Мембраны диффузионные

Обязательными условиями возникновения автоколебательных режимов являются открытость системы и сильная нелинейность химических превращений, которые обязательно должны включать реакции автокаталитического типа, когда одни реагенты усиливают, а другие подавляют собственное образование. Реакционно-диффузионные мембраны при определенной модели химических превращений (типа брюсселятор—) вполне отвечают этим условиям. [c.37]

Рис. 6.5. Схематическое изображение концентрационного профиля виртуального раствора в системе диффузионный слой 1/мембрана/диффузионный слой II

В процессе плазменного осаждения на поверхности подложки образуется полимерный слой, который заполняет поры. Это обусловливает изменение характера переноса воды через подложку от капиллярного потока в порах до диффузионного через непористую гомогенную мембрану. Возможны также случаи смешанного потока. Анализ свойств мембран, полученных путем плазменной полимеризации, показал [91], что при плазменном осаждении в течение 7 мин получаются мембраны диффузионного типа. Если же обработка проводилась в течение 4 или [c.79]

Рис. 19.7. Схема перехода водорода с поляризационной стороны мембраны на диффузионную

Потенциал характеризует работу перемещения единицы массы компонента из объемной газовой фазы в поле действия сил материала мембраны градиент этой величины определяет движущую силу массопереноса. В пористых сорбционно-диффузионных мембранах заметное влияние оказывают адсорбционный и капиллярный потенциалы, в непористых — парциальный химический потенциал и химическое сродство. [c.14]

Водный раствор метанола из е.мкости I подается на подогрев н испарение в теплообменник 2 и далее в пароперегреватель 3. Из пароперегревателя перегретый пар поступает в конверсионные камеры реактора 4, где на катализаторе при 250—ЗОО С осуществляется процесс паровой конверсии с образованием газовой с.меси, состоящей в основном из водорода (около 72%), углекислого газа (около 23%) и окиси углерода (около 2%). Из реактора конвертированный влажный газ поступает на мембраны диффузионного отде- [c.365]

В следующих разделах 6.4-6.7 мы сформулируем и проведем анализ решения задачи транспорта ионов в трехслойной системе диффузионный слой/мембрана/диффузионный слой. Основное внимание будет уделено влиянию концентрационной поляризации на концентрационные профили и селективность мембранной системы. Уравнения переноса записываются в форме уравнений Нернста-Планка, предполагается выполнение локального термодинамического равновесия и условия электронейтральности. [c.272]

Рис. 6.7 Концентрационные профили виртуального раствора в системе диффузионный слой/мембрана/диффузионный слой при диффузии бинарного электролита в отсутствие электрического тока

Состав раствора с левой стороны мембраны сохраняется неизменным, диффузионный потенциал гро в системе (7.73) мал и тоже почти постоянен их можно поэтому объединить в константу. В нее же можно включить небольшую разность обусловлен- [c.175]

Термодинамические и кинетические представления о процессе проницания газов через мембраны опираются прежде всего на понятия о формах энергетического взаимодействия проникающих газов с матрицей и о механизме массопереноса. Оба критерия позволяют провести довольно детальную классификацию газоразделительных мембран, однако целесообразно ограничиться главными признаками. Все мембраны в зависимости от возможности фазового массопереноса можно разделить на две группы —с пористой и сплошной матрицей. По энергетическому критерию можно выделить четыре типа мембранных систем пористые газодиффузионные и сорбционно-диффузионные, непористые сорбционно-диффузионные и реакционно-диффузионные. [c.13]

Рассмотрим особенности кинетики мембранных систем вдали от равновесия, используя одномерную модель процесса [4). Реакционно-диффузионная мембрана представляет собой открытую систему с распределенными реакционными параметрами. На границах этой системы происходит обмен веществом с газовой смесью в напорном и дренажном каналах в каждой точке пространства внутри мембраны (0<годновременно химические реакции и диффузия реагентов. В реакциях участвуют компоненты разделяемой газовой смеси, вещества матрицы мембраны и промежуточные соединения. Поскольку на граничных поверхностях поддерживаются различные внешние условия, в мембране в любой момент существует распределение концентраций реагентов i(r, т), в общем случае неравновесное. Движущая сила химической реакции — химическое сродство Лг, являясь функцией состава, также оказывается распределенным параметром. [c.29]

