 为了满 足国内果汁生产厂的需要, 笔者开发果汁澄清成套设 备与陕西某果汁厂合作, 进行了处理苹果汁的实验. 在 实验过程中, 测试了管式膜在苹果汁超滤过程中的应 用情况和清洗情况, 探讨了其在生产过程中 应用的可 行性. 实验装置采用小型管式膜实验装置, 3 包括 支实 验型管式膜组件. 膜材质为聚偏氟乙烯; 截留分子量为 无纺布 图1 一体化卷管工艺示意图 Fglkt m pa- gn -hl i .S e h o no ai w o - c a f r c e ma eb lr mb a e e r n d t ua m u 10; 0 0 有效过滤面积为。6 与实际生产条件相 0 0 . 扩. 同, 在一定压力下进行运行实验, 测试膜的通量和透过 液的性能指标, 并观察运行情况; 在一定操作压力下进 行浓缩实验, 观察浓缩情况. 在运行一段时间后进行清 洗, 测试膜清洗后通量恢复情况. 实验工艺流程如图2 所示, 实验结果如表 1 所示. i +力表 该方法采用 层无纺布用一体化生产工艺卷制管 3 式膜管, 耐压性能优良, 爆破压力在22. M a .24 范 - P 围内, 其建议使用压力为02 。6a无纺布作为 . 一. M . P 支撑层, 其透水阻力很小, 在运行压力为02 M a . P 时, 0 透水速率为2 m/m? )而刮膜后, 4 ( h , 3 一般透水速率 为02 05 ( h , 此无纺布对水的透过速率 . 一 . m/m? )因 ' 影响很小. 天津工业大学膜天膜工程技术公司生产的管式膜 副 i }, wtr J I} 4 阀 Ai门 压 阀门 是以 无纺布为外支撑层、 通过一体化生产工艺制成的, 工艺简单, 膜性能稳定, 膜管长度不受设备限制, 可生 产多种规格产品, 并可根据客户需要, 生产特殊规格产 t 7 4 阀门 桑 甲 透过液 品. 现产品 规格有3 0 ¥ 000 , 装7 种: 4 x m 内 1 3 m 0 芯; ② 00 00 , 装 1 芯;48 x 0 8 x m 内 9 1 0 0 m 3 m 0 4 m无 0 外壳, 装 1 芯, 内 9 都与进口 膜组件尺寸相同, 可作为进 口 膜组件的替代产品. 用于果汁澄清处理的管式膜材 质为聚偏氟乙 其截留分子量分别为 001 00 烯. 6 , 0 , 0 0 3 005 0010 , 0 ; 0 ,0 , 002 00 膜管耐压性能达 06 0 0 0 0 0 0 . 圈2 果汁澄清实验工艺流程图 Fo cat xem n f cali ap ji l hro e r et hry g l u e w f i p o r fn p e c 表1 超渝液性能及生产标准 1rpre ad dc nadO l u F i P ets pou s dr o o i n r t t a f i d q 检侧指标 p H值 生产标准 3 54 5 . - . <0. 5 > 5 5 >9 6 实测值 3 5-4 5 . . 1 0-0 2 7 9 .9 浊度(T )% NU/ M ap P; H范围为2 1; 一 1最高使用温度为5 ℃; 5 单根管 内 径为1 m . 2 m 2 国产管式膜在果汁行业中的应用实验 在清汁型浓缩果汁加工中, 果汁的澄清是很重要 的工序. 澄清方法有两种: 一种是传统方法; 另一种是 应用先进膜技术的超滤法. 传统的加工方法用硅藻土 过滤, 是一种不连续的批量式生产. 通过硅藻土过滤的 果汁, 所含固体微粒直径在 1 i 其中 0 L m以下, 果汁损 失率高达5 , % 操作复杂, 劳动强度大, 果汁质量不易控 制. 超滤是一种没有相变的物理分离方法, 果汁的风味 好, 色泽和纯净度较稳定, 透明度高, 易保存, 工艺损失 低于 1 . % 色值( 4)叱 T 0/ 4 透光 T 5/ 度(6 ) 2 0 % 可溶固 形物/ 努 6. 8 5-7 . 54 9. 6 7一9 , 8 1 0一1 . 0. 35 从表 1 可看出, 采用本公司生产的膜组件对果汁 进行澄清处理, 超滤液指标达到或超过了生产要求, 从 过滤精度上能够满足生产的 要求, 且性能优良. 在进口压力为01a出口 .P 、 压力00 M a M .8 的条 P 件下运行8 h结果如表2 , 所示. 