Мембранные процессы электромембранные

Равновесие Доннана между раствором в порах ионообменной СМ.ОПЫ и внешним раствором имеет два аспекта, играющих важную роль в электромембранных процессах. В катионообменных мембранах, во-первых, концентрация катионов в жидких порах выше (а ани- [c.32]

Аппараты для электродиализа. Электродиализ - мембранный процесс, в котором движущая сила ионного транспорта поддерживается разностью электрических потенциалов Ди. Это один из основных электромембранных процессов, который используется для очистки воды от ионов [10, 18, 19, 43]. Типичной чертой этого процесса является необходимость использования заряженных мембран - ионообменных. Принцип электродиализа можно [c.576]

Помимо обычного электродиализного процесса, используются также другие электромембранные процессы с различными комбинат-циями неселективных мембран, биполярных электродов, катионо-и анионообменных мембран. Распределение потоков в некоторых из этих процессов описано при рассмотрении конкретных типов устройств. [c.55]

В одном из методов оптимизации стоимости процесса полная стоимость электромембранного процесса представляется в виде суммы расходов на электроэнергию и замену мембран, амортизационных отчислений и расходов, не зависящих от плотности тока /11/. Каждая из статей расходов записывается в виде произведения коэффициента (отношение стоимости к поверхности мембран) на параметр (поверхность мембран в виде функции плотности тока). При- [c.42]

Поскольку ионообменные зерна и мембраны изготовляются из ионообменных смол, они обладают аналогичными химическими и физическими свойствами. Однако многие аспекты ионного обмена, важные для мембран, не имеют отношения к зернам, и наоборот. Принципы ионного обмена здесь обсуждаются в основном в той мере, в какой они относятся к электромембранным процессам. [c.30]

Градиенты концентрации в граничных слоях. В электромембранных процессах, числа переноса ионов в растворах не равны числам переноса в мембранах. При прохождении электрического тока через электродиализную систему ионы имеют тенденцию концентрироваться в определенных областях и исчезать в других. Диффузия и физическое перемешивание препятствуют тенденции к концентрированию и деминерализации. [c.37]

Факторы, в совокупности определяющие полную величину эксплуатационных расходов в электромембранном процессе, можно разделить на три категории расходы, пропорционально возрастающие с повышением плотности тока расходы, снижающиеся с повьпиением плотности тока расходы, не зависящие от плотности тока. Затраты на электроэнергию, расходуемую в электромембранном процессе, изменяются пропорционально плотности тока, а затраты на замену мембран и отчисления на амортизацию капитальных вложений изменяются обратно пропорционально плотности тока, поскольку при больших плотностях тока требуются меньшая поверхность мембран [c.43]

Расход электрической энергии при ионном переносе в электромембранных процессах вызван прежде всего электрическим сопротивлением растворов и мембран и обратными электродвижущими сипами, обусловленными градиентами концентраций. [c.63]

Рассмотрены синтез, строение и свойства ионообменных мембран. Особое внимание обращено на их набухание, электропроводность, селективность и проницаемость. Изложены теоретические основы электромембранных процессов, описано их применение для производства хлора и щелочи, очистки воды от микрочастиц, для выделения белков и т. д. Приведены технико-экономические характеристики промышленных электромембранных установок. [c.382]

Электромембранные процессы. Основные методы электромембранной технологии электродиализ и мембранный электролиз. Перспективы широкого внедрения этих методов для очистки и разделения различных растворов связаны с экологической безопасностью и энергетической эффективностью токовых процессов [18,19]. [c.575]

Особый тип электромембранных материалов - биполярные мембраны, позволяющие реализовать важнейший процесс электрохимического получения кислот и щелочей из соответствующих солей. Эти мембраны представляют собой бислойную систему, состоящую из совмещенных в один лист катионо- и анионообменных мембран. В электрическом поле такая мембрана способна генерировать разнонаправленные потоки ионов Н и ОН за счет электрического разложения воды на стыке слоев. [c.576]

