Разделение с использованием мембран

Процессы мембранного разделения с использованием обратноосмотических мембран однотипны. Исходную разделяемую жидкость насосом под давлением прокачивают с определенной скоростью над рабочим слоем мембраны. Вода и часть растворенных в ней веществ проталкиваются сквозь поры мембраны и отводятся в виде фильтрата. Молекулы, их ассоциаты и частицы жидкой смеси, имеющие больший размер, чем размеры пор мембраны, задерживаются, концентрируются в остатке жидкой смеси и образуют второй продукт процесса — концентрат. Концентрат циркулирует непрерывно до получения требуемой или допустимой степени обезвоживания задержанных мембраной веществ. Процесс осуществляют при давлении 1,4—5 МПа и скорости истока жидкой среды над мембраной 0,2—0,3 м/с. Установки обратного осмоса компактнее дистилляционных и электродиализных, просты и удобны в эксплуатации. [c.107]

Нефтезаводские газы, подлежащие разделению, представляют собой смесь углеводородов с водородом. Основные физические константы водорода и газообразных углеводородов приведены в табл. 12. Водород из этих газов вьщеляют методами глубокого охлаждения, абсорбцией, адсорбцией, диффузией через мембраны с избирательной проницаемостью для водорода. Метод глубокого охлаждения нашел промышленное применение для выделения Нз из водородсодержащих газов. Для получения водорода высокой степени чистоты используют метод короткоцикловой адсорбции на цеолитах. Водород очень высокой степени чистоты в небольших количествах получают диффузией через мембраны из сплавов палладия, проницаемых для водорода, но непроницаемых для других газов и паров. Разрабатываются и полимерные мембраны, обладающие аналогичными свойствами, Метод абсорбции углеводородами с последующей ректификацией, особенно при пониженной температуре, может быть также использован для концентрирования водорода. Этот процесс имеет место в системах гидроочистки (см, стр, 20). [c.42]

Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях народного хозяйства. Для осуществления этих процессов уже давно применяют разнообразные способы перегонку и ректификацию, абсорбцию и адсорбцию, экстракцию и др. Однако природа за миллионы лет эволюции живых организмов выработала наиболее универсальный и совершенный метод разделения с использованием полупроницаемых мембран. Действительно, биологические мембраны обеспечивают направленный перенос необходимых организму веществ из внешней среды в клетку, и наоборот. Без мембран невозможны были бы дыхание, кроветворение, синтез белка, усвоение пищи, удаление отходов и другие процессы. [c.13]

Диффузионные мембраны обычно применяются для разделения газовых и жидких смесей методом испарения через мембрану [1]. Для разделения растворов под действием градиента давлений эти мембраны практического применения пока еще не находят, так как скорость процесса при использовании известных мембран этого типа очень низка. Она может быть увеличена путем создания ультратонких анизотропных диффузионных мембран (рис. П-2), а также повышением температуры разделяемой смеси. Перенос вещества через непористые мембраны рассмотрен в работах [1, 11]. [c.47]

Отмечены недостатки способа ввода проб через резиновую мембрану. Описан способ без использования мембраны, проверенный на разделении смеси в-в с широким интервалом т. кип. н-пентан, циклогексан, и-октан. Проверка показала незначительное фракционирование при вводе и хорошую воспроизводимость результатов. [c.202]

На перенос растворенного вещества через мембрану оказывает влияние такое важное явление, как концентрационная поляризация. Это явление увеличения концентрации растворенного вещества, задерживаемого мембраной у ее поверхности вследствие избирательного перемещения растворителя через мембрану. Например, в случае осмотического процесса растворенное вещество, не имея возможности проникнуть через мембрану, накапливается в тонком пограничном слое у ее поверхности, где его концентрация становится выше, чем в основном объеме раствора. Эта увеличившаяся концентрация приводит к снижению эффективного давления вследствие увеличения осмотического давления раствора, определяемого концентрацией именно в пограничном слое, что ведет к снижению скорости процесса и к лучшей селективности. В некоторых случаях концентрация растворенного вещества в этой тонкой пленке может стать настолько высокой, что последняя делается очень вязкой и желеобразной. Диффузия через этот слой геля идет более медленно, чем через саму мембрану, даже при увеличении разности давлений по обе стороны мембраны. Поэтому при использовании мембраны в процессе молекулярного разделения важно уметь определять, контролируется ли процесс переноса вещества диффузией через мембрану или же диффузией через гелевый слой последнее указывает на необходимость регенерации или замены мембраны. Образование гелевого слоя, если его нельзя предотвратить, может произойти в течение нескольких минут от начала фильтрации. Коль скоро такой слой геля образовался, он становится определяющим фактором, который влияет на скорость потока больше, чем сама мембрана. [c.352]

