发酵下游技术之膜分离

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膜分离技术的最大特点就是纯天然性，因为具有加工温度不高、无毒、无害、无残留、无污染、分离效率高等特点，尤其适用于天然营养素的提取、分离和精制。人们追求食品天然、安全、营养、有效，但传统的加工过程中不可避免地受到高温的作用，或添加一些有机物作为溶剂以及添加一些化学制剂进行化学处理，致使热敏性的营养素受到破坏或残留有害化学物质，使其经过加工后往往失去天然性。因此，膜分离技术改进天然产物的提取和加工方法是保证天然制品品质极其重要的环节。
    膜分离技术在食品加工中的应用不仅改革了传统加工工艺，简化操作，降低成本，而且提高了产品质量，增加了产品的品种。目前，膜分离技术已广泛应用于果蔬汁加工业、乳制品加工业、粮油加工业、酿造工业、制糖工业、酶制剂以及食品加工废弃物的综合利用等多方面。
    膜分离技术在果蔬汁方面主要应用于果蔬汁的澄清（微滤和超滤）和浓缩（反渗透），可有效地简化工艺，提高果蔬汁产量和质量，降低成本。在乳制品加工中，采用反渗透技术可将全脂乳浓缩5倍，脱脂乳浓缩7倍以上，提高了抗腐败性，减少了运费，用它来制造干酪比用鲜乳增加20%的蛋白质，质量很高，浓缩时排出的废液是很好的饲料添加剂；用超滤和反渗透技术回收废水中的乳清蛋白，经济效益十分显著，同时保护了环境；鲜奶用超滤技术浓缩乳清蛋白，成为高蛋白、低乳糖奶制品，从而适用于老人、小孩和病人等特殊消费群体；纳滤技术用于乳清脱盐、分离提取乳中活性因子等，均有显著的经济效益。在粮油加工中，超滤技术用于谷物油脂的精炼以及谷物蛋白的分离、大豆乳清中功能性成分的分离，同时脱除水苏三糖和棉籽糖等一些抗营养成分，制得高品质的大豆粉，用于制作大豆汤料、饮料及增稠剂等；在酿造工业中，超滤技术有效地除去酱油、醋等调味料中的细菌、大分子有机物、悬浮颗粒杂质及部分有毒有害物质，保留原有盐分、氨基酸、总酸度、还原糖等有效成分；超滤技术在果酒的澄清，低度白酒、保健酒的沉淀与混浊以及生啤酒的除酵母等方面都有非常好的表现。制糖工业中微滤或超滤技术结合电渗析、纳滤和反渗透技术，以其节能、高效、工艺简单和易于操作等优点而逐步取代传统的分离工艺，截留物可同废渣一起作蛋白饲料，所以无污泥排放。酶制剂工业用超滤技术浓缩酶制剂，与常规蒸发浓缩法相比，不仅节能，而且由于操作温度低，可降低酶的失活程度，提高酶的回收率；与盐析法和沉淀法比较，采用膜技术可节省盐析剂和沉淀剂。在食品加工废弃物处理中，膜技术处理大豆乳清废水回收乳清蛋白、异黄酮、低聚糖等有效成分，从血清中回收无菌化的血清蛋白，从牛皮、猪皮、兽骨中提取浓缩动物胶，处理水产品(鱼、蟹、贝等) 加工后含有机物的废水，回收有用物质，不仅提高了经济效益，还为企业解决了由此造成的环保问题。软饮料加工中，采用纳滤、反渗透技术替代离子交换制水的传统工艺，对降低生产成本、保证水质、简化操作、减少环境污染等都十分有利；超滤和反渗透技术在茶饮料以及其他软饮料的加工中浓缩和澄清已实现工业化应用。在食品添加剂方面，应用超滤来提纯、浓缩明胶、黄原胶等食用胶，对于提高产品质量、降低成本都具有决定性作用。
    膜分离技术在食品加工中的应用将显示出其广阔的发展前景。

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膜分离技术是现代分子级的高新分离技术，膜分离技术的发展和在各个行业的应用，与传统分离技术互补，解决了许多传统技术无法克服的技术难题，使得许多行业提取分离技术得以大幅度提高，推动了行业的发展，已成为现代化工分离单元中重要的一员。
    随着膜分离技术的普及和应用领域的拓展，许多即将应用的企业仍然感到迷茫，以采用传统分离技术的思维来考虑膜分离技术的应用；而大多数从事膜分离技术推广的工程公司是从事膜系统制取纯净水的技术进入这个行业的，面对广泛而复杂的待分离物料照搬制水技术显得技术不足，不能全面、有效和合理地发挥膜分离技术的真正能力；加之应用企业一味地压价和推广企业面对竞争为获得订单而采取的让步，从而使许多应用项目投入不足，运行中问题层出不穷，伤害了应用企业投资的信心和膜分离技术行业的正常发展。