表2 管式膜试验设备运行性能结果 T b2 ok gute eu m n slo t t i at a.W ri r n e f q p s s 为r加b lr mba e ua me rn 运行时间/ h 通量 6 3 3 3 3 3 3 3 3 4 6 5 4 3 3 5 3 2 仲 0 1 2 3 4 5 6 7 8 料液温度/ ℃ 4 . 4 . 3 . 4 . 4 . 4 . 4. 4 . 4 . 55 5 5 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 目 国内果汁生产中两种工艺都有采用, 前, 但所有 万方数据 第2 期 刘恩华等: 国产管式膜在果汁生产中的应用 从表2 结果可以看出, 在运行压力温度保持稳定 状态下, 膜的通量保持稳定, 可以满足连续生产的需 求. 在运行一段时间后通量有衰减, 用清洗液清洗 1 0 mn通量即可恢复到开始状态, i, 如图3 . 80 70 (一 上 ; 日 50 60 小, 实验结果如表4 所示 表4 浓缩倍数与管式膜通f的关系 T b 4 e t nt en xdnetaig s a . R l i b w e f a c cnrt t ao e l u n o n i me 浓缩倍数 0 17 . 33 .60 . . 23 .40 . 1 5 2 通量/ 1 nZ h ’ (? ? 一) 44 1 7 5 31 63 3 2 2 29 己 』q 0 凡 、 / 训 用 , 1 内U n 卜划 .1 _ d … … 们 5 从表4 数据可以看出, 虽然通量随浓缩倍数增加 而减小, 但其减小幅度较小, 在一定阶段保持较大通 量. 在浓缩实验后, 1 mn 经过 0 清洗, i 膜的通量即可恢 复到6 L( h. 3 m ? ) / 2 3 结束语 开发国产管式膜, 已成功地用于果汁生产. 由以上 实验结果可知, 透过液性能指标达到果汁行业生产要 求, 且分离性能优良, 在运行和浓缩过程中 膜通量保持 基本稳定, 能达到正常生产的要求, 且通过定时清洗可 以恢复膜的通量. 这说明国产的管式膜已能满足果汁 行业生产的 要求, 可以用作进口 膜组件的 替代产品, 可 以降低国内果汁生产厂家在果汁生产设备上的投资, 提高了 果汁生产设备的国产化率, 推进了我国果汁行 业 的发展. 参考文献 : 15 2 2 3 3 0 1 0 5 0 5 运行时间/ h 圈 3 运行时间与通,关系 Fg3 e t nbt en xd rig i R l o e e f a w kn t . a i w l u n o i me 从图3中可以看出, 每运行 8h进行 1 mn , 0 清 i 洗, 可以有效地恢复通量到开始时水平. 在不同操作压 力下, 膜的通量不同, 其关系如表3 所示. 衰 3 操作压力与通.关系 T b3 e tn w e f x oean pe ue a. R l o bten ad rt g s r a i e l n p i rs u 操作压力/ P 02 M a 01 . . 03 . 通 ( ? 一 、 一) 量/L m 2 h’ 6 4 0 8 7 1 8 川 [2j 川 由表3 看出, 可以 在操作压力升高至03a .M 条 P 件下, 0 在4 ℃时通量可达18 m ? )在正常生 0 L( ' h. / 产条件下, 苹果原汁温度为5 一 2℃, 05 膜的通量还可 以增加. 在浓缩实验中, 膜的通量随浓缩液浓度增加而减 陈光伟, 刘恩华, 杜启云. 管式膜一体化生产 上 艺的研究 扛l水处理技术, 0 , ()1 一4. J. 2 02 3 ; 5 1 0 6 4 9 诸良银, 陈文梅, 刘培坤 等. 管式陶瓷膜十字流微滤过程 强化研究[]膜科学与技术, 9 , ()4 -3 J. 1 81 6 ; 5 9 8 9 黄大照, 朱柏华, 张晓东. 管式超滤膜组件的改进及应用 仁l水处理技术, 9 , ()27 22 J. 1 01 3 ; 一 4. 9 6 3 万方数据

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