甘蔗清汁、糖浆：工业级，广东省翁源县糖厂； 高强度烧结管式膜1（Al₂O₃/PVDF 材质）：F3-1 型， 膜组件长度1 m，内径25 mm，外径33 mm，过滤 孔径0.30μm，膜面积0.07 m2，机械强度＞40 MPa，

广州洁圣膜技术有限公司产品；高强度烧结管式膜2（Al₂O₃/PVDF 材质材质）：C-1 型，膜组件长度1 m， 内径25 mm，外径33 mm，过滤孔径0.2μm，膜面 积0.07 m2，机械强度＞40 MPa，广州洁圣膜技术有 限公司；UV-2450 型紫外分光光度计：HIMAD-ZU 公司；SJ-3F 型pH 计：北京中西远大科技有限公司； 阿贝折光仪：上海精密仪器有限公司；糖检旋光仪： 上海申光仪器有限公司。

膜的通量指的是在一定的工作压力下单位膜面 积和单位时间内能透过膜的液体或气体体积，本文 使用纯水介质时工作压力为0.1～0.25 MPa，料液温 度范围为55～80℃，测定公式为：

其中：J——膜的通量，单位L·m^-2·h^-1； V———定时间内透过膜的液体体积（L）；S——膜 的有效面积（m2）；t——超滤时间（h）。 甘蔗清汁膜通量的测定都是在通量稳定后（一般 先通半小时左右稳定流量），然后进行测定。

通过测定过滤前后糖浆和清汁的色值，然后通 过以下公式得出色值脱除率： 色值脱除率=（色值过滤前－色值过滤后）/色值过滤前

通过测定过滤前后糖浆和清汁的浊度，然后通 过以下公式得出浊度去除率：

浊度去除率=（浊度过滤前－浊度过滤后）/浊度过滤前

本文选取了2 种型号的高强度烧结管式膜，分 别为F3-1 型和C-1 型。通过分析2 种膜设备在不同 温度和压力下的热水膜通量以及糖浆通量，以甄选 出通量大、效率高的膜设备。表1 为2 种不同型号 的高强度烧结管式膜在不同温度和压力下的热水通 量。从图1 中可以看出：对于F3-1 型管式膜，在温 度不变的情况下，膜通量是随着压力的增大而不断 增大的，从0.05 MPa 下的4290 L·m^-2·h^-1 增加到 0.1 MPa 下的8570 L·m^-2·h^-1，增幅达到100%； 这是因为压力越大，膜表面的沉积阻力和浓差极化 阻力越少，因而过滤的阻力也会越小，于是通量变 大。对于C-1 型管式膜，在压力不变的情况下，膜 通量随着温度的升高而增加， 从55 ℃ 的906 L·m^-2·h^-1 增加到65℃的1860 L·m^-2·h^-1，增幅 为105%。这是因为温度对热水膜通量的影响取决于 温度对水的密度和黏度的影响，温度升高会导致水 的黏度降低，从而使其通量增加。另外，可以发现， 在压力和温度变化不大的情况下，F3-1 型的热水膜 通量明显高于C-1 型。

表1(Table 1)

表1 不同温度和压力下管式膜的热水通量

表1 不同温度和压力下管式膜的热水通量

图1(Figure 1)

图1 操作时间对管式膜纯水通量的影响

表2 为2 种不同型号的高强度烧结管式膜在不 同温度和压力下的糖浆通量。从表2 中可以看出： 对于2 种型号的管式膜，其糖浆通量相比于热水通 量均明显减少（见表1），这是因为料液不同浓度时， 固体颗粒含量也不同，对于浓度较大的糖浆而言， 其固体颗粒含量较多，小颗粒含量也较多，相同时 间内会有更多的颗粒被膜孔捕捉或吸附而易于在较 短时间内形成膜孔堵塞阻力和膜面沉积阻力，同时， 在膜面边界层和主体流之间产生的浓差极化现象也 更加严重^[10]。同样还可以看出：在压力和温度变化 不大的情况下，F3-1 型管式膜的糖浆膜通量也是明 显高于C-1 型的。考虑到生产效率的问题，本文选 取F3-1 型管式膜进行后续的实验。

