错流超滤错流超滤的计算模型

在错流超滤过程中采用二维对流扩散方程表示质量的传输。当轴向流速比径向流速大很多的时候，忽略轴向扩散项。分步进行的伪稳态通量下降状态模型用来预测错流超滤过程中浓差极化引起的通量下降，运用死端过滤阻力模型定义滤饼比阻，同时利用分子扩散系数和剪切诱导应力扩散系数的加和来确定有效扩散系数，最后利用迭代算法预测有限时间内渗透通量的下降量，直到达到恒定值。模型预测结果与胶体悬浮液错流超滤过程的通量下降的实验结果实现了很好的吻合。

错流超滤的自由空间内流体对膜表面有剪切力的作用，其渗透率在管道长度方向是变化的。针对错流超滤的特点，在膜的上层部分引入了流体自由流动空间，用方程来描述。在自由空间和膜的界面处，用流体的连续性将自由空间和膜介质的流场进行了耦合。膜的污染描述，基于死端超滤建立起来的污染模型。

采用有限元模拟方法，分析不同入口速率下高分子超滤膜的跨膜压力、沉积量和渗透通量沿管道长度方向的变化情况，并对膜内渗透率、压力梯度和沉积量在膜厚度方向的变化进行了分析，得到以下结论：流体的入口速率越大，形成的跨膜压力越大，同时在膜表面形成的剪切作用越大，使膜上的沉积量越小，渗透通量越大；但是，入口速率越大，在工艺操作中会消耗越多的能量；在实际生产中，宜根据所需的污水处理效率和成本要求，选择合适的入口速率；错流超滤膜内的渗透率、压力梯度和沉积量在膜厚度方向的变化表现出与死端超滤相似的规律性 。

Madsen等人从流体力学计算中发现，在错流超滤体系中惯性提升速率小于渗透通量。在膜表面就会形成溶质浓度比较高的沉积粒子层，滤饼层将无限制增加，最后堵塞管道，但在实际中没有出现这种情况。Blatt等人假设由料液引起的剪切力使滤饼层以一定的速率沿膜面作切向运动，该速率可以与粒子的沉积速率相平衡。

Romero和Davis在二维粒子质量守恒微分方程中引入时间变化项。Pearson和Sherwood等人提出了错流超滤中滤饼层形成过程的连续方程，对悬浮液和滤饼层的特性做了假设。将该模型的计算结果和Ladva的实验结果相比较发现对准稳态过程该模型可以和实验结果很好的符合，但是对稳态过程实验结果和模型计算结果相差较大。Davis和Sherwood针对滤饼层为超滤过程主要阻力的情况，在二维浓度扩散方程，连续方程以及描述粒子浓差极化边界层的动量方程的基础上推出了和Shen等人非常类似的解，综合考虑了Davis和Leighton所提出的对剪切粘度和由剪切引起的流动扩散的经验修正。论证了Davis和Leighton等人的近似解对无限稀溶液和少数的悬浮液成立。

Fane等人针对大粒子错流超滤过程，提出了描述冲刷和侵蚀机理的模型。前面所提到的侧向迁移并不是主要影响因素。该模型认为粒子沉积到膜表面速率与冲刷速率相平衡，在此平衡的基础上建立了模型方程。该模型证明了通量与浓度之间的对数关系，可以应用于一些包含有刚性粒子的超滤体系。但是该模型建立基础较简单，需要必要的理论基础。另外在模型中没有考虑粒子体积对超滤和冲刷速率的影响 。

Bowen在过滤理论的基础上，将胶体之间的存在的范德华力、静电力以及涡旋力以比较复杂的数学形式考虑到模型中。通过该模型利用一些物化参数就可以计算得到渗透通量。这是第一个考虑到胶体相互作用的模型，但是该模型只适用于终端超滤过程。通过与实测数据比较，该模型可以很好的预测实验结果。为了将该模型应用于错流过程，Bacchin等人将胶体之间作用力转变为对扩散系数的影响，在管式膜器的基础上推出了一个适用于错流超滤情况的模型，计算结果表明可以和实验数据符合很好。在该模型推导过程中提出了一个判断在膜表面形成凝胶层和浓差极化层的标准。2100433B

陶瓷膜错流过滤除菌装置，包括：料液输送机构、循环过滤回路、排放回路和主控装置。

陶瓷膜错流过滤除菌装置，该装置包括：料液输送机构、循环过滤回路、排放回路和主控装置，主控装置控制料液输送机构将料液输送到循环过滤回路进行过滤，同时控制料液过滤后的残留物经排放回路排出；其中，所述循环过滤回路中设置有过滤膜壳，该过滤膜壳上安装有若干陶瓷膜。本实用新型采用陶瓷膜错流过滤结构，可在常温状态下对牛奶、果汁、饮料等粘质流体进行过滤除菌与澄清，确保其风味和营养不受破坏；采用反冲洗装置，还起到了防止颗粒物质或大分子胶体物质对膜孔的堵塞，可最大限度地恢复膜通量，此外，本实用新型通过PC单板机可对操作参数进行实时调整，从而实现了程序的控制。2100433B

超滤膜被大量用于水处理工程。超滤技术在反渗透预处理、饮用水处理、中水回用等领域发挥着越来越重要的作用。超滤技术在酒类和饮料的除菌与除浊，药品的除热原以及食品及制药物浓缩过程中均起到关键作用。

超滤过滤孔径和截留分子量的范围一直以来定义较为模糊，一般认为超滤膜的过滤孔径为0.001-0.1微米，截留分子量(Molecular weigh cut-off, MWCO)为1,000-1,000,000 Dalton。严格意义上来说超滤膜的过滤孔径为0.001-0.01微米，截留分子量为1,000-300,000 Dalton。若过滤孔径大于0.01微米，或截留分子量大于300,000 Dalton的微孔膜就应该定义为微滤膜或精滤膜。

一般用于水处理的超滤膜标称截留分子量为30,000-300,000 Dalton，而截留分子量为6,000-30,000 Dalton 的超滤膜大多用于物料的分离、浓缩、除菌和除热源等领域。

超滤膜的形式可以分为板式和管式两种。管式超滤膜根据其管径的不同又分为中空纤维、毛细管和管式。市场上用于水处理的超滤膜基本上以毛细管式为主，个别工程中使用的中空纤维(内径0.1-0.5mm)聚乙烯或聚丙烯微孔膜实际上应属于微滤膜。

将超滤膜丝组合成可与超滤系统连接的组件称为超滤膜组件。超滤膜组件分为内压式、外压式和浸没式三种。其中浸没式超滤膜过滤的推动力是膜管内部的真空与大气压之间的压力差。对于过滤精度要求较高的超滤膜，这一压力差通常不易满足所需过滤推动力的要求，因此浸没式的组件形式比较适合于过滤精度较低的超滤膜或微滤膜。外压式超滤在正冲与反冲时，膜表面液体的流速极不均匀，影响膜表面的冲洗效果，因此常用于水处理的超滤膜还是内压式组件结构较具有优势。