動(dòng)態(tài)錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)陶瓷膜設(shè)備應(yīng)用于發(fā)酵食品的分離與精制

應(yīng)用場(chǎng)景：醬油、醋、料酒等發(fā)酵液的澄清，益生菌發(fā)酵液的濃縮。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

醬油澄清：傳統(tǒng)醬油過濾需添加助濾劑，陶瓷膜（0.1μm）可直接截留醬醪中的殘?jiān)⑽⑸?，濾液無需活性炭脫色，氨基酸態(tài)氮損失率＜5%，且風(fēng)味物質(zhì)（如酯類、氨基酸）保留完整。

益生菌濃縮：采用錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)膜分離益生菌（如雙歧桿菌），菌體濃度從 10? CFU/mL 濃縮至 101? CFU/mL，存活率超 95%（傳統(tǒng)離心法存活率＜70%），用于生產(chǎn)高活性益生菌制劑。

酒精回收：納濾膜可從料酒、米酒中分離乙醇（分子量 46Da），與蒸發(fā)法相比，能耗降低 60%，同時(shí)保留酯類香氣成分，提升產(chǎn)品風(fēng)味。 除菌效果達(dá) 99% 以上，濾液澄清度高，適用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。比較好的旋轉(zhuǎn)陶瓷膜高濃粘物料分離濃縮

與傳統(tǒng)的管式陶瓷膜靜態(tài)過濾相比，旋轉(zhuǎn)陶瓷膜動(dòng)態(tài)錯(cuò)流過濾展現(xiàn)出多方面的優(yōu)勢(shì)。在過濾效率上，傳統(tǒng)管式陶瓷膜靠泵提升待處理液流速形成錯(cuò)流過濾，有效過濾時(shí)間短，清洗頻繁。而旋轉(zhuǎn)陶瓷膜通過膜片高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)抗污染，在膜表面產(chǎn)生的高速剪切力形成湍流，持續(xù)高效地清洗膜表面，使得過濾通量得以大幅提升，連續(xù)穩(wěn)定過濾時(shí)間明顯延長(zhǎng)。在能耗方面，管式陶瓷膜需大流量循環(huán)泵沖刷膜表面，功率消耗大，而旋轉(zhuǎn)陶瓷膜馬達(dá)功率低，系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，相較于管式陶瓷膜可節(jié)能 60% - 80%。對(duì)于處理高粘度、高固含量的物料，傳統(tǒng)過濾技術(shù)往往力不從心，旋轉(zhuǎn)陶瓷膜憑借其獨(dú)特的動(dòng)態(tài)錯(cuò)流方式和開放式流道設(shè)計(jì)，可耐受高濃度、高粘度物料，不會(huì)輕易出現(xiàn)膜堵塞問題。發(fā)酵乳品濃縮中的動(dòng)態(tài)錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)陶瓷膜前景旋轉(zhuǎn)模式使膜面流速達(dá)傳統(tǒng)管式膜 3 倍，減少濃差極化。

動(dòng)態(tài)錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)陶瓷膜具體工藝流程與操作要點(diǎn)

鋰電正極材料前驅(qū)體濃縮純化（以磷酸鐵鋰為例）

操作參數(shù)：

膜類型：100 nm 孔徑陶瓷微濾膜；

轉(zhuǎn)速：2000 rpm，錯(cuò)流流速 1.2 m/s；

濃縮倍數(shù)：從固含量 5% 濃縮至 30%，通量維持 20 L/(m2?h)；

洗濾工藝：通過添加去離子水進(jìn)行錯(cuò)流洗濾，去除 95% 以上的 SO?2?離子。

電解液溶質(zhì) LiPF?母液純化

工藝步驟：

母液預(yù)處理：LiPF?合成母液（含 LiPF? 100 g/L、HF 5 g/L、碳酸酯溶劑）經(jīng)靜置分層，去除不溶物；

旋轉(zhuǎn)納濾濃縮：使用截留分子量 500 Da 的有機(jī)納濾膜，在 0.5-1.0 MPa 壓力下，截留 LiPF?（純度提升至 99.5%），透過液為含 HF 的溶劑（可回收處理）；

結(jié)晶與干燥：濃縮后的 LiPF?溶液經(jīng)冷卻結(jié)晶、離心分離，得到電池級(jí) LiPF?晶體（純度≥99.9%）。

關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：納濾過程中旋轉(zhuǎn)剪切力抑制 LiPF?晶體在膜面的析出，膜通量比傳統(tǒng)靜態(tài)納濾提高 40%，HF 去除率達(dá) 99%。

陶瓷填料（Al?O?）分散液濃縮

工藝特點(diǎn)：

初始分散液固含量 10%，目標(biāo)濃縮至 50%；

采用 0.2 μm 陶瓷微濾膜，轉(zhuǎn)速 2500 rpm，配合反向沖洗（每 30 分鐘一次）；

濃縮后粉體粒徑分布更均勻（D50 從 5 μm 降至 3 μm），分散劑殘留量 < 0.1%，滿足鋰電池隔膜填料的高純度要求。

盡管旋轉(zhuǎn)陶瓷膜動(dòng)態(tài)錯(cuò)流過濾技術(shù)已取得諸多成果并在多領(lǐng)域應(yīng)用，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。在高成本方面，陶瓷膜的制備工藝復(fù)雜，原材料成本較高，導(dǎo)致設(shè)備整體造價(jià)不菲，這在一定程度上限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。在某些特殊物料體系中，即使采用動(dòng)態(tài)錯(cuò)流方式，膜污染問題仍未完全杜絕，需要進(jìn)一步深入研究膜污染機(jī)制，開發(fā)更加有效的抗污染措施和清洗技術(shù)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，科研人員和企業(yè)正積極探索解決方案。在降低成本上，通過改進(jìn)制備工藝，提高生產(chǎn)效率，尋找更經(jīng)濟(jì)的原材料等方式，逐步降低設(shè)備成本。在解決膜污染問題上，結(jié)合表面改性技術(shù)，對(duì)陶瓷膜表面進(jìn)行修飾，使其具有更強(qiáng)的抗污染性能；同時(shí)，開發(fā)智能化的膜污染監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)膜的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)或啟動(dòng)清洗程序，確保膜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該技術(shù)正從工業(yè)領(lǐng)域向生物醫(yī)藥、新能源等領(lǐng)域滲透，有望在資源循環(huán)利用、綠色制造等方面發(fā)揮更大作用。

錯(cuò)流旋轉(zhuǎn)膜設(shè)備處理乳化油的典型流程

預(yù)處理階段

調(diào)節(jié) pH：通過添加酸（如硫酸）或堿（如 NaOH）破壞表面活性劑的電離平衡，削弱乳化穩(wěn)定性（如 pH 調(diào)至 2~3 或 10~12）。

溫度控制：適當(dāng)升溫（40~60℃）降低油相黏度，促進(jìn)油滴聚結(jié)，但需避免超過膜耐受溫度（陶瓷膜通常耐溫≤300℃）。

旋轉(zhuǎn)膜分離階段

操作參數(shù)：

轉(zhuǎn)速：1500~2500 轉(zhuǎn) / 分鐘，剪切力強(qiáng)度與膜污染控制平衡。

跨膜壓力：0.1~0.3MPa（微濾）或 0.3~0.6MPa（超濾），避免高壓導(dǎo)致膜損傷。

循環(huán)流量：保證錯(cuò)流速度 1~3m/s，維持膜表面流體湍流狀態(tài)。

分離過程：

乳化油在旋轉(zhuǎn)膜表面被剪切力破壞，小分子水和可溶性物質(zhì)透過膜孔形成濾液，油滴、雜質(zhì)被截留并隨濃縮液循環(huán)。

濃縮倍數(shù)根據(jù)需求調(diào)整，通?？蓪⒂拖酀舛葟?0.1%~1% 濃縮至 10%~30%。

后處理階段

濾液處理：透過液含少量殘留有機(jī)物，可經(jīng)活性炭吸附或生化處理后達(dá)標(biāo)排放，或回用于生產(chǎn)工序。

濃縮液回收：濃縮油相可通過離心、蒸餾等方法進(jìn)一步提純，回收的油可作為燃料或原料回用，降低處理成本。

抗生藥物成分、有機(jī)酸生產(chǎn)中脫除菌體與大分子，提高純度。比較好的旋轉(zhuǎn)陶瓷膜高濃粘物料分離濃縮

替代管式膜后端，濃縮倍數(shù)更高且節(jié)水節(jié)能。比較好的旋轉(zhuǎn)陶瓷膜高濃粘物料分離濃縮

湍流旋轉(zhuǎn)膜過濾設(shè)備工藝優(yōu)化與選型要點(diǎn)

膜孔徑與操作參數(shù)選擇

果汁澄清：選 0.1-0.2μm 微濾膜，操作壓力 0.1-0.2MPa，線速度 15-20m/s，溫度 30-50℃（避免果汁變性）。

蛋白濃縮：選 10-50kDa 納濾膜，操作壓力 0.3-0.5MPa，線速度 10-15m/s，溫度≤40℃（防止蛋白變性）。

廢水處理：選 0.1-1μm 微濾膜，操作壓力 0.2-0.3MPa，線速度 20-25m/s，適應(yīng)高濁度料液。

清洗與維護(hù)方案

常規(guī)清洗：先用清水反沖洗，再用 2% 檸檬酸溶液（pH=3）或 1% NaOH 溶液（pH=12）循環(huán)清洗 30 分鐘，去除蛋白、果膠等污染物，膜通量恢復(fù)率≥95%。

殺菌處理：定期用 0.5% 過氧化氫溶液或高溫蒸汽（121℃，30 分鐘）滅菌，滿足食品衛(wèi)生要求。

與其他技術(shù)的聯(lián)用

與蒸發(fā)聯(lián)用：陶瓷膜先將料液濃縮至一定濃度（如 TSS 20°Brix），再用蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮，總能耗比傳統(tǒng)全蒸發(fā)工藝降低 30%。

與層析聯(lián)用：在功能性成分提取中，陶瓷膜先去除雜質(zhì)，再用層析柱精制，提升產(chǎn)物純度，減少層析柱污染。 比較好的旋轉(zhuǎn)陶瓷膜高濃粘物料分離濃縮