Уравнение Нернста-Планка является наиболее употребительным в теории и практике электромембранных процессов. При добавлении к нему необходимых дополнительных и граничных условий получаются весьма разнообразные краевые задачи, позволяющие количественно описать целый ряд явлений. Сравнительная простота исходного дифференциального >равнения позволяет с одной стороны учесть многочисленные побочные эффекты, сопровождающие электродиффузию через мембрану (возникновение в растворе диффузионных слоев (концентрационную поляризацию) [62-64], нарушение электронейтральности [65, 66] и диссоциацию молекул воды [67-69] на границе мембрана/раствор и др.), а с другой стороны -моделировать и оптимизировать такие процессы как электродиализное обессоливание [48, 70-72] и концентрирование [71, 7 ], а также разделение ионов в электродиализе [74, 75]. [c.101]

Бобрешова О.В. Числа переноса и выход по току в системах с ионоселективными мембранами // Ионоселективные мембраны и электромембранные процессы Сб. науч. тр. / НИИ пласт, масс. М., 1986. С 77-90. [c.375]

МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЁССЫ РАЗДЕЛЁНИЯ, основаны на преим. проницаемости одного или неск. компонентов жидкой либо газовой смеси, а также коллоидной системы через разделительную перегородку-мембрану. Фаза, прошедшая через нее, наз. пермеатом (иногда - фильтратом), задержанная - концентратом. Движущая сила М. п. р. - разность хим. или электрохим. потенциалов по обе стороны перегородки. Мембранные процессы м. б. обусловлены градиентами давления (баромембранные процессы), электрич. потенциала (электромембранные процессы), концентрации (диффузионно-мембранные процессы) или комбинацией неск. факторов. [c.23]

М. и. применяют в электромембранных процессах-электродиализе и электролизе с М. и. Электродиализ используют в водоподготовке для получения пресной и деминерализов. воды, реже для деминерализации технол. р-ров и сточных вод, электролиз с М. и.-для получения хлора и NaOH, для электрохим. синтеза (напр., адашодинитрила из акрилонитрила). См. также Мембранные процессы разделения. [c.32]

Мембранные процессы классифицируются по виду основной движущей силы процесса. Движущей силой мембранного процесса является градиент химического (для незаряженных частиц потока) или электрохимического (для заряженных частиц потока) потенциала. Однако для технических расчетов таких процессов, так же как и для других массообменных процессов, в качестве движущей силы мембранного процесса принимают градиент фактора, определяющего скорость данного процесса, например градиент давления, температуры и т.д. Таким образом, основной движущей силой мембранного процесса может быть градиент тяяекия - баромембранные процессы (обратный осмос, нано-, ультра- и микрофилыра-ция), градиент концентраций-диффузионно-мембранные процессы (диализ, испарение через мембрану, мембранное разделение газов и др.), градиент электрического потенциала-электромембранные процессы (электродиализ, электроосмос и др.), градиент температурпроцессы (мембранная дистилляция и др.). В некоторых мембранных процессах возможно сочетание двух или даже трех названных выше движущих сил. [c.314]

Эти процессы обусловлены градиентом электрического потенциала по толщине мембран. Среди электромембранных методов наибольшее практическое применение нашел электродиализ-раз деж-ние растворов под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны разделяющей его перегородки-мембраны. Эти мембраны, изготовленные из полимерных или неорганических материалов [поры размером (2 н- 8) 10 мкм], проницаемых для любых ионов, служат для отделения электролитов от неэлектролитов. Дрзтой тип мембран, селективных только для катионов или только для анионов, изготовляют из ионообменных смол. Ионообменные мембраны применяют для обессоливания растворов электролитов или фракционирования ионов. [c.336]

Движущей силой мембранных процессов является разность электрических потенциалов, транспорт основан на способности ионов и заряженных частиц проводить электрический ток. При наложении разности потенциалов к раствору соли положительные ионы (катионы) движутся к отрицательному электроду (катоду), а отрицательные (анионы) — к положительно заряженному электроду (аноду). Движущая сила не оказывает влияния на незаряженные молекулы, что позволяет отделять их от компонентов, несущих электрический заряд. С помощью заряженных мембран возможно регулировать транспорт ионов. Такие мембраны проводят электрический ток. Различают два вида мембран катионообменные мембраны, позволяющие переносить положительно заряженные ионы, и анионообменные мембраны, обусловливающие перенос анионов. Транспорт ионов через заряженную мембрану основан на эффекте Доннана (см. гл. IV). Для осуществления электромембранных процессов используются разнообразные комбинации электрически заряженных мембран и разности потенциалов. Одним из основных электромембранных процессов является элетродигилиз, который используется для очистки воды от ионов. Имеется множество производных процессов, основанных на использовании заряженных мембран и разности потенциалов (в качестве движущей силы). Некоторые из них, такие, как мембранный электролиз и применение биполярных мембран, будут описаны ниже. [c.370]