    每一项技术都有它的优势和局限性，膜分离技术也不例外，为使广大应用企业和提供技术系统的企业能够正确、合理地推广和应用膜分离技术系统，需要科学地面对技术的可靠和经济的效益，从而最大限度地降低投资风险。
    膜分离技术是一个快速发展的新兴的分离单元技术。因此，这一技术的理论基础是薄弱的，很多方面还不成熟，行业内的理论专家们作了许多努力去规范一些产品、技术工艺等，但还没等规范出台，创新的产品和技术工艺已取代了原有的产品和技术工艺；更何况应用企业内膜分离的应用工艺被视为行业内的核心竞争力技术加以保密，从而使许多先进的技术工艺不能进行快速推广，理论专家们也很难获得最新的行业技术动向。
    技术的不断更新使膜科技公司只能针对性地对某个问题提供个性的方案，从而使方案的成本居高不下；而用户为压低方案投资，要求膜科技公司提供方案中的配件组成及品牌，成本的透明化使技术的价值得不到体现，使项目投入不足，服务很难到位，最终两败俱伤。而行业的不断发展总是在不断积淀已成熟的部分技术，这就有可能使某些膜、膜组件、膜分离系统和技术工艺单元标准化，如国内外许多卷式膜供应商、折叠微滤膜芯生产商、中空纤维膜组件生产商、厦门迈纳德的平板膜、温州维思尔的卷式膜分离系统、厦门征成的膜专用清洗剂等，都在积累了丰富的工程应用技术经验的基础上进行产品、技术的标准化、系列化，从而形成批量生产和推广，在保持高性能的基础上大幅度地降低了成本。
    因此，正确的思路是用户要充分考虑自身的投入产出比，比如投资回收期和运行费用在能够接受的前提下提高自己产业链的附加值，在此基础上可以聘请膜分离技术行业内经验丰富的人作为项目顾问进行把关，降低技术风险，寻找技术成熟可靠的膜或膜组件、膜分离系统、膜清洗剂和工艺方案，进行组合，突破技术瓶颈，从而实现投资效益的最大化，正确和快速地享用膜分离这一高新技术给企业带来的好处；也可按相关思路逐步推进，稳妥地实现膜分离技术的应用。
    选型思路是当确定了待分离物料，按思路粗略地确定了技术应用的方向，即可与膜科技公司共同对该物料进行小试或中试实验，取得工程设计参数，正确地选用膜分离系统和技术工艺，由粗至精地实现技术目标。
    小试和中试实验是整个技术决策的关键环节，从中可以考验膜科技公司掌握膜分离技术的水平和工程应用能力。要从实验中找到膜分离工程应用技术和经济兼顾的区域，一味地追求过高的分离浓缩比和截留率，都将使投资该技术风险提高、经济性变差，运行成本升高。因此，客观地追求应用膜分离技术的期望，是成功投资的前提。
    本文若能给您的选型决策和提高企业的效益带来一丝帮助，将是我们共同的愿望。

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在膜分离技术应用中，首先需要对膜进行选择，膜的选择就是针对被分离料液的理化特性和分离工艺要求进行选择。包括针对膜材料的化学特性和针对分离工艺要求的分离精度和通量；在膜的选择中还要关注料液经过物理化学调整后的特性，这样才能选择到技术经济性兼顾的膜。在膜的选择中，还存在许多认识上的误区，最重要的就是对膜寿命的关注。
    许多用户会关心他们采用膜的寿命，由于这个问题比较复杂，马上进行答复会使用户感到茫然，毕竟用户不是研究膜分离技术的。所以，首先告诉用户一个确定的但认为不可能的答案：即一秒。就是在一秒之内完全可能由某个尖锐的硬物划破膜面而使膜报废，在引起用户兴趣的情况下再用通俗的语言进行交流，使用户了解膜寿命的真正含义。