图1 为F3-1 型高强度烧结管式膜纯水通量与运 行时间和操作压力的关系图。在室温条件下，分别 测试了0.1、0.2、0.3 MPa 压力下管式膜的纯水通量 随时间的变化情况。由图1 可知，膜运行过程中， 初始阶段膜的纯水通量随运行时间的增加而降低， 120 min 后趋于稳定，在0.1、0.2、0.3 MPa 压力下 膜的稳定纯水通量分别为65、620、1010 L·m^-2·h^-1， 与各压力下管式膜的初始通量相比分别下降了约 54%、26%、24%左右。由于纯水中基本不存在任何 污染物，因此导致膜的纯水通量下降的主要原因是 膜本身的阻力即膜的压密过程^[11]。此外，膜的纯水 通量随着压力的增加而增大，基本呈线性增加，符 合膜的一般规律性。

图2 是在操作压力为0.09 MPa 时，不同甘蔗清 汁温度下管式膜的清汁通量的变化趋势。 从图2 可以看出：随着温度的降低甘蔗清汁的 通量呈下降的趋势，这是因为在一定的压力控制区 域内，温度对甘蔗清汁通量的影响取决于温度对其 密度和粘度的影响，温度升高会导致料液粘度降低， 扩散系数增大。相应地，料液在管式膜中的流动速 度增加而呈湍流状态，形成浓差极化的程度降低， 因此膜传质能力和分离性能增加，甘蔗清汁的通量 增加^[12,13]。因此，温度的增加对于提高糖厂的生产 效率是很有意义的。但考虑到Al₂O₃/PVDF 材质管 式膜的操作温度和料液挥发的问题，料液温度选择 80℃左右较为适宜。而在实际操作过程中，由于设 备运行过程中的机械发热，这一温度也是较易维持 的。

图3 是在甘蔗清汁温度为65～75℃的条件下得 到的不同操作压力下清汁的膜通量。

图3(Figure 3)

图3 压力对管式膜清汁通量的影响

从图3 可以看出：当压力小于0.2 MPa 时，膜 通量随着压力的增大成倍数增加；之后，随着压力 的增大，膜通量升高的速度较为缓慢。这主要是因 为操作压力较小时，经过膜表面的溶质量较少，对 膜污染较小，膜通量呈倍数增加。但当压力达到某 一临界值时，膜面凝胶层逐渐形成并增厚，且由于 粒径较小的颗粒造成的膜孔堵塞现象、粒径较大的 颗粒造成的膜面沉积现象以及膜面边界层和主体流 中的颗粒浓度差导致的浓差极化现象，过滤的阻力 不断增大使膜通量增长幅度明显减小^[14,15]。

研究了不同压力下膜过滤过程对甘蔗清汁色值 的影响，结果见图4。从图4 中可以看出，经过管 式膜过滤后的甘蔗清汁，其色值均有很大程度的减 小。同时，经过预处理（快滤）的比只经过管式膜 过滤的效果更好，其色值从2846.478 IU 减小到 1548.468 IU，色值脱除率达到45.6%。而且发现压 力对色值的影响不是很明显。

研究了不同压力下膜过滤过程对甘蔗清汁浊度 的影响，结果见图5。从图5 中可以看出，经过管 式膜过滤后的甘蔗清汁，其浊度均有一定程度的减 小。同时，随着压力的增大，其浊度减小的幅度呈 现减小的趋势。这是因为压力越大，则会有越多的 小颗粒透过管式膜，从而增大透过清汁的浊度。而 且发现经过预处理（快滤）的比只经过管式膜过滤 的效果更好，其浊度从169.217 MAU 减小到-18.925 MAU，浊度去除率达到111.184%。

表3 为管式膜对甘蔗清汁和糖浆性能的影响。 从表3 中可以看出，膜过滤对于处理清汁的色值脱 除率范围在34.476%～48.353%，在0.2 MPa 下浊度 去除率范围在77.972～111.184%；对于糖浆色值去 除率为23.478%，浊度去除率为87.772%，澄清结果 良好。