И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 15
Текст из файла (страница 15)
авяана- Н 222ИОНООбМЧНИ222 МС22брччы. ! Нч И222222 2 ра22222 жены электроды. Поскольку катионообмеиные мембраны пропускают лишь катионы, а аннонообменные — только анионы, камеры поочередно обогащаются и обедняются электролитом. В результате исходный р-р разделяется на два потока — обессоленный и концентрированный. Разделение ионов с одинаковым знаком заряда происходит вследствие различия между скоростями их переноса через перегородку. 41 обратного осмоса ультрафильтрашпо используют для разделения систем, в к-рых мол. масса растворенных компонентов намного больше мол. массы р-рителя.
Условно принимают, что для водных р-ров мол. масса концентрата должна быль более 500. Процесс осуществляют с помощью, как правило, полимерных мембран, вмекяцих размер пор (0,01-0,1 мкм); закономерности улътрафильтрации н обратного осмоса в оси. совпадают, расходы энергии соизмеримы. Микрофильтрация (мембранная фильтрация)-разделение коллондных систем и осветление р-ров отделением от них взвешенных микрочастнц. Процесс занимает промежуточное положение (без резко выраженных границ) между ультрафильтрапией н филътрованием, проводится под давлением 0,01 — О,! МПа н отличается от др. баромембранных процессов, осуществляемых без фазовых превращений, возможностью образования на пов-стн мембраны твердой фазы (осадка солей).
Размеры микрочастиц н пор проннцаемых перегородок идентичны (0,1-10 мкм). Наряду с полимерными мембранами для микрофильтрации перспективны также ядерные фильтры. Баромембранные процессы используются во мн. отраслях народного хозяйства и в лаб. практике: для опреснения соленых и очистки сточных вод, напр. разделения азеотропных и термолабильных смесей, концентрирования р-ров и т.п. (обратный осмос); для очистки сгочных вод от высокомол. соединений, концентрирования тонких суспензий, напр. латексов, выделения и очистки биологически актшчных в-в, вакцин, вирусов, очистки крови, концентрирования молока, фруктовых и овощных соков и др.
(ультрафильтрацкя)! для очистки технол. р-ров и воды от тонкодисперсных в-в, разделения эмульсий, предварительной подготовки жидкостей, напр. морской и солоноватых вод перед опресневием, и т.д. (микрофильтрапня). Элеитромембрапвые процессы обусловлены градиентом электрич. потенциала по толщине мембран. Наиб. применение нашел электроднализ — разделение р-ров под действием злектродвижушей силы, к-рая создается по обе стороны полимерных и неорг.
перегородок !размер пор (2-0).10 ' мкм), проннцаемых для любых ионов (отделение электролитов от неэлектролитов), или ионообменных мембран, проницаемых лишь для катионов либо только для авионов (обессоливаине водных р-ров нли фракцноинрование солей). Аппараты с ионообменными перегородками (электродиализаторы), напр. для обессоливания р-ров ХаС! (рис. 2), состоят из ряда камер (ячеек), по к-рым перемешаются р-ры электролитов. В крайних камерах располо- Осн.
харакгерисгжки аппаратов, очстолппчх из л ячеек: уд. производительносчь б = вч!Рл/95,24 1О' моль/с, где 1-плотвость тока (в А/смз), !2 — площадь пов-стп мембраны (в смх), ш-число хнм. эквивалентов исходного в-ва на 1 моль; общий перепад электр ич. потенциалов АЕ Ер + !(Е„+ Я„) л (в кВ), причем Ев-суьыа потенциалов разложения и перенапрюкешш на электродах, Я„и Я,— соотв. электрич.
сопротивления мембраны и р-ра; потребляемая мощность )2/ = 1О 2ПгЕ + 11(Я„+ Е )я (в кВт); уд. потребляемая мощность )2/„= 0,02651 (Е„+ Я ) (в кВт/моль). Электродиализ широко используют для обес. соливания морской и солоноватой вод, сахарных р.ров, молочной сыворотки и др., а тахзке для иввлечения минерального сырья из соленых вод. Дпффузпониа-мембранные процессы (мембранное газоразделение, испарение через мембрану, дналнз) обусловлены градиентом концентрации по толщине пористых либо иепористых мембран на основе полимеров или с жесткой структурой.
Используютсв для разделения газовых и жидких смесей. Мембранное газоразделение-разделенне на компоненты газовых смесей или их обогащение одним из компонентов. При использовании пористых перегородок с преим. размером пор (5 — ЗО) !О 2 мкм разделение газов происходит вследствие т, наз.
кнудсеиовской диффузии. Для ее осуществления необходимо, чтобы длина сноб, пробега молекул была больше диаметра пор мембраны, т. е, частота столкновений молекул газа со стенками пор превышала частоту взаимных столкновеняй молекул. Поскольку средние скорости молекул в соответствии с кинетич. теорией газов обратно пропорпиональны квадратному корню их масс, компоненты разделяемой смеси проникают через поры мембраны с различными скоростями. В результате пермеат обогащается компонентом с меньшей мол. массой, концентрат — с большей. Коэф. разделении смеси К, = л,/лз = (мч/м,)е 2, где л, н л -числа молей компонентов соотв.