    膜寿命是指在物料的理化指标和工艺条件都在膜的承受范围内，膜的性能随着使用时间由初始下降到不能满足生产工艺要求的时间段，这是正常的时间寿命；用户往往关心的也是这个寿命，称为绝对寿命。而膜在这个时间段所做的贡献量，即透过的体积来衡量，这是正常的贡献寿命，被称为相对寿命。两者的衡量标准不同，用户需要关心贡献寿命才具有实际的意义。在膜的寿命周期内，有许多影响寿命的因素，尤其是工艺条件的影响，如负荷过重、膜组件堵塞、错流流量不足等等，而压力、温度等有利于膜贡献寿命的参数又提供不足，都使膜寿命受到很大的影响；还有很多应用中膜的绝对和相对寿命都很长，其中有些是依靠其他技术的过分投入而达到的，比如过度的预处理使负荷偏低，在整个大系统上技术经济性并不好，这样的膜寿命也不是我们所推崇的。因此，膜科技公司提供的膜分离工艺和用户严格按工艺要求使用和维护是实现正常膜寿命和延长膜寿命的关键。用户一味地要求膜供应商超出合理范围的保质期只能是欺骗自己。
    膜和膜组件供应商一般都会提供产品的性能参数表，一般包括型号、型式、性能、测试条件、操作条件和其他信息等，在操作条件中的化学信息提供了酸碱耐受度和余氯耐受度，基本上可以覆盖常规的化学特性，当分析待分离料液中特殊的化学物质对膜的影响时，需要咨询膜供应商工程师进行确认。
    膜材料确定后就要根据待分离料液的理化特性选择膜组件，各种型式的膜组件都有其适合的应用范围，但也有其交叉区域，尤其是当预处理工艺不同就会导致膜组件选型的不同，如染料的脱盐浓度，若预处理能够使准备脱盐浓缩的染料溶液达到真溶液的水平，就可以用卷式膜进行脱盐浓缩，而不用选择管式膜，虽然采用卷式膜增加了预处理的投资和技术要求，但卷式膜系统的投资比管式膜系统有很大的下降。企业的技术管理水平也影响着膜组件的选型，如操作工艺管理比较粗放，就要选择流道比较宽的膜组件，以保证系统的安全性，它是以提高投资成本为代价的。
    膜和膜组件能够定型和批量生产才能有合理的投资成本。因此，用户不能单方面地要求膜去适应料液，这样只能大幅度地提高投资成本，或者采用专用膜，或者进行特殊订制，或者干脆找不到解决方案而错失良机。因此要全面考虑料液的特性、膜及其组件的特点、合理的膜寿命、前处理工艺、膜分离工艺和后处理工艺，才能满足性价比高的膜和膜组件。有了合理的膜及其膜组件，才能围绕组件，结合各配套装置的特性，根据膜分离的工艺特点，去设计计算高性价比的膜分离系统。

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膜系统的设计分为根据工艺的针对性设计和根据膜组件与其它相关装置最佳组合的标准化设计。
    根据工艺的针对性设计是目前膜科技公司普遍采用的方法，它是根据工艺的中试结果为设计依据，确定膜系统的循环流量、压力等参数，继而再进行泵、管径等装置的选型，其优点是针对性强，各装置能以最低材料成本配置；缺点是当工艺负荷变动时适应性差，设计、管理成本高。
    根据膜组件与其它相关装置最佳组合的标准化设计，是按照膜组件和泵、管道等各装置最佳性能综合后的设计，使膜系统的综合性能达到最佳输出，由于采用标准化、系列化设计，形成了膜系统不同规格性能的平台，当应用工艺参数确定后，即可在该平台的系列中找到相应规格的膜系统，就像选择电动机功率那样，当计算需要2千瓦的功率时，针对标准就会选择2.2千瓦的标准规格，若要电动机生产厂专门订制功率为2千瓦的电动机，由于属于非标准产品，其价格就远远高于功率为2.2千瓦的电动机了。因此，表面上看在工艺工程应用中系统性能有所富余，使投资成本略有上升，但采用标准化、系列化设计，使设计、管理成本大幅下降，从而使整体系统成本更低，性价比更高。
    二种设计思路的区别表现在一是工艺调试中前者以工艺指标为主要目标；后者是以膜系统在工艺中应表现的最佳输出为主要目标，因此常常会超出工艺设计值，这是系统进行标准化配置使系统性能有富余所表现出来的。二是前者以技术作为销售点，后者是以产品作为销售点，这也是价格差距的原因之一。
