И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 14
Текст из файла (страница 14)
пермеатом (иногда-фильтратом), задержанная-концентратом. Движущая сила М.п.р.-разность хим. или электрохим, потенциалов по обе стороны перегородки. Мембранные нроцессы м. б. обусловлены градиентами давления (баромембранные процессы), электрич. потенциала (электромембраыные процессы), концентрации (диффузионно-мембранные процессы) или комбинацией неск. факторов. Разделение с помощью мембран-результат конкурирующих взаимод. Компонентов смеси с пов-стью перегорошсн. Эффективность разделения оценивают след. показателями; селективностью ср ! — а /а„где с, и с -концентрации компонентов исходной смеси и пермеата; коэф. разделения К,=(а„,/г„л)/(аа,/св,), где с„м г,, и с „г,-концентрации 'компонейтов 'А и В в начально)( смеси и пермеате; проннцаемостью (уд.
производительностью) мембрав 6 = У/Ут, где У-кол-во смеси, прошедшей за время т через мембрану, и овределяемое по ур-няю 1'к + 2УС = Кт, в к-ром С и К-эмпирич. константы, У-площадь пов.стн перегородки. Вследствие различной скорости прохождения компонентов смеси через мембрану происходит т. наз. концентрационнаа «поляризация», при к-рой в пограничном слое около пов-сти перегородки накапливается в-во, имеющее наименьшую скорость проницаниа. В результате при раэделенни жидких смесей сяяжаются двжиущаа сила процесса и соотв. селективность, производительность и срок службы мембран.
Кроме того, возможно осаждение на мембране труднорастворимых солей, а так7ке телеобраэованне высокомол. соединений, что приводит к необходимосты очистки мембран (см. ниже). Для уменьшения влняниа концентрационной поляризации ы улучшения работы мембран разделаемую систему перемешивают, что способствует выравниванию концентраций компонентов у пов-сти перегородки н в ядре потока. Перемешивавые осуществляют путем увеличения скорости потока (до 3-5 м/с); турбулизацией р-ра путем применения спец. вставок в виде сеток, перфорированных 38 24 МЕМБРАННЫЕ или гофрированных листов, спиралей, шариков; использованием ультразвука и т. д. При разделении газовых смесей благодаря высоким коэф, диффузии компонентов через мембраны концептрадионная поляризация мала и ее можно не учитывать.
Др. фактор, оказывающий влияние на М.п.р.,-продольное (обратное) перемешивание системы. По мере распределения компонентов между исходным потоком и перме- атом возникает соответствующий концентрационный профиль, к-рый приводит к продольному выравниваншо концентраций из-за молекулярной диффузии. При использовании турбулизирующих вставок наиб, воздействие на продольньш перенос оказывает конвективиая диффузия. М. п. р. могут быть осложнены также рядом др. факторов, напр. недостаточной стойкостью мембран к агрессивным средам и действию микроорганизмов.
Хим. стойкость мембран, напр., к гидролизу обеспечивается тщательным подбором материала, характеристик рабочей среды и условий проведенив процесса. Для предотвращения биол. обрастания, а иногда и разрушения мембран нек-рыми видами микроорганизмов исходную смесь хлорируют, напр. С1, или гипохлоритами, обрабатывают р-ром СпВОл либо формальдегидом, а также подвергают озоннрованню и УФ облучению. Основные типы мембран и их очиспса. Различают мембраны монолитные (сплошные), пористые, асимметричные (двухслойные), составные (композиционные) и др„а также мембраны жидкие и мембраны иакаабмеккые (о получении мембран и их св-вах см. Мембраны разделительные).
В процессе эксплуатации пов-сть мембран загрюняется, что приводит к резкому ухудшению показателей М.п.р. Один из способов, снижающих загрязнение мембран,-предварит. очистка системы (см., напр., Вадаладготавка, Жесткость воды). Методы очистки мембран условно подразделяют на механические, гидромеханические, физические н химические. Мех очистка-обработка пов-сти перегородок эластичной губкой (нередко с применением моющих ср-в), не обладающей абразивными св-вами, полиуретановыми шарами и т.
п Гидродинамич. очистка — воздействие на загрязненную пов-сть мембран пульсаций разделяемой смеси нли промывной жидкости (обычно воды), турбулизация потока, промывка газожидкостной эмульсией (как правило, смесью воды и воздуха); обратная продувка мембран (особенно микрофильтров) сжатым воздухом; обратный ток смеси, резкое снижение давления в системе (загрязнения отслаиваются от перегородки н вымываются сильным потоком воды). Физ. очистка-воздействие иа перегородки электрич., маги.
и ультразвуковых полей. Хим. очистка— промывка рабочей пов-сти мембран разб. р-рами к-т нли щелочей, р-ром 1, и т.д. Баромембраиные прошссы (обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация) обусловлены градиентом давления по толщине мембран, в оси. полимерных, и используются для разделения р-ров и коллоидных систем при 5-30 'С.