с мол. массами М, и Мм В реальных условиях весьма трудно с помощью пористых мембран обеспечить чисто кнудсеновский механизм разделения компонентов, Это объясняется адсорбцией или конденсацией их на стенках пор перегородки и возникновением дополнительного т. наз. конденсационного либо поверхностного газового потока, наличие к-рого приводит к снижению К„. Прн применении непористых мембран разделение газов осуществляется за счет разной скорости диффузии компонентов через перегородки. Для таких мембран проницаемость газов н паров на 2 — 5 порядка ниже, чем для пористых, но селективность значительно выше.
Кол-во газа, проходящего через единицу площади пов-сти сплошной перегородки в единицу времени, определяется по ф-ле: )2= К„х х !(сч — сч/ьН = к„Црг — р,)/ь), где г„сч и р„рз — соотв. конпентрации и парциальные давления проникающего компонента в газовом потоке по обе стороны мембраны толщиной Ь; К,-коэф. газопроиицаемостн. С повышением т-ры величина 6 для непористых перегородок возрастает, однако, как правило, снижается ф, к-рую в первом приближении можно представить как соотношение коэф. газопроннцаемости чистых компонентов разделвемой смеси, иаир.
для возлУха чро = К, о /К, и . 2 2 2 Мембранное газоразделение применяют: с помощью пористых мембран-в производстве обогащенного (), для очистки воздуха от радиоактивного Кг, извлечения Не из прир, газа и т.п.; посредством иепористых мембран-для выделения Н, из продувочных газов произ-ва ХН, и др.
(преим. металлич. перегородки на основе сплавов Рд), для обогащения воздуха кислородом, регулирования газовой среды в камерах плолоовошехранвлнпь извлечения Н„.ч!Нз и Не из прир. и технол. газов, разделения углеводородов и ч перспективе для рекуперацин оксидов Я из газовых выбросов (гл. обр. полимерные мембраны). Испарение через мембрану — разделение жидких смесей, компоненты к-рых имеют разные коэф. диффузии. Из 42 ! 2 3 Исэаонно И санснэрао расэоор Порван Ко»ас»трат Псрпсаэ Псрнсаэ Искоаннн расэаор Конно»трат Исэшннн раствор рнсаэ 26 МЕМБРАННЫЕ исходного р-ра через мембрану в токе инертного газа или путем вакуумнрования отводятся пары пермеата, к-рые затем коидеисируются. При разделении происходят сорбция мембраной растворенного в-ва, диффузия его через перегородку и десорбцня в паровую фазу, процесс описывается ур-вием Фика. Состав паров зависит от т-ры процесса (влияние давления на его характеристики незначительно), материала мембраны, состава р-ра и др Для увеличения скорости процесса р-р нагревают до 30-60'С.
Мембраны- обычно непористые полимерные пленки из резины, целлофана, полипропилена или полиэтилена, фторопласта и т и. Больший эффект разделения достигается при использовании для изготовления мембран лиофильных материалов Скорость проницания компонентов через перегородки выше лля частиц а) с меньшей мол массой в ряду гомологов, б) с одинаковыми мол массой и меньшими размерами, в) с олинаковой мол массой, но менее сложных по структуре, г) с хорошей растворимостью в материале и высоким коэф.
диффузии через него. Сплошные диффузионные мембраны обладают большим гидродииамич, сопротивлением, поэтому их следует применять в виде закрепленных на пористых подложках ультра- тонких пленок толщиной 0,02 — 0,04 мкм. Процесс используют Лля разделения азеотропиьж смесей, жидких углеводородов, водных р-ров карбоновых к-т, кетонов н аминов, смещения равновесия в хим р-циях путем удаления одного из продуктов (напр., воды при этерификации), очистки сточных вод и др. Диализ -разделение растворенных в-в, различающихся мол массами Процесс основан на неодинаковых скоростях диффузии этих в-в через проницаемую мембрану, разделяющую конц и разб р-ры Под действием градиента концентрации растворенные в-ва с разными скоростями диффунлируют через мембрану в сторону разб р-ра Скорость переноса в-в снижается вследствие диффузии р-рителя (обычно воды) в обратном направлении Длй диализа используют, как правило, нитро- и ацетатцеллюлозные мембраны Площадь их пов-сти рассчитывается из ур-ния Р = К»РЛс/!», где Р»-кол-во пермеата, Лс-разность концентраций в-ва по обе стороны мембраны, т е движущая сила процесса, К, =(!/Вэ + б/23+!/!),) '-коэф массопередачи, или диализа, определяемый экспериментально, причем Вл и (),-боота коэф скорости переноса в-ва в конц р-ре к перегородке н от иее в разб р.ре, Ь-толщина мембраны, 0- коэф диффузии растворенного в-ва Процесс используют в произ-ве искусственньох волокон (отделение отжимной щелочи от гемицеллюлозы), ряда биохим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