    在实际膜分离应用工艺中，一定时期或批次的被分离料液物理化学性能有一定的波动，膜分离过程中不论是批次式分离工艺还是连续式分离工艺，料液在膜系统内的负荷也是变化的，如生物化工、废水处理、食品饮料等行业均是如此。若根据工艺的针对性设计包容了高负荷的工艺部分，那么这种设计与根据膜组件与其它相关装置最佳组合的标准化设计没有本质的区别了，而这时它不是建立在标准化和系列化的设计平台上，从而使产品成本更高。
    根据膜组件与其它相关装置最佳组合的标准化设计是膜行业发展到一定阶段的必然产物，它将使应用成本大幅度下降，从而在应用市场上迅速推广普及。在07年北京膜专业展会上，温州维思尔以专业膜系统制造商的身份出现，是国内第一家将卷式膜系统和陶瓷膜系统集成作为标准化系列化产品推出，其产品样本也是以选型手册的形式编制，和膜组件制造商一起，给膜科技公司和用户提供了一个很好的应用平台，膜科技公司根据应用工艺的需求，通过不同的组合即可得到一个高性能低价格的集成膜系统；从此也为专注于应用工艺的开发和推广创造了条件，这是膜行业发展的又一个里程碑。

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看到很多膜系统在用户那里半死不活地在运行，甚是感到心痛，虽然原因是多方面的，有工艺配置方面的，有工程水平方面的，有操作维护方面的，也有管理水平方面的等等，但膜组件选型是其中的重要原因之一。
    膜组件是膜系统的核心，当确定了膜的形式以后，并非选择标准的膜组件就是最佳的。因为有以下几点因素会影响设计参数，从而影响膜组件的选择。其一就是用户为尽可能地减少投资和提高参数（浓缩比、截留率和平均通量等等），为保证利润率，膜科技公司在选择规模时将设计裕量放的很小，使指标的安全系数低；注重对膜组件性能和价格的选择，而忽视（或根本不懂得）对膜组件型式中细节的选择；其二是用户不懂得膜分离技术应用的特点，而且不在自己操作员工的培训方面下功夫，过分依赖膜科技公司的软硬件服务，加之规范管理方面粗放，从而在膜分离工艺的各个环节不能够确保指标环环相扣，膜组件即使按设计时选型正确，由于工艺参数的改变，就会产生流道堵塞、抗污染能力不足等现象，导致整个系统效率低下，甚至瘫痪。
    卷式膜组件是目前应用最广的型式，最早是针对海水淡化、去离子纯净水制造而开发的。在许多膜组件生产商提供的组件性能参数和设计选型应用软件中可以看出，卷式膜组件对进水要求具有极其严格的指标，通常是通过砂滤、活性炭、微米级精密过滤层层把关，可以认为进水悬浮物等忽略不计，其进水已达到真溶液（完全溶解的溶液）的水平，设计中重点考虑在分离中水中溶解的无机盐浓度增加所造成的参数变化带来的影响。如高价离子的结晶析出对膜组件造成结垢污染、总盐量的增加导致渗透压升高带来通量的下降和产水含盐量增加超过设计指标等，组件流道设计虽然还是错流原理，但此时对流速的要求已经很宽；因此，膜组件生产商为了提高膜组件的性价比，尽可能地提高组件的膜面积和流道长度，将进料侧的流道设计的很窄，其隔网采用菱形结构，使水流以螺旋状在组件内流动，从而延长了流道。但是在现实应用中，由于进水指标波动较大、预处理设计指标不足、加上操作不当，往往难以保证进水满足真溶液的要求，此时就会在膜组件的长期运行中积累固形物（并非结垢产生的固形物），使膜组件污染，性能下降。
    抗污染膜及其组件是当前行业内津津乐道的话题，在与膜生产商、代理商和膜科技公司的相关技术人员交流中，发现不免有商业的味道。如抗污染膜的皮层表面更光滑、膜材料内加入了某些抗污染化学因子等等，借口商业机密，原理不便细说，膜生产商、代理商、科技公司层层故弄悬虚，使用户迷迷糊糊地选择了他们的膜组件。和当今的化妆品内因子之多，表演之真（电视上比比皆是，其实都是假的）极其相似。细细分析，其实谎言不难攻破，就说膜生产商能够生产膜面更光滑的膜，为什么还要生产膜面粗糙的膜？如果在膜材料中加入了抗污染因子，完全可以另外编一个型号（因为膜材料已经不同）。