Концентрационная поляризация и диффузионный слой играют очень важную роль в формировании свойств мембранной системы. Можно сказать, что, хотя свойства самой мембраны и являются основополагающими, знания этих свойств еще недостаточно для того, чтобы определить выходные характеристики всей системы и управлять ходом электромемб-ранного процесса. В первую очередь это является следствием того, что при достаточно высоких плотностях тока мембранный процесс лимитируется переносом ионов через диффузионный слой. В этих условиях не только суммарный скачок потенциала, но и такое свойство, как специфическая селективность по отношению к одному из сортов конкурирующих противоионов, определяется параметрами обессоливаемого диффузионного слоя. Параметры диффузионного слоя зависят от конструкции мембранного аппарата и от скорости прокачивания раствора. Таким образом, становятся более понятными пути совершенствования электромембранных аппаратов для этого требуются мембраны с заранее заданными свойствами и конструкции каналов, обеспечивающие оптимальные параметры диффузионного слоя. В большинстве случаев оптимальным будет диффузионный слой минимальной толщины, и здесь очень важной оказывается возможность воздействовать на диффузионный слой не только чисто гидродинамическими приемами, но и использовать для этого сопряженные эффекты, такие как гравитационная конвекция и электроконвекция. Отметим также, что конечный результат будет зависеть еще и от того, таким образом протекает эволюция порции раствора, движущейся по мембранному каналу, в частности, от того, каким образом будут воздействовать продукты электромембранных реакций на ход процесса (установлено [17, 218], например, что сдвиг pH в камере обессоливания отрицательно влияет на характеристики процесса обессоливания происходит снижение выхода по току из-за участия в переносе электричества продуктов диссоциации воды, кроме того, ионы воды вызывают эффект депрессии потока противоионов соли, противоположный эффекту экзальтации). Такого рода эффекты, проявляющиеся при движении раствора по длине мембранного канала, изучает динамика электродиализа, однако этот раздел мембранной электрохимии уже выходит за рамки данной книги. [c.347]

Практически во всех электромембранных процессах обрабатываемые растворы протекают между параллельньп 1и плоскими ионообменными мембранами (фиг. 1, гл. 1). Поэтому гидродинамика в таких устройствах соответствует гидродинамике потока между параллельными пластинами. [c.36]

Используемое в электромембранных процессах оборудование (насосы, резервуары, фильтры) большей частью является стандартным, применяемым и в других промышленных процессах, однако мембранный пакет уникален. Он представляет собой устройство, предназначенное для удержания набора мембран между электродами в таком положении, чтобы потоки обрабатываемых растворов оставались разделенньгми, [c.50]

Для осуществления процессов с применением обычных электродиализных пакетов материалы большей частью выбираются изготовите лем электродиализного оборудования. В процессах с использованием специальных электромембранных пакетов (например, с биполя1>-ными электродами, со специальным расположением мембран) к компонентам пакетов могут быть предъявлены специфические требования. Для этих случаев характеристики материалов, используемых в обычном электрохимическом оборудовании, например в хпор-ще-лочных, водород-кислородных, перекисноводородных ячейках, можно найти в специальных книгах и справочниках /1,2/. Полезной может оказаться информация изготовителей упрочненных пластмасс и электродных материалов. [c.54]

Сопротивление мембраны не поддается вычислению простыми методами, поэтому его измеряют. Хотя в электромембранных процессах используется постоянный ток, для измерения электрического сопротивления мембран обычно применяют переменный ток, так как в этом случае не образуется градиентов концентрации, свойственных системам с постоянным током. Однако сопротивление мембраны переменному току ниже сопротивления постоянному току. В раг-боте /21/ рассмотрены некоторые возможные причины этого различия. Приблизительную величину сопротивления мембраны постоянному току можно определить измерением ее сопротивления переменному току в простой мостовой схеме /22/ и умножением рез1иь-тата измерения на 1,75. Если же необходимо точное значение, сопротивление прямому току следует определять в условиях использования мембраны. [c.62]