В непористых сорбционно-диффузионных мембранах сплошная матрица и газы образуют раствор. Структурная основа мембраны может быть кристаллической, аморфной или аморфно-кристаллической. Химический потенциал каждого компонента определяется, в первую очередь, взаимодействием с матрицей, а также другими компонентами разделяемой газовой смеси. Природа связи — физико-химическая (силовое поле молекул), механизм переноса — диффузионный, возможна диссоциа ция молекул, однако образование новых химических соединений [c.13]

Таким образом, каждый тип мембраны характеризуется видом взаимодействия молекул газа и структурных элементов матрицы. Количественными характеристиками этого.взаимодействия являются энергия связи и потенциал, зависящие от параметров межмолекулярного взаимодействия, молекулярной природы и морфологии матрицы мембраны. Энергия связи определяется тепловым эффектом, сопровождающим образование системы мембрана — газ для сорбционно-диффузионных мембран— теплотой сорбции, в реакционно-диффузионных мембранах, кроме энтальпии растворения газов, заметный вклад вносит тепловой эффект химической реакции. В газодиффузионных мембранах энергия связи близка к нулю. [c.14]

В мембранных системах с возрастающей энергией связи повышение селективности сопровождается снижением проницаемости и, следовательно, производительности мембранных модулей. В ряде случаев этого удается избежать путем формирования оптимальной структуры матрицы мембраны, направленного синтеза полимерных материалов для разделения газовых смесей определенного состава, причем особенно перспективны реакционно-диффузионные мембраны, в которых возможно максимальное приближение к природным мембранным системам за счет сопряжения процессов диффузии, сорбции и химических превращений. [c.15]

Управляющим параметром мембранной системы обычно является одно из внешних условий, например концентрация разделяемой смеси. Следовательно, изменение ее в определенных пределах может привести к триггерному режиму функционирования реакционно-диффузионной мембраны, если процессы в ней моделируются уравнением типа (1.35). [c.37]

Скорость массопереноса, характеризуемая коэффициентами диффузии газов в конденсированных средах, невелика и обычно на несколько порядков меньше, чем в объемной газовой фазе или при свободномолекулярном течении. Поэтому для получения мембран удовлетворительной проницаемости стремятся уменьшить толщину плотного слоя, который принято называть селективным или диффузионным. Наиболее перспективны асимметричные и двухслойные мембраны, протяженность селективного слоя которых порядка м. Механическая прочность и другие технологические свойства мембраны обеспечены пористым слоем подложки толщиной 30—500 мкм, диффузионное сопротивление которого незначительно. [c.71]

После подстановки уравнений (3.85) в (3.84) и (3.21) в (3.83) получим температурную зависимость сорбционного и диффузионного факторов разделения и селективности мембраны в виде соотношений [c.108]

Первый член в показателе экспоненты учитывает различие в концентрационной зависимости коэффициентов самодиффузии чистых компонентов в данном полимере, величины и р, характеризуют, согласно (3.64), изменение свободного объема диффузионной среды с ростом объемной доли ф, растворенного компонента, /(7, Р, ф,=0)—доля свободного объема матрицы мембраны. Величины ф, и ф определяются растворимостью компонентов и являются функцией давления. [c.109]

Кристаллические и, плотные аморфные материалы обычно непригодны для создания мембран. Это обусловлено малой долей свободного объема и большим временем релаксации для процессов перераспределения вакансий и других дефектов структуры, в результате чего резко снижается растворимость газов и скорость миграции растворенного вещества. Равновесные и кинетические свойства подобных систем во многом определяются высокими значениями потенциала межатомного (межмолекулярного) взаимодействия, обычно превышающего средние значения кинетической энергии КьГ этим объясняется малая подвижность структурных элементов. Однако легкие разы типа Нг, Не, Оа, N2 с наиболее низкими значениями параметров (е,/, о, ) парного потенциала молекулярного взаимодействия могут в некоторых плотных матрицах образовывать системы с повышенной растворимостью и удовлетво рительными диффузионными характеристиками. Наиболее перспективны металлические мембраны на основе палладия для извлечения водорода, а также стекла для выделения гелия [8, 10, 19—21]. [c.114]

