• Ваш список
    “Список сравнения” пуст
89397773733

Пн–Пт 09:00–18:00,
Сб, Вс выходной

Мембранная технология

Трудно переоценить роль, которую играют мембраны в нашей жизни. Как хорошо сказал один из моих друзей, Ричард Боуэн, «если ты устал от мембран, значит ты просто устал от жизни». Биологические мембраны Пока не нашли промышленного использования, но процессы разделения с помощью синтетических мембран становятся все более популярными. Сегодня мембранные процессы применяются достаточно широко, и число и разнообразие ЭТИХ применений увеличивается. Отсюда возникает настоятельная потребность в образованных инженеров, химики, других специалистах, а также в техническом персонале, Которые в процессе образования овладелы основными принципами мембранной технологии. Тем не менее, несмотря на все возрастающее значение мембранных процессов, только отдельные университеты включили мембранную технологию в свои программы. Одна из причин этого - отсутствие хороших учебников. Именно это послужило для меня одной из Движущей сил для написания этой книги. Она посвящена основным принципам мебранной технологии и, как задумывалось, должна давать широкий взгляд на раличные аспекты этой технологии. Я отдавал себе отчет в том, что мембранная технология - это очень широкая область, поэтому старался сформулировать основные принципы различных ее разделов. Хотя при написании книги и представлялось, что ее основной читатель - студент, она также может служит в качестве вводного курса для инженеров, химиков, лаборантов и техников, работающих в разных отраслях химической или другой промышленности, Которые хотели бы познакомиться с основами мембранной технологии.

Мембранная технология технологии, развивается, и благодаря своему междисциплинарном характера может быть использована в большом количестве процессов разделения. Провести сравнение различных процессов разделения трудно. Для мембранной технологии можно отметить следующие преимущества:

  • разделение может выполняться непрерывно;
  • энергетические затраты, как правило, низкие;
  • мембранные процессы могут легко сочетаться с другими процессами разделения;
  • разделение может выполняться в мягких условиях;
  • возможность масштабирования;
  • свойства мембран значительно различаются и их можно контролировать;
  • не требуется каких-либо добавок.

Необходимо упомянуть, однако, и такие недостатки:

  • концентрационная поляризация и отложения осадков на мембране (ее загрязнения);
  • короткое время жизни мембран;
  • в общем случае низкая селективность мембран.

Нужно подчеркнуть, что описанные здесь специфические особенности мембранной технологии рассмотрены чисто качественно.

Введение в мембранные процессы

Мембранные процессы как методы разделения являются достаточно новыми. Так, еще 35 лет назад мембранная фильтрация не рассматривалась как технически важный процесс разделения. Сегодня мембранные процессы используются широко и сфера их применения постоянно расширяется. С экономической точки зрения настоящее время - это переходный период между развитием мембранных процессов первого поколения, таких, как микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ), обратный осмос (З0), электродиализ (ЭД) и диализ, и мембранными процессами второго поколения, такими как газораздилення (ГР), первапорация (ПВ), мембранная дистилляция (МД) и разделение с помощью жидких мембран (ЖМ).

Существует много мембранных процессов, базирующихся на различных принципах разделения или механизмах и применимых для разделения объектов разных размеров - от частиц до молекул. Несмотря на эти различия, все мембранные процессы имеют нечто общее, а именно мембрану. Мембрана - это сердце каждого мембранного процесса, ее можно рассматривать как селективно проницаемы барьер между двумя фазами*. Схематическое представление мембранного процесса дано на рис. 1-4.

Фазу 1 обычно называют сырьевой фазой ** (иногда просто сырьем), в то время как фазу 2 называют пермеата. Разделение достигается благодаря тому, что один компонент из сырьевой фазы переносится через мембрану с большей скоростью, чем другой компонент или компоненты. Следует, однако, иметь в виду, что в общем случае мембраны не является совершенным или Идеальным селективно проницаемым барьером.

Эффективность или эксплуатационные качества некоторой мем­браны определяются двумя параметрами: ее селективностью и пото­ком через мембрану. Последний, часто обозначаемый как скорость проницания или массопереноса, определяется как объем, протекаю­щий через единицу площади мембраны в единицу времени. Хотя ре­комендуется использовать единицы СИ, в литературе часто исполь­зуют другие единицы для потока. Если речь идет об объемном пото­ке, используются следующие единицы измерения: л/м2 • ч, л/м2 сут, гал/фут2сут и см3/см2 ч. 

Объемный поток можно легко перевести в массовый поток или молярный поток, используя плотность или молекулярную массу. 

Селективность мембраны по отношению к смеси в общем случае выражается одним из двух параметров: задержанием (R) и фактором разделения (а). Для разбавленных водных смесей, состоящих из растворителя (т. е. воды) и растворенного вещества, наиболее удобно выразить селективность в терминах задержания R по отношению к растворенному веществу. Растворенное вещество частично или полностью задерживается, в то время как молекулы растворителя (воды) свободно проходят через мембрану. Величина R определяется соотношением:

R = (cf-cp)/cf = 1 -cp/cf , где сf — концентрация растворенного вещества в сырье и ср — концентрация растворенного вещества в пермеате.

Поскольку это без­размерный параметр, R не зависит от единиц, в которых выражается концентрация. Величина R изменяется от 100% (полное задержание растворенного вещества; в этом случае мы имеем «идеальную» се­лективно проницаемую мембрану) до 0% (растворенное вещество и растворитель свободно проходят через мембрану).