    其实膜生产商已经跟据分离对象的不同，将纯净水制造做为一个体系，行业内简称水膜，而将其他被分离对象做为另一个体系，行业内称为工业膜。在除水之外的工业分离中，因水中的悬浮物、溶解性物质成分复杂，分离指标特殊，在膜组件的内部结构设计中已考虑了这一物性，如将菱形网格设计成矩形网格，增大进水侧流道宽度，改善了湍流条件和固形物的迁移状况，从而使抗污染能力大大提高。因此，即使在膜系统应用于纯净水生产中，根据进水条件和操作维护、管理水平等综合因素，考虑选择工业膜也是有必要的，这样会使膜组件的安全系数更高，从而使综合经济性更好。在污水处理等其他领域更要注重每一个细节，正确地选择膜组件。

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有一次南方泵的区域销售经理跟我联系，了解我对他们产品的意见，我告诉他，从开始应用他们的泵已有二年时间了，还没有出现泵的质量问题。他很开心但也很诚恳地跟我讲，有些工程公司和用户在使用中经常出现一些问题。究其原因，有些是输送的料液问题，有些是参数设置问题，也有操作维护问题，当然产品质量问题也是有的，但更重要的是在应用设计中就已存在先天不足，所以他们公司对此规定了严格的客户服务程序，弥补产品质量问题和指导用户正确地应用他们的产品，实现与客户共赢的良好愿望。
    在交流中我告诉他，泵有其自身的性能指标和特点，许多选型应用的技术人员对泵的性能和特点不是十分的了解（这不是他的专业），加之在设计中受到成本、空间、流量扬程等参数指标、进出口管径、输送料液特性、启动方式等经济技术的限制因素。因此，使泵在一个处于边界条件下的工作环境，这样首先会带来泵的工作效率低下，而且还会使泵的可靠性下降，从而出现泵的密封泄漏、叶轮磨损、气蚀损坏等现象。所以泵的制造商加强对应用企业的技术人员培训服务是非常重要的，这样可以从源头上改善泵的应用环境，从而使泵能够按照自身的性能参数输出，保持长久的可靠性。
    泵在膜系统中起着提供流量和压力的作用，从泵的本身来讲，泵的选型手册中已有详细的参数指标和配置要求，结合膜系统的特点，要使泵与膜组件形成最佳的配置组合，才能使膜组件更好地工作。因此，了解膜组件对料液流动和压力变动的要求就非常必要。卷式膜组件和中空纤维膜组件对料液含固量的要求远高于泵的要求，平板膜组件和管式膜组件对料液含固量的要求就低的多。在常规压力下，离心泵的效率是最高的，能够形成连续的波动很小的稳定流量，这也是离心泵应用最广的原因之一；离心泵根据输送料液的特性设计出开式叶轮、半开式叶轮和封闭式叶轮，其中封闭式叶轮效率最高，卷式膜组件和中空纤维膜组件宜选用封闭式叶轮的泵，而平板膜组件和管式膜组件配套的泵就要根据实际被分离的料液特性针对性选择，在能够满足泵性能的前提下尽可能选择高效率的泵。
    在泵的管道连接设计中，泵的入口能力是薄弱的，在设计中要尽可能地减少入口的阻力，改善入口流动状态，防止影响泵的输出效率，而在出口与膜组件之间的管道设计中，也应该尽可能地简捷，使阻力最小，从而最多地将动能输送给膜组件。
    不论是何种膜组件都要避免冲击负荷。而泵的起动和停止对泵的寿命和可靠性也产生影响，当小流量和低压时这种影响较小，高压或大流量（或并存）时影响就比较明显，因此，对泵进行软起动和停止是必要的，可采取设置旁通（属硬起动，但保护了膜组件和缓冲了泵的负荷）、软起动控制器或变频控制（并有节能效果）加以改善，满足膜组件和泵的共同要求。
    一个有着完善的质量管理体系的泵制造商，其产品本身的质量是能够保证的，当用户又能使泵应用于正确合理的使用环境，泵就能够长期高效地保持稳定输出，成为一颗健康的膜系统的心脏。

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我们面对要分离的料液都具有一定处理量的规模，需要许多的膜组件进行组合，膜组件工艺组合的合理程度影响着膜系统的能力，也为工程工艺确定了基本的操作参数。
    在从事膜工艺工程的经历中，遇到许多膜科技公司因不懂膜组件工艺组合的特点，在应用中遇到了许多问题，如能力与中试结果差距很大，膜通量衰减快甚至堵塞。这时膜科技公司往往将注意力集中到分析料液特性，操作参数和清洗方面，从而使问题得不到根本的解决，陷于被动的恶性循环当中。
    每支膜组件在设计上都有确定的设计循环流量，循环流量是膜系统的主要运行能耗之一，也影响膜系统的投资，在膜组件的工艺组合中为减少运行能耗和降低系统成本，设计者一般在允许的条件下尽可能多地采取串联的形式，在纯净水生产工艺中，膜组件可达到6支串联，有的甚至达到8支串联，从而使单位运行能耗尽可能地降到最低。在工业系统中由于料液组分复杂，浓缩倍数等工艺参数要求更高，膜组件的串联受到一定的限制。
    膜组件生产商提供的技术参数中有最大流量和进出口最高压差二个指标，当液体流动的通道截面积一定，流量的增加就会引起压差的增加，在通道中又由于一部分液体透过膜，从而使压差更大，压差超过一定限度就会使膜组件内外尺寸错位而损坏。这二个指标给膜组件的工艺组合提供了设计参数的范围，在组件进口压力确定的情况下，随着膜组件串联的数量递增，后段的进口压力降低，而随着料液被逐级分离，后段膜组件的流量减少，负荷增加，从而使透过量减少。因此，在中试过程中要考虑到工业系统的这一特性，考虑到组件最低进口压力和流量时的技术经济性，这也就限定了膜组件串联的级数。
    当串联级数确定后，就要考虑膜组件并联的方式，在很多专业资料中介绍了各种不同的并联方式，如并联联接法、塔式连接法、平行联接法、多级装置联接法（不带再循环和带再循环）等。并联联接法是最基本和常用的联接法，如纯净水生产中12支膜组件按照6串2并排列，18支膜组件按照6串3并排列，污水分离中12支膜组件按照4串3并等等；塔式联接法在工业分离的中小规模膜分离系统中比较常见，如18支膜组件按照2串5并，再和2串4并进行串联，在超滤和微滤系统设计中更加常用，这是因为单个组件通量大，因此压降也相应较大，后级进料流量缺失严重，塔式联接法很好地解决了后级进料流量不足的问题，而短流程串联又使得透过液顺利流出；平行联接法在大系统设计中是最常用的方式，包括连续式分离工艺，每一个串并联膜堆平行联接，使各个膜堆中的膜组件负荷比较平衡，而在总的工程工艺中能够连续平稳输出透过液和浓缩液。多级装置联接法很好地解决了连续分离的问题，对于多级浓缩或提纯非常有利。
    在不同的并联组合中流量分配的计算方法也各自不同，并联联接法比较简单，计算几个并联进口流量的总和即可；塔式连接法要逐级倒算，最后一级以前的透过液流量也要计算在内，以满足某一级最大流量不超过膜生产商提供的指标要求，而某一级的流量又能满足错流所需要的最小流量指标；平行联接法在每个膜堆之间均可实现液体流动自平衡，因此主要计算和控制进料量与浓缩液和透过液之间的总量平衡；多级装置联接法要计算各级的平衡和缓冲，又能满足组件的进料流量。
    满足了膜组件工艺组合后流量的合理分配和压降的大小，就能使组合达到最佳的输出，这是膜系统综合能力的核心。

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我在《红花与绿叶----膜系统》一文中讲到了膜系统的组成，以及围绕着膜组件，其他装置的作用并通过管道服务于膜组件，那么如何满足文中“恰到好处地为膜组件提供最佳的技术参数”，就是膜系统设计的关键所在，而在设计中还要考虑系统的经济性，因为考察膜系统的指标不仅仅是技术性的，还有经济性指标，即性价比。
    膜系统根据规模的大小和分离物料的特性就有了《膜组件的工艺组合》，而《泵----膜系统的心脏》一文阐明了泵与组件的关系，即泵的入口和出口设计均要满足阻力最小的原则，这样即满足了泵输出的高效和膜组件输入的高效，满足膜组件最大的输出能力，在经济上也符合运行成本的最低。在用户投资膜系统的技术经济计算中，运行费用中膜寿命和泵的能耗占据绝大部分成本，远远高于人工、清洗和维护等费用。
