[發明專利]一種用于優化膜洗濾過程處理時間的控制方法

有效

• 申請號: 201410350908.5
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104162363A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 王嵐;楊振東;王龍耀;陳群
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D61/22
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于膜過濾技術領域，具體涉及一種用于優化膜洗濾過程處理時間的控制方法；針對具體的物料體系和膜過濾要求，該方法可在保證目的物收率或脫除率，以最短處理時間為目標，給出膜洗濾過程的具體控制步驟、控制參數及具體參數值。

背景技術

膜洗濾是一種向保留液中加入頂洗劑洗出溶解性物質的壓力驅動膜過濾過程，通常被用來提高濾液中小分子物質收率或增加截留物中大分子物質的純度；根據溶質的性質及膜的選擇性，膜洗濾可被用于微濾、超濾、納濾等過程。洗濾作為一種基本的膜過濾過程，具有工藝成熟、收率/脫除率可控、適應范圍廣等優點，被用于制藥、化工、材料等行業；例如，制藥工業中發酵液澄清過程（分離菌絲體等大顆粒組分，回收溶解態可溶性組分）；化學工業中原料液無機鹽脫除過程；高純粉體的脫離子過程等；作為一種可控分離原料液中不同組分的有效技術，膜洗濾過程在電子、食品、醫藥、石油、環保等方面有著日益廣泛的應用。

典型的膜洗濾過程一般包括三個步驟：（1）前濃縮：將料液由初始體積V₀濃縮至某個中間體積V_d，去除一些小物質（定義前濃縮比??????????????????????????????????????????????????）；（2）頂洗：在過濾同時向系統加入頂洗劑，“洗出”小物質，提高濾液中小分子物質收率或增加截留物中大分子物質的純度（定義恒容頂洗過程中稀釋比?，其中V_W為加入頂洗劑總體積）；（3）后濃縮：根據真實情況的需要，進一步減小保留液體積，將其濃縮至最終體積V_e（定義后濃縮比?）。

大多數關于膜洗濾的研究主要集中在即時膜通量的提高方面，針對特定物系及膜設備，通過優化跨膜壓差、膜面流速、料液溫度等操作條件，可以提高其通量；但在實際生產過程中，生產者更關心的是目的物濃度、料液體積、目的物收率，處理時間等指標內容。工業化生產過程中，在滿足目的物收率前提下，生產效率或處理時間直接影響企業的經濟效益，是被重點關注的對象；研究發現，目的物截留率或透過率、稀釋比、濃縮比等參數對洗濾過程有顯著影響，由于降低前濃縮比會使頂洗時保留液體積減小，但這同時會使滲透通量減小；而提高前濃縮比會使頂洗時保留液體積變大，但這同時會使滲透通量增大；處理時間是濾液體積和滲透通量的比值，在洗濾過程中可能存在一個恰當的濃縮比值，使得總膜處理時間最短；而在膜洗濾的具體實施過程中，由于缺乏具體優化方法的支持，如何在保證過濾效果的同時縮短處理時間，成為膜洗濾優化過程中必須面對但又難以解決的問題。

發明內容

為了縮短膜洗濾過程處理時間，提高生產效率，本發明提供了一種膜洗濾處理過程的具體操作與控制方法，在保證目的物收率或脫除率情況下，以最短處理時間為目標，給出膜洗濾過程的具體控制步驟、控制參數及具體參數值。

本發明的用于優化膜洗濾過程處理時間的控制方法，適用于膜過濾介質對被截留組分具有截留作用的液相或氣相物系。

對于壓力驅動的膜滲透過程，壓差、溫度等操作條件及物料性質穩定情況下，膜滲透通量主要受到被截留組分的濃度影響，此時可以得到膜滲透通量與料液中被截留組分濃度的關系為：

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式中J為膜滲透通量；?為傳質常數；C_G為被截留組分在膜表面的即時表觀極限濃度；C為被截留組分在保留液主體中的即時濃度。

本發明所述方法所涉及的過程處理時間為用于膜過濾處理的設備實際運行時間。

本發明所述方法是在濃縮料液的同時估算被截留組分的即時表觀極限濃度C_G，并在保留液中被截留組分濃度達到C_G/e時開始頂洗（e為自然常數）；被截留組分的表觀極限濃度C_G值是基于生產數據即時獲得的，并被用于即時指導生產過程；該被截留物，可以是單一的大尺寸/分子物質，也可以包括多個被截留物質；C_G值表征的是被截留物在膜表面發生濃差極化時所達到的一個表觀極限濃度值，通常是一個虛擬值，而不一定與真實濃度值相符。

本發明所述方法所涉及的頂洗階段，頂洗劑可以是連續流加的，也可以是間歇分批加入的；在C_G值穩定的頂洗過程中，所加入的頂洗劑與濾液的體積相同；當C_G值發生變化時，則調整頂洗劑的加入量從而調整保留液體積，使其中保留液中被截留物濃度仍然處于C_G/e狀態。