Селективность мембраны по отношению к газовым смесям и сме­сям органических жидкостей выражается в терминах фактора раз­деления а*. Для смеси, состоящей из компонентов А и В, фактор разделения ад/в выражатся соотношением:

                                                   

aA/B=(yA/yB)/(xA/xB) (1-3)

 

где yA и yB — концентрации компонентов А и В в пермеате, а xA и xB — концентрации компонентов в сырьевом потоке. В системе СИ единицей измерения количества вещества является моль, но кило­грамм (кг) также часто используется. Поэтому концентрации могут быть выражены как массовые концентрации (сi) либо молярные кон­центрации (ni). Состав раствора или смеси может быть описан так­же с помощью мольных долей, массовых долей или объемных долей. Единицы, используемые для описания состава растворов или смесей, представлены в табл. 1-4.

Селективность, или фактор разделения, a выбирается таким образом, чтобы эта величина была больше единицы. Таким образом, если скорость массопереноса через мембрану компонента А больше, чем компонента В, фактор разделения определяется как aA/B; если компонент В проникает быстрее, то фактор разделения определяется как aB/A  Если aA/B = aB/A, разделения нет.

Определение мембраны

Хотя трудно дать точное определение мембраны, наиболее общее определение может быть следующим: мембрана — это селективный барьер между двумя фазами, причем термин «селективный» может относиться как к мембранам, так и к мембранным процессам. Следует подчеркнуть, что это макроскопическое определение, хотя разделение должно быть рассмотрено на микроскопическом уровне. Это определение ничего не говорит о структуре или функции мембраны*.

Мембрана может быть толстой или тонкой, ее структура может быть гомогенной или гетерогенной, транспорт может быть активным

*Среди неоднократных попыток дать определение понятия мембраны определение, приведенное ниже [1*,2*], представляется наиболее общим и в то же время конкретным: «мембрана это фаза или группа фаз, которые разделяют две различные фазы, отличающиеся физически и/или химически от фаз мембраны; при этом мембрана обладает свойствами, позволяющими ей под действием приложенного силового поля управлять процессами массопереноса между разделяемыми фазами». или пассивным, пассивный транспорт может быть управляем с помощью давления, концентрации или разности температур, мембраны могут быть природные или синтетические, нейтральные или заряженные.

Для более четкого понимания могут быть полезны два типа классификации. Согласно одному из них все мыслимые или существующие мембраны разделяются на два больших класса — природные (биологические) и синтетические мембраны. Это самое ясное из возможных отличий и в то же время очень существенное, поскольку оба типа мембран принципиально отличаются и по структуре и ро функциям. Хотя в нашей книге рассматриваются синтетические мембраны, в гл. II частично обсуждаются также и биологические мембраны. Последние могут подразделяться на мембраны живых организмов и мембраны, способные функционировать вне организма. Первые существенны для жизни на земле, они не включены в эту книгу, потому что тогда бы ее объем резко возрос. Второй тип биологических мембран (липосомы и везикулы фосфолипидов) становятся все более важными в современных разделительных процессах, особенно для медицины и медицинской биологии. Синтетические мембраны могут подразделяться на органические (полимерные или жидкие) и неорганические. Оба типа обсуждаются более детально в гл. III.

Другой способ классификации мембран — по морфологии, или по структуре, — также очень наглядный, поскольку структура мембраны определяет механизм разделения и, следовательно, применение. Если мы ограничимся твердыми синтетическими мембранами, то можем выделить два типа мембран, а именно симметричные и асимметричные. Эти два класса могут подразделяться и дальше, как показано схематически на рис. 1-5.

Толщина симметричных мембран (пористых и непористых) лежит в пределах от 10 до 200 мкм, причем сопротивление массопереносу определяется общей толщиной мембраны. Уменьшение толщины мембраны приводит к увеличению скорости транспорта.
Появление асимметричных мембран, как уже отмечалось, явилось прорывом в промышленном применении мембран. Эти мембраны состоят из очень плотного поверхностного слоя или покрытия толщиной от 0,1 до 5 мкм, лежащего на пористой подложке толщиной от 50 до 150 мкм. Эти мембраны сочетают высокую селективность плотной мембраны с высокой скоростью массопереноса очень тонкой мембраны. Рис. 1-6 представляет разрез асимметричной мембраны, на котором ясно видна структурная асимметрия мембраны. Сопротивление массопереносу определяется в большей степени или полностью тонким поверхностным слоем.

Пожалуйста, войдите для комментирования
captcha
Ваш комментарий будет опубликован после модерации администратором
Фильтр
Найдено 5 
Подтвердите
Для того, что бы добавить товар в список желаний, Вам нужно

Компания Multifilters работает на рынке уже более 17 лет. Она занимается производством и продажей систем очистки воды и сервисных компонентов. Мы предлагаем обезжелезиватели, умягчители, системы обратного осмоса, механические фильтры, картриджи и многие другие. Наши продукты можно найти в более чем пяти европейских странах и продолжает открывать новые рынки. Стремление к высшей удовлетворенности наших клиентов, сохраняя при этом высокие стандарты.Firma Multifilters działa na rynku już od pona 17 lat. Zajmuje się produkcją jak i sprzedażą wszystkich systemów uzdatniania wody oraz podzespołami serwisowymi. W swojej ofercie posiadamy Odżelaziacze, Zmiękczacze, Systemy Odwróconej Osmozy, Filtry Mechaniczne, Wkłady i wiele innych. Nasze produkty można znaleźć już w ponad pięciu krajach Europejskich i wciąż się otwieramy na nowe rynki. Dążąc do jak najwyższego zadowolenia naszych klientów a jednocześnie podtrzymując najwyższe standardy.