Естественно, диффузионные характеристики мембраны при этих условиях различны. С ростом температуры область неупорядоченной фазы расширяется и при Г>Гкр, когда энергия 8 115 [c.115]

А и в — напорный и дренажный каналы мембраниого элемента / и 2 — диффузионный н пористый слой мембраны С и — концентрации компонента газовой смеси в напорном и дренажном каналах и — концентрации проникающего газа в матрице мембраны С и — коицевтрацин компонента в каналах подложки [c.85]

Скорость диффузии различна в упорядоченной и неупорядоченной фазах раствора экспериментальные данные свидетельствуют о заметном росте значений Dim в области высоких концентраций водорода [8]. Ранее отмечалось, что образование упорядоченной фазы раствора внедрения сопровождается сильным деформационным взаимодействием в матрице, приводящим к заметному увеличению параметров кристаллической решетки, что эквивалентно росту доли свободного объема при пластификации аморфной матрицы полимерной мембраны. Эти явления также приводят к увеличению скорости диффузии и растворимости. При температурах, меньших критических, процесс диффузии по существу происходит в гетерофазной системе, состоящей из зон упорядоченной и неупорядоченной фаз с различными диффузионными характеристиками. В этой области эффективный коэффициент диффузии будет зависеть от субструктуры кристаллической матрицы мембраны, по аналогии с гетерофазными полимерными матрицами [см. уравнения (3.44) и (3.45)]. [c.117]

Если мембрана селективна и обладает различной проницаемостью для компонентов смеси, а при диффузионном смешении [c.122]

Рассмотрим некоторые особенности развития диффузионного пограничного слоя. При отсосе через верхнюю пластину распределение плотности в сечении канала не может формировать неустойчивые структуры в гравитационном поле мембрана более проницаема для СО2. В этом случае развитие диффузионного пограничного слоя происходит устойчиво — высота слоя и градиенты концентрации на стенке растут по длине канала. С увеличением скорости движения пограничный слой сжимается, градиенты концентрации на стенке растут. Повышение давления в напорном канале интенсифицирует отсос, определяемый числом Пекле Реи = УяЯ/ ) при этом также растут градиенты концентрации (см. рис.-4715). [c.142]

Массообмен в напорном и дренажном каналах определяется конвекцией и диффузией. Структура потоков в этих каналах может приближаться к предельным моделям идеального вытеснения или смешения чаще же она представляет более сложную модель, учитывающую влияние продольного и поперечного перемешивания. Массоперенос в мембране определяется типом мембраны (см. гл. 1) и может быть только диффузионным или же диффузионным и фазовым одновременно, как в пористых мембранах и пористой основе асимметричных мембран. [c.157]

В общем случае помимо доннановой разности потенциалов необходимо учитывать возникающий внутри мембраны диффузионный потенциал, обусловленный различием в подвижностях катиона и аниона. Для расчета диффузионного потенциала используют уравнение ( 1.27), интегрирование которого проводят при предположении о постоянстве чисел переноса и коэффициентов активностей ионов внутри мембраны. [c.153]

Проницаемость газов и паров через непористые полимерные мембраны складывается из последовательности элементарных актов диффузии (молекулярной или турбулентной) распределяемого вещества из ядра первой среды к поверхности мембраны, абсорбции его мембраной, диффузии в ней, десорбции и диффузии его от поверхности мембраны в ядро потока второй среды. При этом, в силу большого диффузионного сопротивления мембраны, диффузионными сопротивлениями пограничных слоев обычно можно пренебречь и считать концентрацию газа (пара) у поверхности мембраны равной концентрации в ядре потоков фаз. В этих условиях параметрами, определяющими процесс, являются характеристики изотермы сорбции—десорбции распределяемого вещества и коэффициент молекулярной диффузии его в полимере. Если коэффициент диффузии газа в мембране D = onst, изотерма сорбции— десорбции линейная, то коэффициент проницаемости можно выразить соотношением [c.538]