    有了上述的设计原则，还要考虑操作维护的方便性。膜组件的工作环境是需要提供一定的进出口压差以克服各种阻力，因此在膜组件出口处设计调节阀控制压力，该调节阀即为出口设置了很大的阻力，因此在出口管道及配置上就可以充分考虑设计的布置来有利于操作维护的方便性，所形成的阻力还有利于分散调节阀的负荷。
    围绕着被分离物料的分离工艺按照上述原则进行设计，就能够提供性能很好的膜系统。由于是针对性地提供解决方案，设计、采购等管理成本较高，从而带来企业管理成本的升高，其经济性不一定很好，尤其是规模较大，业务量较多的膜科技工程公司，本应在采购上能够形成批量，使成本成为竞争的优势，但因为是针对性设计，使采购分解成了许多小批量重复采购，反而将优势转为了劣势。
    在膜系统及应用工艺中有许多共性的东西，可以把它提炼出来形成标准化和系列化，如工艺负荷影响《膜组件的工艺组合》、操作压力影响《泵----膜系统的心脏》的配置，《红花与绿叶----膜系统》中的基本配置是任何膜系统不可缺少的组成。将这些共性的和规律性的元素提炼出来，就能够形成膜系统的标准化和系列化设计，从而大大降低了管理成本。温州维思尔采用这样的理念将膜系统按应用压力的不同，对应超滤、反渗透和工业分离的纳滤压力特点，结合泵的优化特性将卷式膜系统设计成10、15、25三种压力，根据工艺负荷大小形成短流程和长流程不同配置，从而形成了标准化和系列化平台，在实际应用中根据用户的要求还可以穿插组合，从而又能迅速满足针对性设计的技术优势。由于设计成本大幅度下降，在成本核算中已经忽略不计了，使膜系统性价比得以最大的体现。

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经历了许许多多的膜分离应用工程，小的只有二支4040规格的卷式膜组件组成的工程，大的达到几百支8040规格的卷式膜组件组成的工程，上千平方米的平板膜系统，从微滤到超滤到纳滤到反渗透的逐级组合，实现不同的分离目标和平衡各级分离的负荷。应用目标从纯净水、电镀废水提取贵重金属和水的回用、印染废水分离回用、饮料澄清、牛奶蛋白分离、血清蛋白分离提取超氧化歧化酶、天然色素、牛磺酸的提取、生物发酵液中药用成分的提取等等。
    膜分离技术不断被市场认可的优越性和广泛应用，也使得膜分离科技公司如雨后春笋般地发展起来，膜分离技术的应用在各个行业迅速展开，国家的科技进步和环保政策也给膜分离技术的推广应用带来了大好的机遇，使得这几年膜分离行业得以蓬勃发展。
    膜分离技术与其他技术有一个特殊的区别，就是在理论上还没有定论的情况下实践已迅速铺开，由于理论上尚处于研究探讨阶段使得高等院校无法把它作为一个专业系统地培养技术人才，这就造成行业人才的馈乏，使得实践中膜分离工程应用的水平参差不齐，很多工程效率低下，有的根本不能满足设计指标。看过许多膜科技公司都是靠老板的营销能力在开展业务，用传统分离的思路进行技术设计。我的一个同行曾经感叹道：“怎么技术越不行的公司越能拿到订单啊！”这也许恰恰是会拳的不如乱抓的，乱抓的不如拚命的。因为不懂所以敢接啊。也曾经看到同行给我一份关于膜分离应用石化行业污水处理的行业调查报告，结论是没有一家完全达到设计指标，这其中也有许多颇具实力的科技公司所做的工程。
    膜分离应用的工程设计，在前面《膜工程的灵魂----平衡中的人性化》讲到了安装与调试的一些要求，这就是对工程设计的要求。因此，工程设计是指导和实现工程安装和调试的基础。膜分离应用的工程设计分为膜分离系统作为一个独立的单元嵌入于整个大系统中和整体工艺统筹考虑平衡的方法。膜分离系统作为一个独立的单元嵌入于整个大系统中，这是目前普遍的做法；这样做的好处是在现有生产工艺的升级改造中不用对原系统进行大的改造，速度快，投入少。缺点是整体工艺效率还有一定提高的空间。而做为整体工艺统筹考虑平衡的方法，体现在应用企业新上项目和膜科技公司承揽的交钥匙工程，这样的好处是使各个处理单元相互兼顾，各单元之间的联接简捷、合理，从而使运行成本降低，整体效率高。但许多企业即使有新上项目或完整工艺工程的机会，依然是按照第一种设计思路进行设计，这是十分可惜的。