Было показано, что электродиализный метод является эффективным методом удаления из сыворотки части ионизованных солей. Кроме классического варианта электродиализа с катионо- и анионоселективными мембранами, в этом процессе применялся также вариант электродиализа с катионоселективными и нейтральными мембранами (обеднение переносом). Каждый из этих вариантов имеет достоинства и недостатки, однако оба они - приемлемые и практичные методы достижения конечного результата. Например, в настоящее время из сыворотки с помощью электромембранной технологии (путем обычного электродиализа и обеднения переносом) вырабатывается за год около 9 тыс. т деминерализованных твердых веществ. Планируется также сооружение новых установок. [c.67]

Во втором варианте электромембранной технологии деминерализации молочной сыворотки применяется процесс, называемый обеднением переносом (фиг. 2), Обеднение переносом даляется аналогом классического электродиализа, за исключением того, что вместо анионообменных мембран используются нейтральные, или неселектиБные, мембраны. Катионообменные мембраны идентичны мембранам, используемым в обычном электродиализе. В качестве неселективных мембран часто используются диализные мембраны или же целлюлозные пленки. [c.69]

Схема четырехпоточного электродиализного процесса переработки сульфитного щелока показана на фиг. 1. В этом процессе отработанный щелок с концентрацией твердых веществ 10 - 40% подается в камеру, образованную с одной стороны (катодной) катионоселективной мембраной и с другой (анодной) - нейтральной или неселективной мембраной. Таким образом, в противоположность способу обработки относительно разбавленных стоков целлюлозных заводов методом обратного осмоса, описанному в гл. 11, электромембранный способ более подходит для обработки концентрированных стоков. Растворы, протекающие с одной и другой сторон камеры для шелока, называются анолитным и католитным растворами. Ионы основания регенерируются в растворе католита в виде бисульфита. Органические анионы выделяются в анолитный раствор в виде кислот. Через четвертую камеру четырехкамерной ячейки, которая является повторякмцимся элементом электродиализного пакета, рециркулирует раствор сернистой кислоты, получаемой инжек- [c.82]

Для обработки варочных щелоков были предложены и другие электромембранные методы и оборудование. Некоторые из них раз-рабатывапись специально для сульфитных щелоков, другие предназначены для сульфатных. Схема одного из этих процессов приведена на фиг. 3 /5/, Мембранный пакет состоит только из катионообменных ( С) мембран. Механизм регенерации основания состоит в переносе ионов натрия и водорода (обмене этими ионами), В этом процессе отработанный сульфитный щелок протекает через параллельные камеры, чередующиеся с камерами, заполненными сернистой кислотой ( ). При соответствующем выборе катионообменных мембран ионы натрия переходят из отработанного сульфитного щелока в камеры с раствором Н 50 и образуют биоульфитный варочный раствор. Ионы водорода из раствора сернистой кислоты переносятся в сульфитный щелок и образуют лигносульфоновую кислоту. Осуществление этого процесса по электрогравитационной схеме, т.е. с образованием тяжелого раствора бисульфита натрия в нижних зонах чередующихся камер и выведением его из этих зон, эффектив- [c.84]

Для электромембранных процессов переработки шелоков от производства волокнистой массы были предложены и другие варианты чередования нейтральных, катионо- и анионообменных мембран. [c.85]

Соли, или электролиты, представляют собой соединения, которые диссоциируют вводе на положительно (катионы) и отрицательно заряженные (анионы) ионы. Если постоянный электрический ток пропускать через раствор, то катионы и анионы будут проводить ток и двигаться в противоположных направлениях. Скорость и направление потока ионов будут зависеть от 1ютенциала и плотности тока, а также от сопротивления растворов и мембран и характеристик индивидуальных ионов — заряда и валентности. Электродиализ — исключительно экономически важный электромембранный процесс, который используется для обеднения (или концентрирования) водных растворов, содержащих ионы растворенных веществ низкой молекулярной массы. Описано много разновидностей этого процесса [39] наиболее распространенный вид электродиализа — перемещение ионов через селективные катионо- и анионообменные мембраны в результате прохождения электрического тока. Электродиализ может использоваться для отделения электролитов от неэлектролитов [40] для обеднения [41] или концентрирования [42] электролитов в ионном обмене [43] реакциях обмена [39] при фракционировании электролитов [44] и разделении продуктов электролиза [45]. [c.42]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология