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用微滤—膜蒸馏技术处理中药提取液的研究

作　者: 陆文超
导　师: 丁忠伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 膜蒸馏中药提取液污染层阻力鼓泡滤饼过滤模型
分类号: TQ461
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

膜蒸馏是近20年来得到迅速发展的一种采用疏水性微孔膜的分离技术。利用该技术仅消耗低品热源、热敏性物质有效成分损失少的优势可以提高中药加工技术水平和产品质量。本课题主要研究平板膜组件与中空纤维膜组件应用于中药提取液浓缩的过程,重点考察不同料液流速,进料温度,鼓泡方式,料液浓缩倍数以及各种封装分率条件下跨膜通量的衰减规律,探讨了导致跨膜通量下降的原因和抑制措施。针对平板膜组件用于浓缩中药提取的过程,建立了考虑污染层热阻的数学模型,利用实验测得的跨膜通量求解数学模型,得到了各种实验条件下污染层热阻和界面温度的变化规律。结合对电镜照片的分析发现,多孔的污染层覆盖于膜表面,形成了污染层热阻,影响了膜蒸馏过程中的传热效果。通过分析污染层阻力与药液浓缩倍数之间的关系得知,增加进料温度和料液流速的可使污染层的增长得到有效抑制。使用中空纤维膜组件对中药提取液进行了膜蒸馏处理,测定不同封装分率和不同料液流速下的跨膜通量,并对跨膜通量的下降规律做理论分析,即采用四种过滤模型对实验数据进行线性拟合,发现滤饼过滤模型的拟合程度最好。这说明膜蒸馏运行过程中污染层阻力的生长以及跨膜通量的下降规律应该用滤饼过滤模型描述。为降低膜污染引起跨膜通量衰减速度,本工作尝试采用微滤预处理和在膜蒸馏过程中在料液侧造成两相流。前者使料液中颗粒污染物浓度大幅度减少,降低了过程中的膜污染程度；后者则通过气泡在膜表面附近的运动加强了剪切作用,使膜污染得到有效抑制；同时,气泡对膜丝和液层的搅动作用也削弱了温度极化效应。这些通过两相流造成的有利因素使跨膜通量有明显增长。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
符号说明  15-17
第一章文献综述  17-29
  1.1 研究背景  17
  1.2 中药提取液固-液分离的研究现状分析  17-18
  1.3 膜蒸馏原理及分类  18-21
  1.4 膜蒸馏过程中影响跨膜通量的因素  21-26
    1.4.1 跨膜传质与浓度极化  21-22
    1.4.2 跨膜传热与温度极化  22-23
    1.4.3 组件形式  23-25
    1.4.4 膜结构参数  25-26
    1.4.5 料液中不挥发物的浓度和料液的性质  26
    1.4.6 操作温度  26
  1.5 膜污染  26-27
  1.6 鼓泡对膜污染的抑制作用  27-28
  1.7 本论文工作的提出  28-29
第二章膜蒸馏处理中药提取液过程的热阻  29-47
  2.1 理论部分  29-34
    2.1.1 膜蒸馏过程的跨膜传质  29-30
    2.1.2 伴随膜污染的膜蒸馏过程中传热区域内的温度分布  30-32
    2.1.3 膜蒸馏过程中的传热阻力  32
    2.1.4 中药提取液的物性  32-33
    2.1.5 求解模型方程的迭代程序  33-34
  2.2 实验部分  34-36
    2.2.1 平板膜组件与实验装置  34-35
    2.2.2 中药提取液  35
    2.2.3 实验步骤及内容  35-36
  2.3 实验结果与讨论  36-45
    2.3.1 颗粒浓度对跨膜通量衰减的影响  36-40
      2.3.1.1 料液使用颗粒+纯水的实验结果  36-38
      2.3.1.2 扫描电镜下新膜与已污染膜之间的对比  38-39
      2.3.1.3 采用过滤后药液进行膜蒸馏实验  39-40
    2.3.2 料液温度对污染层热阻的影响  40-43
    2.3.3 料液流速对污染层热阻的影响  43-45
  2.4 本章小结  45-47
第三章中空纤维膜组件用于中药提取液浓缩过程的研究  47-69
  3.1 理论部分  47-49
    3.1.1 伴随膜污染的膜蒸馏过程中的传递阻力  47-48
    3.1.2 污染层阻力的生长以及跨膜通量的下降  48-49
  3.2 组件的设计及制备  49-50
  3.3 实验部分  50-52
    3.3.1 实验装置图  50-51
    3.3.2 实验主要仪器及功能简介  51
    3.3.3 实验步骤及内容  51-52
  3.4 实验结果与讨论  52-68
    3.4.1 不同料液流速对跨膜通量的影响  52-53
    3.4.2 不同封装分率对跨膜通量的影响  53-55
    3.4.3 恒浓条件下料液流速对跨膜通量的影响  55-57
    3.4.4 提高膜蒸馏过程中的跨膜通量  57-62
    3.4.5 膜蒸馏处理中药提取液过程的膜污染机理  62-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章微滤过程中鼓泡对膜污染的抑制作用  69-77
  4.1 膜组件的设计与制备  69-70
  4.2 实验部分  70-71
    4.2.1 实验装置图  70
    4.2.2 实验主要材料及功能简介  70-71
    4.2.3 实验步骤及内容  71
  4.3 实验结果与讨论  71-75
    4.3.1 通气气量对对跨膜压差的影响  71-72
    4.3.2 跨膜通量对跨膜压差的影响  72-73
    4.3.3 药液的浓缩倍数对跨膜压差的影响  73-74
    4.3.4 药液中的颗粒浓度对跨膜压差的影响  74-75
  4.4 本章小结  75-77
第五章结论  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-85
研究成果及发表论文  85-87
作者和导师简介  87-88
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  88-89

用微滤—膜蒸馏技术处理中药提取液的研究

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