    在工程设计中会受到种种客观的制约因素，如场地和空间的限制，工艺流程和操作方便性的矛盾，领导主观意识的影响等等。如何把握好各种因素的平衡，使工程设计能够指导和满足工程安装与调试达到工艺的目标，就要把握好原则与灵活，充分认识到工程设计是为分离工艺服务的，影响分离工艺的因素都应该为分离工艺让步，使各单元互相补充而不是相互制约，这是原则；在满足分离工艺的基础上兼顾其他因素的合理与优化，如各单元和管线的布置，操作维护的合理性等等，这样就能使工程设计成为工程安装和调试的坚实基础。

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膜分离技术的应用一般都需要进行中试，以确定工程设计时需要的参数，所以中试是技术开展的第一步工作，通过中试取得的技术参数准确与否，直接影响工程应用中的技术可靠性和经济合理性，所以在中试这个环节中要十分细致地抓到今后工程设计需要的每一个准确的参数和过程的表现（这种表现有时比参数来的更加重要）。
    用户现场的中试其实有二种内涵，一是实实在在的技术工作，二是商业展示工作。作为用户一般是不懂得膜分离技术的，它只是看膜的表现，注重结果，由于现场中试，其过程全部展现在用户面前。“试”，就意味着过程有反复，有失败，在反复失败中去寻找成功的技术参数，而反复和失败会大大影响用户的心理预期，在商务上是绝对不能允许出现的。
    膜工程公司一般在新进人员的第一份工作就是参与中试工作，通过大量的中试工作逐步进入这个行业，由于没有经验，从而大大增加了技术的风险性和商务展示的效果，有的在现场中试后用户就没了音讯，有的上了工程，从此就进入了无边的合同纠纷当中。因此，对待中试工作，我们需要从管理上、技术上、人员上等各个方面把它重视起来，从而最大限度地避免中试过程中带来的不确定的消极因素。
    中试工作是为了工程设计和经济计算服务的，它的目标是明确的，这就为编写中试方案确定了框架，偏离了工程设计和经济计算的可行性，中试就没有了商业价值。中试方案是指导中试过程的纲领性文件，有了一个完整的中试方案，就能够最大限度地减少中试过程中的盲目性，在理论上就最大限度地减少反复和失败的可能，因此，要十分重视中试方案这个环节，方案必须要有懂得工程设计和经济核算的人把关，为中试打下良好的基础。
    由于中试过程中试验料液量的限制，出现的技术参数和过程表现是不易把握的，如果出现偏差或漏项，就会给今后的工程放大和工程工艺带来隐患，因此，要十分细致地开展中试过程，不放过任何在过程中出现的参数变化和过程表现，并进行分析和解决，只有这样才能是一个有效的中试，给工程设计和经济核算带来正确的结果。
    在中试物料分离过程中，随着透过液不断被取出，循环的浓缩液浓度越来越高，温度也越来越高，有时甚至带来进膜压力的升高，出膜压力的升高或降低，而膜的透过液通量持续下降，质量也不断地变化，这些过程变化都有一定的表现。在这些相关参数不断变化的过程中，要找到工程设计需要的值是不容易的，要求对工程运行需要的参数和表现十分清楚，才能够正确地确定取得参数的方法和规律。比如，我们总是从透过液口和循环罐中同时取样，检测滤液质量和浓缩液指标(代表膜组件承受的负荷)，而实际上从浓缩液口排出的浓缩液指标远远高于循环罐中的负荷，由于浓缩液管口为防止空气带入，一般是在循环罐的液面以下，不易取样，从而带来取样的缺陷，导致计算结果的错误。在透过液通量计算上，我们也经常采用平均通量这个概念，而在大规模工程应用上是不存在的，膜组件的负荷总是在高于(甚至远远高于) 进料液指标的情况下表现出来的通量，这时的通量总是小于平均通量。在中试过程中，影响通量的因素是浓度和污染双重因素，而工程上，由于连续进料，浓度的影响极小，甚至可以忽略不计，而长期运行是工程的特点，长期运行意味着膜承受着长期的污染，会导致通量的缓慢下降并达到平衡，因此，中试过程寻找这一参数才能给工程设计提供正确的数据。