Для количественного объяснения этого явления выделим в мембранном потенциале три компонента гютен-циал Нернста Аф на границе раздела раствор (/), мембрана, диффузионный потенциал внутри мембраны Дфо и потенциал Нернста Аф, на границе раздела мембрана /раствор (2) [c.196]

В ранних работах описание концентрационной поляризации ионообменных мембран, по аналогии с кинетикой электродных процессов, ограничивалось выписыванием уравнений переноса Нернста-Планка в обессоливаемом диффузионном слое, принятии условия равновесия на границе с мембраной и использовании упрощенных уравнений переноса в мембране (однослойная или двуслойная модель) [71-76]. Имеется сравнительно небольшое число работ, развивающих трехслойную смешаннодиффузионную модель (система диффузионный слой I /мембрана/ диффузионный слой [c.272]

Матрица мембраны, изготовленная из сплава, обычно представляет гетерофазнуго систему с довольно сложной субструктурой, зависящей также и от технологии получения. Сорбционные и диффузионные характеристики каждой из фаз различны, средние значения растворимости и коэффициента диффузии, определяющие проницаемость мембраны, зависят от формы и размеров кристаллических образований, их взаимного расположения, концентрации растворенного вещества и других характеристик морфологии гетерофазных твердых растворов. [c.118]

Одновременно с этим потенциал диффузионной стороны также становится более отрицательным. Такой переход водорода н передача потенциала с поляризационной стороны на диффузионную возможны в том случае, если образующийся в процессе разряда атомарный водород не успевает покинуть поверхность электрода. Его ко1щентрация увеличивается по сравнению с равновесной, и он начинает проникать в глубь палладия, достигая диффузионной стороны мембраны. Появление избыточного водорода на диффузионной стороне сдвигает ее потенциал в отрицательном направлении, что также указывает на медленное протекание рекомбинации. Однако, по Фрумкину, иереиапря-жение водорода на палладии нельзя приписать только замедленности рекомбинации. Если поляризовать мембрану малым током до постоянного значения потенциала, а затем выключить ток, то для каждой из ее сторон получаются различные кривые спада потенциала. На поляризационной стороне непосредственно после выключения тока наблюдается резкое падение перенапряжения, которое затем уменьшается значительно медленнее. На диффузионной стороне проявляется только второй участок, т. е. после выключения тока потенциал постепенно сдвигается к его разновесному значению в данном растворе. Быстрый спад перенапряжения объясняется замедленностью разряда, медленный спад — удалением избыточного водорода. [c.418]

Непористые реакционно-диффузионные мембраны отличаются от прочих химической формой связи компонентов разделяемой смеси и исходного материала мембраны. Химические реакции приводят к образованию новых веществ, участвующих в транспорте целевого компонента. Массоперенос компонентов разделяемой газовой смеси определяется не только внешними параметрами и особенностями структуры матрицы, но и химическими реакциями, протекающими в мембране. В подобных системах за счет энергетического сопряжения процессов диффузии и химического превращения возможно ускорение или замедление мембранного переноса, в определенных условиях возникает активный транспорт, т. е. результирующий перенос компонента в направлении, противоположном движению под действием градиента химического потенциала этого компонента. В сильнонеравновесных мембранных системах могут формироваться структуры, в которых возникают принципиально иные механизмы переноса, например триггерный и осциллирующий режимы функционирования мембранной системы. Обменные процессы такого рода обнаружены в природных мембранах, но есть основания полагать, что синтетические реакционно-диффузионные мембраны в будущем станут основным типом разделительных систем, в частности, при извлечении токсичных примесей из промышленных газовых выбросов. [c.14]

В реакционно-диффузионных мембранах, где возникают, мигрируют и распадаются промежуточные химические соединения, массоперенос описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений, решение которых неоднозначно и сильно зависит от степени неравновесностн системы при этом в результате сопряжения диффузии и химической реакции возможно возникновение новых потоков массы, усиливающих или ослабляющих проницаемость и селективность мембраны по целевому компоненту. При определенных пороговых значениях неравно-весности, в так называемых точках бифуркации, возможна потеря устойчивости системы, развитие диссипативных структур, обладающих элементами самоорганизации. Это характерно для биологических природных мембран, а также для синтезированных полимерных мембранных систем, моделирующих процессы метаболизма [1—4]. [c.16]

