磁化甘蔗混合汁微滤过程中膜面吸附对传质模型的影响

第31卷第8期2962015年4月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVl0l_31No．8Apr．2015磁化甘蔗混合汁微滤过程中膜面吸附对传质模型的影响马森，高俊永2(1．河南工业大学粮油食品学院，郑州450001；2．广州甘蔗糖业研究所，广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州510316)摘要：为研究磁化甘蔗混合汁微滤膜分离过程，分析膜面吸附作用对传质过程的影响。以甘蔗混合汁为原料，研究了磁化甘蔗混合汁在微滤过程中质量传递模型。在不考虑膜表面层的吸附作用下，0．45和0．20pm陶瓷微滤膜分离的传质系数分别为．81．406和一83．130，回归方程的决定系数分别为0．921和0．920，P值分别为0．002和0．010；考虑膜表面层的吸附作用，0．45和0．20／2m陶瓷微滤膜分离的传质系数分别为．323254．006和573281．937，吸附系数分别为0．995和0．994，回归方程的决定系数分别为O．939和0．999，P值分别为0．015和O．0008，可见，对于上述磁化条件和膜分离过程进出口操作压力差0．03～0．04MPa，控制温度(35~1)℃，全回流试验条件下，膜面吸附作用对微滤膜分离过程传质模型影响显著(P<0．05)。该研究有助于微滤膜分离设各的选型设计参数和操作条件的优化。关键词：膜；模型；传质；磁化甘蔗混合汁；浓差极化doi．10．3969~．issn．1002—6819．2015．08．043中图分类号：TQ028文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一08—296—06马森，高俊永．磁化甘蔗混合汁微滤过程中膜面吸附对传质模型的影响[J]．农业工程学报，2015，31(8)：296-301．MaSen，GaoJunyong．Effectofsurfaceadsorptionofmicrofiltrationformagnetizedsugarcanemixedjuiceonmodelofmasstransfer[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，3l(8)：296-301．(inChinesewithEnglishabstract)0引言甘蔗混合汁为甘蔗经过撕裂机后，蔗丝经过第一座压榨机组和第二座压榨机组压榨提汁的混合糖汁。甘蔗混合汁在澄清过程中需要添加石灰、磷酸、二氧化硫、聚丙烯酰胺等化学物质，导致糖厂工艺废水化学耗氧量(chemicaloxygendemand，COD)偏高，处理成本居高不下。膜技术具有能耗低、无相变、分子级筛分等特剞，将其应用于甘蔗混合汁澄清过程在提高澄清效果的同时，可减少化学物质添加量。然而，甘蔗混合汁成分复杂，含有较多的胶体物质和细小颗粒，造成膜分离过程相比其他杂质少的物料膜通量低。有2个主要原因造成该物料膜分离过程中膜通量降低：一是浓差极化的影响，主要是膜表面局部溶质浓度增加引起边界层流体阻力增加(或局部渗透压增大)，导致传质推动力下降而引起膜通量下降；二是膜表面和膜孔内吸附溶质(尤其是大分子)以及细小颗粒堵塞形成的膜污染，这种污染引起的膜通量衰减是不可逆的I5’n。国内外学者对膜分离传质模型进行了大量的研究，如Kromkamp8]研究了旋流模型来模拟浓差极化和滤饼层形成系统，Tashvigh9J研究了水一油系统的微滤分离过程，建立了相应的浓差极化模型，Kazemi等IⅢJ研究了无酒精啤酒的错流微滤过程，建立了收稿日期：2014—12。18修订日期：2015．03．30基金项目：国家自然科学基金项目(31301594)；河南工业大学河南省省属高校基本科研业务费专项资金项目(2Ol4YWQQO2)；河南工业大学高层次人才基金(2012BS031)作者简介：马森，男，河南郑州人，讲师，博士，研究方向：谷物化学与品质。郑州河南工业大学，450002。Email：branch2007@126．corn膜通量的衰减模型。然而，对于适用于蔗汁微滤的传质模型却未见报道。虽然磁处理强化膜分离的相关研究较少，但是相关理论和试验，证明了磁场对膜分离的促进作用，它可以改善膜的分离性能，是一种节能降耗的方法，王亚卿等⋯J采用磁场强化膜分离技术对板框过滤后土霉素发酵液进行提纯和浓缩，研究得到了正效应的磁场强化条件，提高了土霉素产品质量。王捷等[】】研究了磁絮凝膜过滤工艺中磁场强化膜清洗的效果，结果显示，膜通量恢复率较常规物理清洗明显提高。Vardanega等I13]等研究发现磁场对改善超滤膜浓差极化有较好的作用，并能有效减轻膜污染现象。因此，本文通过