Первые два процесса принципиально отличаются от обычного фильтрования. Если при нем продукт откладывается в виде кристаллич. или аморфного осадка иа пов-сти фильтра, то при обратном осмосе н ультрафильтрации образуются два р-ра, один нэ к-рых обогащен растворенным в-вом. В этих процессах накопление данного в-ва у пов-сти мембраны недопустимо, т,к. приводит к снижению селективности и проницаемости мембраны (о различии между микрофильтрацией и фильтрованием см. ниже).
Обратный осмос (гиперфильтрация)-разделение р-ров низкомол. соединений благодаря различной подвижности компонентов в порах мембран. В случае самопроизвольного перехода р-рителя через мембрану в р-р (рис, 1, а) давление, при к-ром наступает равновесие (рис. 1,б), наз. осмотнческим (см. Осмас). Если со стороны р-ра приложить давление, превышающее осмотическое (рнс. 1,в), р-рнтель будет переноситься в обратном направлении (отсюда назв. процесса). Поскольку мембраны обычно ие обладают идеальной проницаемостью, наблюдается нек-рое проиикание 39 через них растворенного в-ва.
Поэтому движущая сила обратного осмоса (а также ультра- и микрофнльтрацни) Ьр = р — (л, — к,) = р — Лк, где р — давление над исходным р-ром, к, и к,-осмотич. давления р-ра и пермеата. Рабочее давление процесса 1 — 1О МПа. Размеры молекул или ионов растворенного в-ва, а также р-рителя и размеры мембранньгх пор имеют одинаковый порядок ((1 — 5) 1О э мкм). Селективность и проницаемость мембран для обратного осмоса определяются рабочими т-рой и давлением и, кроме того, рН, концентрацией и природой исходной смеси.
С повышением т-ры вследствие сннжения вюкости р-ра величина С возрастает, а Ф изменяется в зависимости от природы растворенных компонентов; соотв. увеличивается и уменьшается при разделении водных р-ров неполярных н полярных соединений. Помимо этого, при высокой т-ре происходит постепенное уплотнение (усадка) мембран, что снижает их ресурс. С повышением давления вроницаемость перегородок проходит через максимум, а селехтивиость, как правило, возрастает. Под действием рабочего давления мембраны также уплотняются, что способствует уменьшению С, но практически не вызывает изменения Ф.
Скорость уплотнения несколько снижается, если процесс осуществляют при'небольших т-ре и давлении или при использовании композитных мембран. Наилучшие условия работы полимерных перегородок достигаются в случае разделения смесей в нейтральной среде прн комнатной т-ре. Концентрация растворенных в-в в р-ре †важн фактор, определяюпшй не только характеристики мембран, но и возможность применения всех баромембранных процессов, в т.ч.
обратного осмоса. Последний эффективно используют обычно при концентрациях электролитов в р-рах от 5 до 20% по массе. Для р-ров орг. соединений интервал концентраций шире и определяется размерами молекул в-ва, их строением н степенью взаимод. с материалом мембраны.
От концентрации растворенных в-в зависит также способность мн, из них, напр. л.пС1з и перхлоратов, к сольватации (в случае водных р-ров-к гидратации), к-рая нарушает структуру мембран вследствие их обезвоживания и приводит к снижению осн. характеристик. На селективность и в значит, степени на проницаемость мембран оказывает влияние природа исходной смеси. Принципы разделения обратным осмосом р-ров в-в различной природы состоят в следующем: неорг. соединения (электролиты) задерживаются мембранами, как правило, лучше, чем орг. в-ва той же мол. массы; среди родственных саед. (напр., гомологов) лучше задерживаются в-ва с большей мол.
массой; саед, к-рые могут образовывать связь (напр, водородную) с мембраной, задерхсиваются ею тем лучше, чем б и в р>п Осам Раавовпне Обранвв нвос Гве ! условие воэввквлвсннл образного валова р-давление аах «мелиыи В-рои, в-оыохвл лмллми менее прочна зта связь. При разделении р-ров нек-рых орг. соединений, напр. фенола и его производных, селективность мембран отрицательна, т.е. пермеат обогащается растворенным в-вом.
Ультрафильтрация-разделение р-ров ннзкомол. соединений, а также фракцнонирование и концентрирование последних под действием разности давлений до и после мембраны. Вследствие малых осмотнч. давлений высокомол. соединений и низкого гидравлич. сопротивления мембран ультрафнльтрапию проводят при сравнительно невысоких избыточных давленых (0,1-1 МПа). В отличие от 40 Обчгцччччач 2222 22РП с1, Рчч 2. Ьчногоччччервиа элчктгоххачиччтоэ 222 Обьечхеччввч Раачверев чччО: ж К вЂ” аччтч.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