Диффузионный поток растворенного газа находят по уравнению (3.22), в котором скорость перемещения плоскости отсчета, определяемая по условию (3.23), в силу нецодвижности вещества матрицы мембраны равна [c.76]

Определение интегрального коэффициента проницаемости асимметричных мембран замет о усложняется. Это обусловлено анизотропностью структуры пористой подложки и неопределенностью границы диффузионного слоя (фактически имеется не граница, а область перехода от сплошной матрицы мембраны к пористой). Расчет скорости массопереноса пористых сред анизотропной структуры основан на использовании дифференциальных функций распределения пор, зависящих от координаты [9]. Экспериментальная оценка этих функций трудоемка и ненадежна, поэтому опытные значения Л асимметричных мембран часто относят к условной толщине селективного слоя, полагая сопротивление массопереносу пористой основы пренеб- [c.84]

Обсудим проблему селективности процесса в полимерных мембранах. Столь большое число факторов, влияющих на проницаемость чистых газов, очевидно, скажется на селективности процесса. При разделении газовых смесей в общем случае необходимо учитывать взаимное влияние диффузионных потоков компонентов в мембране, при этом основные сорбционные и диффузионные характеристики процесса оказываются сложной функцией состава газовой смеси. Небольшая примесь сильно-сорбируемого компонента, который отличается специфическим взаимодействием с веществом матрицы мембраны или одним из прочих компонентов смеси, может радикально изменить проницаемость всех компонентов, поэтому принцип аддитивности при определении общего потока через мембрану и оценку селективности процесса на этой основе следует проводить с большой осторожностью. Тем не менее воспользуемся указанным принципом для выявления некторых закономерностей разделения. [c.104]

Общий эффект изменения селективности проницания газов через полимерные мембраны определяется одновременным воздействием диффузионного и сорбционного факторов разделения, каждый из которых, как было показано выше, является сложной функцией температуры и давления. В качестве примера в табл. 3.9 приведены результаты экпериментальной работы [16], [c.110]

Процесс массообмена моделировали в плоском канале высотой Н= —4 мм, шириной г = 60 мм и общей длиной 950 мм, включавшей зону гидродинамической стабилизации (400 мм) и участок селективного отсоса (450 мм). Верхние и нижние стенки канала проницаемы (использована асимметричная мембрана из поливинилтриметилсилана). Развитие диффузионного пограничного слоя контролировали в пяти точках канала, где установлены оптические окна. Для измерения профиля концентраций использован интерферометрический принцип регистрации фазовых изменений фронта световой волны при прохожденпи ее через оптическую неоднородность, представляющую собой двумерный диффузионный пограничный слой. Интерферограм-мы процесса фиксировали с помощью фото- и киносъемок и расшифровывали на микрофотометре. Оптическая система создана на базе теневого прибора ИАБ-431 [45]. [c.139]

Рпс, 4.13. Интерферограммы диффузионного пограппчного слоя при одностороннем расположении мембраны в канале (Кео = 2048 Р = 1,1 МПа) [43] а —л7Я=12,5 б —х1Н = 34.5 [c.141]

Расчет процесса разделения смеси в мембранном модуле представляет сопряженную задачу, включающую решение системы уравнений, неразрывности, движения и диффузии (4.1ч-4.4) в напорном и дренажном каналах, которые взаимосвязаны граничными условиями в форме уравнений проницания (4.5- -4.8). Следует учесть, что скорость отсоса (вдува) и селективность мембраны являются функцией термодинамических и гидродинамических параметров газовых потоков, меняющихся вдоль канала и зависящих от выбранной схемы движения в мембранном модуле. Кроме того, в определенных условиях возможно возникновение свободной конвекции вследствие концентрационной неустойчивости диффузионного погранслоя. Численное решение системы дифференциальных уравнений весьма громоздко и в ряде случаев основано на существенных упрощениях реальной физической картины, например, не учитывается продольная диффузия и свободная конвекция. Процедуру вычислений можно упростить, если использовать одномерные уравнения расхода, импульса и диффузии (4.18), (4.21) и (4.29) и обобщенные законы массообмена, изложенные выше. [c.150]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология