ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ультрафильтрование из "Инженерные методы расчета процессов получения и переработки эластомеров" Ультрафильтрованием называется процесс разделения высокомолекулярных и иизкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных мембран, пропускающих преимущественно молекулы низкомолекулярных соединений. В ходе процесса образуются два раствора, один из которых обогащен высокомолекулярным, а второй — низкомолекулярным веществом. [c.202] Получение концентрированных латексов в процессе полимеризации затруднено из-за низкой текучести концентрированных латексов и сложности осуществления непрерывного процесса синтеза. [c.202] Для ультрафильтрования характерны простота аппаратурного оформления, проведение процесса при комнатной температуре, низкие энергозатраты, чистота получаемого фильтрата. [c.202] Ультрафильтрованием можно концентрировать латексы до концентрации полимера 60—70 %, однако при концентрации полимера более 40 % из-за резкого возрастания вязкости латекса проницаемость мембран снижается [27]. [c.202] В отличие от обычного фильтрования ультрафильтрование предназначено для разделения растворов, а не суспензий. [c.202] Механизм ультрафильтрования прост. В мембране существуют поры, размеры которых больше размеров молекул растворителя, но меньше размеров молекул растворенного вещества. Поэтому через мембрану проходят только молекулы растворителя. Размеры латексных частиц 7000—10 ООО нм больше размеров пор полимерных мембран (2000—3000 нм), поэтому латексные частицы полностью задерживаются мембраной. [c.202] В качестве мембран применяются полимерные пленки, пористое стекло, металлическая фольга, ионообменные материалы. Наибольшее распространение имеют полимерные мембраны, изготовляемые из полиэтиленовой пленки, полиакрилатов, полиуретанов, поливинилкарбоната, поливинилового спирта, политетрафторэтилена, поливинилпирролидона, ацетатцеллюлозы и т. д. [c.202] Достоинством наиболее распространенных ацетатцеллюлозных мембран (АЦМ) является высокая проницаемость, удовлетворительная устойчивость во многих средах и достаточный срок службы, который колеблется от нескольких месяцев до трех лет. Важная особенность ацетатцеллюлозных мембран — наличие на их поверхности слоя связанной воды, который препятствует забиванию пор мембраны частицами латекса. Такого явления не наблюдается, например, при использовании ватмана и других бумажных материалов. Проницаемость бумаги быстро и непрерывно падает вследствие забивки пор латексными частицами. [c.202] Движущей силой процесса ультрафильтрования является разность давлений (рабочего и атмосферного) по обе стороны мембраны. Обычно ультрафильтрование проводится при невысоких давлениях (0,3—1,0 МПа). С увеличением давления возрастает движущая сила процесса. Однако при повышенных давлениях полимерные мембраны подвергаются уплотнению, поэтому начиная с некоторой величины давления проницаемость мембраны не возрастает, а снижается. [c.203] Максимум на кривой проницаемости объясняется тем, что одновременно с увеличением движущей силы процесса — давления — происходит деформация мембраны с уменьшением размера пор. [c.203] Непрерывное снижение проницаемости мембраны наблюдается в течение всего срока ее службы — примерно 6 месяцев. При этом срок службы определяется не потерей механической прочности, а потерей проницаемости. [c.203] Пограничный слой латекса, примыкающий к мембране, обогащается латексными частицами. В результате этого вязкость пограничного слоя возрастает и затрудняется диффузионный перенос воды к поверхности мембраны. По этой причине для интенсификации процесса необходим интенсивный гидродинамический режим движения латекса. При проектировании аппаратов скорость движения латекса в зазоре между фильтрующими элементами принимается равной 1—2 м/с. [c.203] При концентрировании раствора высокомолекулярных веществ селективность определяется соотношением размеров пор мембраны и молекул высокомолекулярных веществ, поэтому для различных мембран селективность зависит от размеров молекулы полимера, входящего в концентрируемый раствор. [c.204] При концентрировании латексов селективность большинства мембран вследствие большого различия в размерах молекул воды и полимерных частиц составляет 100 %. [c.204] Из-за низкой проницаемости мембран при проектировании аппаратов для ультрафильтрования необходимо стремиться к созданию высокой поверхности мембран в единице объема аппарата. [c.204] Мембраны состоят из однородного тонкого слоя (0,01—0,04 мкм) е очень мелкими порами и более толстого слоя (50—250 мкм) со сравнительно крупными порами. Первый слой обеспечивает селективность, а второй — прочность мембраны. Наибольшее распространение при ультрафильтровании получили ацетатцеллюлозные мембраны, обладающие высокой селективностью и проницаемостью. Однако при высыхании изменяются характеристики мембран, поэтому они хранятся во влажном состоянии. [c.204] Аппараты для ультрафильтрования по способу укладки мембран выполняются в виде фильтр-прессов с плоскими фильтрующими элементами или аппаратов с трубчатыми или спиральными фильтрующими элементами. [c.204] Аппараты типа фильтр-пресс отличаются простотой изготовления и возможностью быстрой замены мембран. При малой величине зазора между мембранами (5—10 мм) в них создается высокая скорость движения раствора, что позволяет снизить влияние концентрационной поляризации. [c.204] Удельная поверхность мембран составляет 60—300 м /м объема аппарата. [c.204] Концентрационная поляризация раствора у поверхности мембраны приводит к скапливанию около нее непроникающих компонентов смеси и уменьшению производительности аппарата. Для снижения концентрационной поляризации используется увеличение скорости циркуляции разделяемой смеси или установка у поверхности мембраны специальных вставок-турбулизаторов. [c.205] Вернуться к основной статье