ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние природы, размера и формы молекул компонентов разделяемой смеси из "Мембранные процессы разделения жидких смесей" Скорость и селективность процесса испарения через мембрану зависит от ряда факторов температуры и состава разделяемой смеси, давления в паровой фазе, свойств самой мембраны и ряда других. Существенное значение при исследовании процесса и его промышленной реализации имеют гидродинамические факторы. [c.147] Так как значения Гх и определяются в основном гидродинамикой этих фаз, выявление условий, при которых выполняется соотношение (11,3), является важной задачей при изучении процесса испарения через мембрану и проектировании промышленных аппаратов для осуществления этого процесса. Очевидно, что эти условия и методы описания гидродинамической обстановки будут различными для аппаратов разных типов. [c.147] Аналогичное влияние турбулизации имеет место и при отдуве паров проникших компонентов потоком воздуха (рис. П-22). Максимальные постоянные значения проницаемости устанавливаются при Re = 2300-2500. [c.148] Следует отметить, что интенсивность массообмена на границе мембрана — парогазовая фаза не однозначно определяется гидродинамикой потока. Она зависит также от движут ей силы процесса испарения с поверхности мембраны, на которую влияет удельная массовая скорость газа (в м газа на 1 м мембраны в 1 ч) и его насыщенности парами проникающих компонентов. Определение влияния каждого из этих факторов в отдельности не представляется возможным ввиду того, что движущая сила не может быть определена из-за отсутствия данных о давлении паров проникшей жидкости непосредственно под мембраной. Однако при относительно малом изменении движущей силы при прохождении газа через аппарат (что наблюдалось в описанных экспериментах, ввиду сравнительно больших удельных расходов воздуха) скорость процесса определяется в основном гидродинамикой газового потока. [c.148] Результаты экспериментов на установке, изображенной на рис. 11-14 в пересчете на 1 м мембраны приведены на рис. П-22, б. Как и при продольном движении газа, установлено наличие критического значения гидродинамического фактора (в данном случае q), выше которого проницаемость остается неизменной. [c.149] В пределах исследованных температур проницаемость, как следует из рис. П-22, не Зависит от начальной температуры подаваемого на обдув воздуха. Этот факт можно объяснить тем, что движущая сила процесса испарения с поверхности, представляемая как разность давления паров под мембраной и парциального давления паров в газовом потоке, не зависит от температуры газа, так как газ далек от насыщения, а давление пара под мембраной определяется в основном температурой жидкости 1 , поскольку температура мембраны со стороны паровой фазы близка к (см. стр. 182). [c.149] Эти результаты не могут быть объяснены только наличием температурного градиента, возникающего в результате больших теплопотерь в окружающую среду, поскольку при комнатной температуре, когда потери тепла в окружающую среду отсутствуют, различия в значениях проницаемостей намного превышают ошибку экспериментов. [c.149] Тот факт, что в экспериментах не было обнаружено влияния числа оборотов на проницаемость (рис. П-23), говорит о том, что незначительного перемешивания (для ячеек принятых конструкций) достаточно для поддержания температуры поверхности со стороны жидкости, близкой к температуре жидкости Этим же можно объяснить и отсутствие влияния Ке на проницаемость при продольном движении воды (прямая 1 на рис. П-21). Однако здесь следует помнить, что условия термостатирования в этом случае (малое расстояние между стенкой рубашки и мембраной, см. рис. П-15) и в рассматриваемых экспериментах различны. [c.149] Соблюдение соотношения (11,3) при проведении исследований является, таким образом, наиболее желательным условием не столько как средство достижения максимальной проницаемости, сколько потому, что только в этом случае оказывается возможным удовлетворительно провести сравнение и обобш,ение результатов различных авторов и накопить данные для объяснения и описания механизма процесса. [c.150] Из результатов экспериментов [31, 61—63] следует, что постоянные максимальные значения проницаемости достигаются при сравнительно невысоких значениях Ке и Кбр и целесообразным рабочим интервалом этих значений можно рекомендовать Ке = 2500—3000. [c.150] Этот вывод, так же как и вывод о нецелесообразности нагревания обдувающего газа при проведении процесса, может оказаться полезным не только при постановке исследований, но и для практических целей — при расчете и проектировании промышленных аппаратов. [c.150] Кроме того, можно полагать, что создание