膜蒸馏浓缩中药提取液过程膜污染的气体反冲洗抑制.doc

膜蒸馏浓缩中药提取液过程膜污染的气体反冲洗抑制（完整版）实用资料
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第38卷第5期
2021年
北京化工大学学报(自然科学版
JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience
Vol．38,No．5
2021
膜蒸馏浓缩中药提取液过程膜污染的气体反冲洗抑制
李
会
1
魏杰
2
丁忠伟
1*
刘丽英
1
(北京化工大学:1．化学工程学院;2．信息科学与技术学院,北京100029
摘
要:研究了气体反冲洗对膜蒸馏浓缩中药提取液过程中膜污染的抑制作用,重点考察了反冲洗气量、反冲洗时
间、反冲洗时间间隔对膜污染的抑制效果。结果表明,气体反冲洗能够明显抑制由料液中的各种污染物引起的膜污染;气体反冲洗时间越长、反冲洗气量越大、反冲洗时间间隔越小,则气体反冲洗抑制膜污染的效果越好;在反冲洗时间为2min、反冲洗气量为2L/min和反冲洗时间间隔为20min的条件下,实验进行250min时气体反冲洗能够维持膜通量在膜清水通量的80%以上。
关键词:膜蒸馏;膜污染;中药液浓缩;气体反冲洗中图分类号:TQ028.8
收稿日期:2021－03－17
第一作者:女,1985年生,硕士生
*通讯联系人
E-mail:[e-mail]
引言
膜分离技术是近年来的研究热点,作为膜分离
技术大家庭近年来出现的新成员,膜蒸馏在实施过程中操作条件温和(常压,
稍高于常温,不易改变溶液中组分的性质,特别适合用于中药提取液的浓缩。但是,
中药原料液中存在的各种颗粒物、胶体、蛋白质等会在膜表面沉积,造成膜污染
[1]
。相对于
膜相阻力,附着于膜表面的污染层将会对膜蒸馏过程形成一定的阻力。因此,有必要采取膜污染控制措施减缓膜污染层的沉积。
微滤过程中已有研究反冲洗对膜污染层的抑制作用,刘玉君等[2]
采用周期性的反冲洗,使得膜内
部污染阻力下降到不带反冲洗条件下的1/3。Psoch
等
[3]
的研究结果表明,带有最佳操作条件反冲洗的错流微滤过程,其净通量是没有反冲洗操作的4倍;由此可见,微滤过程中反冲洗对于膜污染的抑制效果是非常显著的。而将反冲洗用于膜蒸馏过程中对膜污染的抑制作用尚未见报道。
刘喆等
[4]
在中药浓缩过程中采用药液的气－液
两相流进料,取得了很好的膜污染抑制效果。本文提出将气体反冲洗用于抑制直接接触式膜蒸馏(DCMD浓缩中药提取液过程中的膜污染,探索反
冲洗气量、反冲洗时间和反冲洗时间间隔等因素对
抑制膜污染效果的影响。
1
实验部分
1.1
实验材料
实验用膜为由北京塑料研究所提供的聚四氟乙
烯平板膜,平均孔径为0.2μm,厚度为60μm,孔隙率为60%。实验所用中药提取液由如下处方水提而成:桑叶10g、菊花10g、桔梗10g、连翅10g、杏仁10g、炙甘草6g、薄荷10g、芦根15g、前胡10g。实
验提取液的密度为11040kg/m3。
1.2实验装置及条件
膜蒸馏实验装置如图1所示。将中药提取液贮
槽置于恒温水浴内保持恒温。提取液由泵送往板式膜组件,经膜蒸馏后返回药液贮槽。纯水贮槽置于
电子天平上,
纯水由泵经制冷机送往膜组件,接受跨膜蒸汽冷凝液后,
返回到纯水贮槽。纯水贮槽重量的变化通过计算机监测,可以计算出跨膜通量。当进行气体反冲洗实验时,首先停止冷侧循环水,关闭阀门B,启动风机,将空气送入阀门B与膜组件之间的管路中,先将存在于膜组件内冷侧循环水排出,立即关机阀门A;持续通气一定的反冲洗时间,通气结束后,恢复原来的膜蒸馏实验。
实验过程中,保持热侧和冷侧的流率不变,热侧平均温度为60.5ħ,
冷侧的平均温度保持在22.5ħ。保持提取液浓度恒定,每次实验蒸出水750800g,期间间歇反冲洗直至蒸馏出500g水。膜蒸馏过程中,渗透侧纯水颜色没有丝毫变化,这说明药

1—恒温水浴;2—药液贮槽;3—药液泵;4—制冷机;5—纯水泵;6—纯水贮槽;7—电子天平;8—风机;9—膜组件;A、B—阀门开关
图1膜蒸馏实验装置流程图
Fig．1SchematicillustrationoftheDCMDapparatus
液确实没有进入膜孔内。
1.3膜阻力分析方法
丁忠伟等[5](验证的滤饼过滤模型为
N
0N2－1=kt(1其中:N0为初始膜通量,kg/(m2·h;N为膜通量,kg/(m2·h;k是由料液流速及其溶液性质决定的系数,通常为常数;t为时间,min。
达西方程式为[6]
N
0=Δ
p
μRm
(2
N=Δp
μRt=Δ
p
μ(Rm+Rr+Rir
(3
其中:Δp为膜两侧蒸汽压力差,Pa;μ为水的动力粘滞系数,Pa·s;Rm、Rt、Rr、Rir分别为膜相阻力、总阻力、可逆污染阻力、不可