濃縮程序理論

來源：青島強星設備科技有限公司 2008年08月26日 08:30

濃縮程序理論的一些簡單知識，希望對大家有用。

濃縮

在生物程序中所生產的物質常溶在溶劑（水）中成稀薄的溶液，必須經過濃縮(concentrating)的過程將濃度提高。依照濃縮所需的能量大小次序為膜分離(membrane separation)、蒸發(evaporation)與冷凍濃縮(freeze concentration)等三種程序。本章將探討膜分離與蒸發。冷凍濃縮是一種結晶分離的過程，待有機會探討結晶時再行討論。

膜分離

一、前言

膜分離（membrane separation）利用具有一定選擇性透過特性的過濾介質進行物質的分離存化。膜在分離過程中，對于物質做識別與滲透使混合物中各組成分之間產生分離；作為分隔的界面，將透過液和保留液分為互不混合的兩相；作為反應場，在膜表面及孔內表面含有與特定溶質具有相互作用能力的官能團，通過物理作用、化學反應或生化反應提高膜分離的選擇性和分離速度。

二、膜分離法及其原理

膜分離法包含著非常豐富的內容，在生物分離領域應用的膜分離法包括微濾（Microfiltration，MF）、超濾（Ultra-filtration，UF）、逆滲透（Reverse osmosis，RO）、透析（Dialysis，DS）、電滲析（Electrodialysis，ED）和滲透汽化（Pervaporation，PV）等。

（一）滲透壓與逆滲透

一個容器中間用一張半透膜隔開。半透膜可透過溶劑（水），但不能透過溶質。膜的兩側分別加入純水和含溶質的水溶液，若膜兩側壓力相等，在濃度差的作用下作為溶劑的水分子從溶質濃度低（水濃度高）的一側向溶質濃度高的一側透過，這種現象稱為滲透。促使水分子透過的推動力稱為滲透壓。

溶質濃度越高，滲透壓越大，水分子由滲透壓小的一側向滲透壓大的方向移動。如果欲使高滲透壓溶液中的溶劑（水）透過到低滲透壓左側，在右側所施加的壓力必須大于此滲透壓，這種操作稱為逆滲透。一般逆滲透的操作壓力常達到幾十個大氣壓。

圖中側1為純水，右側2為水溶液中間以滲透膜隔開，分別為溶質與溶劑的莫耳分率。水分子可以擴散通過滲透膜，而溶質分子無法透過。平衡時兩側的壓力差稱為滲透壓(osmotic pressure)

因為其中為純溶劑的莫耳體積。，為溶液中溶質的莫耳分率，在稀薄溶液時所以溶液的滲透壓常表示成

，或，其中為溶質的莫耳濃度。

RO膜無明顯的孔道結構，其透過機理尚不十分清楚。目前多采用熱力學方法解釋RO膜的透過機理，而不考慮膜的結構和性質，其中溶解-擴散模型簡單實用。該溶質假設溶劑或溶質首先溶解在膜中，然后擴散通過RO膜。

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