развитой турбулентности жидкой и газовой фаз или высокого разрежения в зоне паровой фазы (см. стр. 165) является необходимым и, очевидно, достаточным условием удовлетворительной воспроизводимости результатов разделения при переходе от лабораторных установок к полупромышленным и промышленным установкам. [c.150] Как было показано в предыдущем разделе, при соответствующих гидродинамических условиях в разделительной ячейке основное сопротивление процессу оказывается сосредоточенным в мембране. Зто сопротивление зависит от толщины мембраны и ее исходных структурных характеристик, а для данной мембраны — от концентрации и температуры разделяемой смеси. [c.150] В других экспериментах [66] обработка полиэтилена парами растворителя вызывала отжиг мембраны, что приводило к увеличению равновесных значений сорбции (на единицу объема аморфной фазы полимера) при увеличении температуры обработки и соответственно к повышению скорости проницания. Эти результаты, так же как и влияние на проницаемость термической обработки полимера в среде растворителя, объясняются авторами структурными изменениями в полимере. Последние заключаются в изменении степени кристалличности под действием температуры и растворителя, вызванном градиентом осмотического давления, в выплавлении кристаллов и в рекристаллизации полимера. Ранее было установлено [66], что зависимость скорости проникания, например ксилола и некоторых других веществ через полиэтилен от времени проходит через максимум. Первоначальное увеличение скорости со временем объясняется разрывом кристаллов вследствие повышения осмотического давления. Последующее уменьшение связано с кристаллизацией или снятием напряжений после перегруппировки сегментов цепей в набухшем состоянии. Максимум обычно наблюдался в первый час работы и установившийся режим достигался через 4—5 ч. [c.151] В работе [21] отмечается, что увеличение кристалличности всегда улучшает селективность и уменьшает скорость проницания. Последнее было установлено также в многочисленных исследованиях для индивидуальных растворителей и кристаллизующихся полимеров [67—69]. [c.151] Следует отметить, что небольшое число исследований влияния структуры на селективную проницаемость объясняется не столько трудоемкостью и специфичностью этих исследований, сколько тем обстоятельством, что в вопросах структурообразования было много неясного. В настоящее время основные принципы структурообразования в полимерах сформулированы в работах Каргина, Китайгородского, Слонимского, Гуля и др. [46, 69—73]. [c.151] Многие исследователи считали, что наиболее удобной количественной характеристикой является степень кристалличности полимера, определяемая различными методами. Однако, как показали исследования, она является характеристикой весьма условной и не отражает многочисленных особенностей структуры, которыми объясняются многие свойства полимеров [74, 75]. В работах, например, Гуля и Ковриги [64, 72, 73], изучавших зависимость прочностных свойств полимерных пленок от их структуры, было показано, что ни параметры кристаллической решетки, ни степень кристалличности не могут однозначно определить свойства кристаллизующихся полимеров. [c.151] Структурные исследования имеют целью не только выявление механизма процесса. Они способствуют разработке обоснованных эффективных методов и режимов модификации мембран для улучшения их проницаемости, селективности и прочностных свойств. Важность структурных исследований определяется тем, что они дают ответ на первый из основных вопросов, с которым связано исследование механизма — каким образом происходит перемещ ение молекул через полимерную мембрану. Ответ и на второй вопрос — каким образом достигается селективность разделения, очевидно также связан с успехами этих исследований. [c.152] Современные представления о глобулярно-пачечном строении полимерных тел [48, 69—75] оказались весьма плодотворными для объяснения многочисленных экспериментальных данных в различных областях физики, химии и физической химии полимеров, что убедительно свидетельствует о том, что эти представления действительно соответствуют реальной структуре полимерных материалов. Основу этих представлений составляет предположение о том, что элементарными первичными надмолекулярными образованиями являются либо глобулы — мономолекулярные клубки, либо пачки макромолекул с различной степенью упорядоченности внутри пачки. [c.152] Структуру полимерной молекулы (т. е. тип, последовательность присоединения и ориентацию элементарных звеньев, в нее входящих) называют молекулярной или первичной разнообразные сочетания полимерных молекул, образующие материал, — надмолекулярной или вторичной структурой полимера. [c.152] Вернуться к основной статье