第二章-3 第五节电渗析分离技术-2015详解.ppt

五、电渗析装置与操作方式 （一）电渗析器的构造 电渗析器主要由离子交换膜、隔板、电极和夹紧装置及辅助设备等组成，整体结构类似于板式换热器 。 电渗析器两端为端框，框上固定有电极、极水孔道和进料、浓缩和淡液孔道。端框较厚、较坚固，便于加压以夹紧元件。 电极内表面成凹形，与膜贴紧时即形成电极冲洗室。相邻两膜之间有隔板，隔板边缘有垫片。当膜与隔板夹紧时即形成浓室或淡室。 隔板、膜、垫片及端框上的孔对齐后即能形成不同溶液的供料或出料孔道。 -*- 2.电渗析器装置与组装 主要部件 离子交换膜：组装前膜预处理，操作溶液浸泡24-48小时，停运时充满溶液 隔板：膜的支撑体，保持膜间距，水流通道；浓、淡室隔开 电极：要求耐腐蚀、导电性能好 夹紧装置：把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体 浓缩液 浓缩液 稀释液 进料 进料 浓缩室 淡水室 阳离子交换膜 隔板 阴离子交换膜 稀释液 图2-46 电渗析器的构造 -*- 电渗析装置示意动画 隔板 隔板是支撑和形成水流通道的构件，是电渗析器不可缺少的组成部分。 隔网一般附在隔板上，其作用是增加湍流，还可减小流动阻力。 回流式隔板（左）和直流式隔板（右） 对隔板的要求 （1）用绝缘、非吸湿材料制成，具化学稳定性，耐酸、碱，且较经济。目前一般用硬聚氯乙烯或聚丙烯塑料板。 （2）厚度应尽量小，以减少水层厚度、降低水层电阻。一般厚度为1~2 mm。隔板厚度要求厚薄均匀，便于组装。 （3） 在隔板上开有的流槽应使水在流动时能形成良好的湍流。 （4） 在隔板设计上应尽量加大膜的有效面积。 电极 （1）有良好的化学和电化学稳定性。 （2）导电性能好，电阻小； （3）机械强度高，不易破裂； （4）对电极反应的过电位低，以降低能耗； （5）轻便，价格低廉。 常用的电极材料 （1）石墨　价格低廉，但易磨损。石墨的磨损由电化学和机械两方面的原因引起。在使用前浸渍石蜡或糠醛树脂可大大延长其使用寿命。石墨电极一般用作阳极。 （2）二氧化钌　又称钛涂钌，是在钛的表面上涂一层二氧化钌、二氧化铱或二氧化钛制成，适用于酸性和中性溶液，不适用于碱溶液，可用作阳极和阴极。 （3）不锈钢　一般用作阴极，在重碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐溶液中也可用作阳极。在酸性溶液中只用作阴极。它的价格低，加工方便，是较好的电极材料。 （4）钛镀铂　可用作阳极和阴极，是目前最好的电极材料。 （5）二氧化铝　是很好的阳极材料，但不能用作阴极。 夹紧装置 由型钢铁夹板、螺杆和螺母等组成，整个电渗析器组装后要求密封不漏水。 辅助设备 直流电源、泵、流量剂、压力表、电压表、电导仪和pH计等。 （二）电渗析器的组装 由一张阳膜、一张阴膜和相应的隔板组成的一个浓缩室和一个淡化室是一个最基本的单元，称为一对膜。 若干对膜组装在一起，称为一个膜堆。 一对电极之间的膜堆称为一级。 浓缩室、淡化室流向一致的膜堆称为一段。 一般每段内的膜对数为150-200对，每台电渗析器的总膜对数不超过400-500对 一级一段 二级一段 一级二段 二级二段 图2-48 电渗析器的组装方式 -*- 一对正、负电极之间的膜堆称为一级 具有同一水流方向的并联膜堆称为一段 （三）电渗析的操作方式 单向电渗析 带极性反转的电渗析 单向操作 进料液泵入膜堆，经过电渗析后转化成稀释液和浓缩液，当浓缩程度达到要求后转到贮存罐。为了避免阴极氧化形成游离氯，电极室单独浸渍在不含氯离子的溶液中。 单向电渗析的缺点是膜很容易被堵塞而达饱和，因此要求对进料液进行预处理，并定期对膜堆进行清洗。 膜堆 进料 料液入口 浓缩液入口 电极 进料 电极废液 电极废液 产品 浓缩液循环 浓缩滞留液 图2-49 单向电渗析操作方式图 带极性反转的电渗析操作 如果膜是各向同性的，浓缩室、淡化室和电极的构造又是相同的，那么在操作时可以定时（几分钟至数小时）使电场方向反转，浓缩室和淡化室也随之逆转。 优点是可以避免形成污垢，从而延长膜的使用寿命。 浓缩液入口 膜堆 电极进料 进料液 电极废液 电极废液 浓缩液循环 浓缩滞留液 产品 废品 图2-50 带极性反转的电渗析操作方式图 六、电渗析的应用 1．牛奶和乳清的脱盐 2．提取乳酸 3．果汁脱酸 4．制备纯水 5．味精提纯 海水→海水泵→无阀滤池→海水池→水泵→纤维布过滤器→第一组电渗析器→中间水池→第二组电渗析器→成品水池→脱硼装置→饮用水 第六节 膜分离技术在食品工业中的应用前景及展望 膜固有的局限性：如渗透率低、选择性较差、膜使用寿命较短等。 仅依靠膜分离往往不尽人意。 膜技术的发展 一、新型膜材料和膜结构 二、新颖的膜分离技术和集成膜技术 三、膜分离的强化方法 四、膜分离技术在食品工业中的应用有待加强 -*- 膜科学的将来