В последние годы все большее внимание уделяют разделению жидких и газовых смесей с использованием полупроницаемых мембран (мембранные методы). Полупроницаемые мембраны обладают замечательным свойством — пропускать одни вещества и задерживать другие. Для использования в крупных промышленных установках разработаны четыре основных типа аппаратов для мембранного разделения с трубчатыми мембранными элементами типа фильтр-пресса с плоскокамерными мембранными элементами с мембранами в виде полых волокон с рулонными или спиральными мембранными элементами. [c.164]

В промышленности получили распространение процессы, основанные на фильтровании растворов через полупроницаемые перегородки (мембраны). Ультрафильтрование при давлении 0,1— 0,5 МПа обеспечивает отделение частиц размером до 0,5 мкм, а использование обратного осмоса при давлении 3—10 МПа позволяет производить очистку растворителя от частиц, равных диаметру молекул или гидратированных ионов. Качество разделения зависит от природы и концентрации соединений в сточных водах, от температуры, давления и конструкции аппарата, В результате очистки воды получается 5—20 % раствор солей и вода, которая по своим свойствам чаще всего удовлетворяет санитарным и технологическим требованиям [5,22, 5.24, 5.55, 5.64]. [c.475]

Первое сообщение о возможности практического использования явления селективной проницаемости компонентов газовой смеси через полимерные или металлические перегородки — мембраны было сделано Грэхемом в середине XIX века. Однако от открытия явления до его промышленного применения прошло более столетия. Это объясняется, прежде всего тем, что в то время промышленность не была подготовлена к использованию этого явления. Внедрению мембранного метода разделения газов в промышленность способствовали результаты изучения явлений, связанных с селективным переносом молекул газов через сплошные (гомогенные) и микропористые мембраны, имеющие неорганическую или полимерную природу, успехи в синтезе полимеров с газоразделительными свойствами, разработка методов получения высокопроизводительных (асимметричных, композиционных, напыленных и т. д.) полимерных, металлических и керамических мембран, создание конструкций и методов расчета мембранных аппаратов и установок. [c.6]

Следует отметить, что высокую степень разделения газовой смеси с помощью мембранной колонны можно получить, используя мембраны с относительно низкими значениями проницаемости и селективности. Предпочтительным представляется использование в аппаратах колонного типа мембран в виде полых волокон, сочетающих высокую плотность упаковки с достаточно хорошими технологическими характеристиками. [c.216]

Так, использование в качестве мембраны для разделения изотопов урана микропористых керамических (или металлокерамических асимметричных) капилляров (или трубок) целесообразно только при повышенных температурах и пониженных давлениях, причем из-за небольших значений фактора разделения в паре необходим многоступенчатый процесс. Мембран- [c.315]

Одной из важных областей использования избирательных мембран является применение их в качестве мембранных электродов. При соприкосновении двух растворов с различной концентрацией одного и того же электролита на их границе, как известно, возникает диффузионный потенциал тот же потенциал образуется при разделении обоих растворов мембраной с достаточно широкими порами, полностью лишенной ионной избирательности (электрохимически неактивной). При повышении избирательности мембраны измеряемый концентрационный потенциал от- [c.216]

Изучению влияния температуры на характеристики разделения обратным осмосом посвящено сравнительно небольшое число работ. Это объясняется тем, что ацетатцеллюлозные мембраны, которые получили наибольшее распространение при разделении, очистке и концентрировании водных растворов, разрушаются при температуре около 60 °С. Кроме того, с повышением температуры существенно возрастает скорость гидролиза ацетатцеллюлозных мембран [154], что сокращает срок их эффективной работы. Поэтому при использовании таких мембран в большинстве случаев нецелесообразно выходить за пределы комнатных температур. [c.183]

Изменение температуры позволяет регулировать селективность газопроницаемости, так. как с повышением температуры скорость переноса газов через полимерные пленки возрастает, а селективные свойства пленок ухудшаются. Использование температурной зависимости селективности газопроницаемости полимеров расширяет возможность применения одной полимерной мембраны для разделения различных газовых смесей. [c.233]

Метод ионных подвижностей — ионофорез применяют для разделения и очистки неорганических веществ. Он основан на использовании различий в числах переноса ионов отдельных компонентов раствора в электрическом поле. При сочетании достаточно высокого градиента потенциала с противотоком растворителя замедляется движение менее подвижных ионов, в то время как более подвижные проходят навстречу растворителю. Эффективность разделения ионов возрастает с уменьшением диффузии и различных конвекционных потоков, вызываемых тепловым движением ионов и молекул. Поэтому специальные разделительные трубки заполняют мелкозернистым инертным материалом либо применяют кассеты из параллельно расположенных крупнопористых мембран, ограничивающих тепловое движение ионов и молекул вдоль потока растворителя. Применяемые в разделительных трубках крупнопористые мембраны легко проницаемы и для анионов, и для катионов. [c.106]

В связи с образованием в органических растворителях растворимых координационных соединений с ионами щелочных металлов макроциклические соединения можно рассматривать как ионофоры, т. е. соединения, способные переносить через жидкостные и липидные мембраны ионы металлов. На этом свойстве основано разделение ионов с помощью жидкостных мембран [39], моделирование мембранного переноса с использованием макроциклических металлокомплексов в биохимии и биофизике [16] и т д [c.21]

Молекулы разветвленных и циклических изомеров, как правило, диффундируют медленнее, чем молекулы нормального линейного строения того л<е молекулярного веса Ч В некоторых случаях для разделения смесей изомеров может быть с успехом использован метод диффузии-через полимерные мембраны. [c.61]

Сравиеиие затрат энергии на мембранный и криогенный методы разделения показывает, что даже при использовании мембраны Р-П, обладающей относительно невысокой селективностью, но большой производительностью, мембранный процесс получения обогащенного до 30% (об.) кислородом потока более выгоден. С использованием более селективных мембран эффективность мембранной установки увеличивается [91, 95]. [c.312]

Последнее соотношение весьма полезно. Оно позволяет определить, каким должно быть максимальное обогащение газа легкопроникаюхщш компонентом при использовании мембраны с заданным фактором разделения. [c.422]

В газодиффузионных мембранах влияние матрицы на перенос массы определяется только характеристиками поровой структуры и, прежде всего функцией распределения пор. Свойства исходного материала не сказываются на кинетике процесса, хотя могут ограничивать область использования, рели спектр размеров пор достаточно широк, то в мембарне при заданных параметрах газовой смеси может одновременно реализоваться несколько режимов течения для каждого компонента. Если же учесть, что фильтрационный перенос и концентрационная диффузия не способствуют разделению смеси, то очевидно, что более целесообразны мембраны с монокапиллярной структурой типа пористого стекла Викор , в которых можно создать свободномолекулярный режим течения. Обсудим закономерности массопереноса при этом режиме. [c.54]

Для процессов мембранного разделения газовых смесей с использованием высокоселективных композиционных мембран важен вопрос о концентрационной поляризации [14, 15]. В общем случае в результате селективного переноса компонентов газовой смеси через мембрану в напорном канале модуля возникает градиент концентраций по нормали к мембране. В результате у поверхности мембраны образуется пограничный слой, в котором концентрация целевого (или селективнопроникающего) компонента меньше, чем в ядре потока. В процессах мембранного разделения газов компоненты газовой смеси переносятся к мембране как конвекцией, так и молекулярной диффузией. Решение уравнения совместного конвективно-диффузи-онного переноса через пограничный слой к поверхности мембраны приводит к следующему выражению для концентрации целевого (или г-го) компонента ую в газовой фазе у поверхности мембраны в напорном канале [16] [c.172]

На рис. 5.15 приведено сравнение экспериментальных и расчетных данных для разделения воздуха в модуле на основе ПВТМС-мембраны и пористой подложки из мипласта (а°=3,55) при различных вариантах организации потоков. Результаты расчетов по модели параллельного (прямо- и противоположного) движения потоков в напорном и дренажном пространствах модуля совпадают с экспериментальными данными (относительная ошибка не более 3%). Как видно из рисунка, осуществление процесса разделения газов в аппаратах плоскорамного типа с использованием высокопроизводительных асимметричных или композиционных мембран наиболее эффективно при противотоке в напорном и дренажном пространствах. [c.183]

Высо-копроизводительные мембраны на основе полиоргано-силоксанов имеют сравнительно низкий фактор разделения, поэтому (кроме мембраны Р-11) широкого применения в мембранных аппаратах разделения воздуха не нашли. Исключение составляет композиционная мембрана в виде полых волокон Монсанто , в которой селективность разделения определяется материалом матрицы (полисульфон), в то время как сплошной слой (пол1иорганосилоксан) определяет производительность мембраны. Эта мембрана, как впрочем и другие в виде полых волокон (например, высокоселективная мембрана на основе поли-эфиримида), широкого промышленного применения в процессах разделения, целевым продуктом которых является обогащенный до 35—60% (об.) кислородом поток, пока не получила. Объясняется это, очевидно, высоким гидравлическим сопротивлением модулей с полыми волокнами. Однако в технологических процессах, протекающих при повышенных давлениях [например, при получении в качестве целевого продукта технического — до 95% (об.) — азота], использование аппаратов на основе полых волокон оказывается, учитывая высокую плотность упаковки, эффективным. [c.308]

У л ьт р а ф и л ь т р о в а н и с — процесс разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных мембран, пропускающих преимущественно или только молекулы низксмолекулярных соединений. Движущей силой ироцссса является разность давлений— рабочего (0,3—1 МПа) и атмосферного — по другую сторону мембраны. [c.79]

Электродиализ. Удаление ионных примесей из растворов электрохимическим методом с использованием мембран или диафрагм получило название электродиализа. Рассмотрим удаление сульфата натрия из воды в электродиализаторе с ионообменными мембранами. Простейший электродиализатор (рис. Х1У.З) состоит из трех отделений, разделенных двумя ионообменными мембранами, и двух электродов. Мембрана состоит из ионообменного материала, способного пропускать через себя либо катионы (ка-тионитовая мембрана — Мк), либо анионы (анионитовая мембрана— Ма). Вода, содержащая сульфат натрия, подается в среднее отделение электродиализатора. При подводе напряжения ионы натрия и водорода через катионитовую мембрану двигаются к катоду К, а сульфат-ионы и ионы гидроксида через аниони-товую мембрану — к аноду А. [c.380]

Использование ионообменных мембран в анализе Ионообменной (ионитовой) мембраной называют пленку, полученную из ионообменной смолы. Находясь в растворе электролита, ионитовые мембраны избирательно пропускают ионы только одного знака заряда, а именно катионитовые мембраны пропускают только катионы, анионитовые — анионы. Это свойство ионитовых мембран используют для разделения катионов и анионов, а также для их отделения от неэлектролитов методом электродиализа. Центральную часть электродиализатора, в которой находится анализируемый раствор, отделяют от анодной части анионитной, а от катодной — катионитной мембраной. В процессе электродиализа к аноду мигрируют только анионы, так [c.205]

Мембранные методы очистки отличаются высокой производительностью и не требуют больших затрат электроэнергии, в связи с этим их применение для разделения микробных суспензий весьма перспективно. Поэтому на заключительном этапе работы мы оценили возможность использования ультрафильтрационной установки с полыми волокнами ВПУ-100-ПА для разделения автолизованной бактериальной суспензии была получена зависимость производительности мембраны oi логарифма концентрации микробных клеток в концентрате. Из полученной зависимости мы смогли определить концентрацию гелеобразования и максимально возможную степень концентрирования бактериальной суспензии. Результаты расчетов показали, что максимальная степень концентрирования равна 3, при этом конечная концентрация клеток в ультраконцентрате составляет 150 г/л, что совпадает с концентрацией клеток в сгу1ценной суспензии, получаемой на стадии сепарации. [c.226]

Флотационное концентрирование биосуспензий, несмотря на известные положительные стороны (простота оборудования, низкие энергозатраты), ограниченно используется в связи с невысокой степенью извлечения микробных клеток в отдельном флотационном аппарате. Дополнительных технологических приемов при использовании в биохимическом производстве требует также способ фильтрационного разделения для мембранных фильтров. Это связано с подбором размеров пор и структуры мембраны, для барабанных фильтров с выбором фильтрующего материала, применением реагентов — фильтровальных добавок и т. д. [c.237]

Селективность и проницаемость мембран для обратного осмоса определяются рабочими т-рой и давлением и, кроме того, pH, концентрацией и природой исходной смеси. С повьиыением т-ры вследствие снижения вязкости р-ра величина О возрастает, а <р изменяется в зависимости от природы растворенных компонентов соотв. увеличивается и уменьшается при разделении водных р-ров неполярных и полярных соединений. Помимо этого, при высокой т-ре происходит постепенное уплотнение (усадка) мембран, что снижает их ресурс. С повышением давления проницаемость перегородок проходит через максимум, а селективность, как правило, возрастает. Под действием рабочего давления мембраны также уплотняются, что способствует уменьшению О, но практически не вызывает изменения <р. Скорость уплотнения несколько снижается, если процесс осуществляют при небольших т-ре и давлении или при использовании композитных мембран. Наилучшие условия работы полимерных перегородок достигаются в случае разделения смесей в нейтральной среде при комнатной т-ре. [c.24]

Наиболее перспективно применение данного метода для разделения азеотропных смесей. На рис. 24-9 представлены варианты (кривые 1-3) разделения азеотропной смеси изопропанол-вода при различных температурах в конденсаторе 6 (см. рис. 24-8). На рис. 24-9 приведена также равновесная кривая 4 для этой смеси (без мембраны). Такое эффективное разделение азеотропа объясняется тем, что механизм разделения методом испарения через мембрану принципиально отличается от широко применяемой для разделения жидких смесей ректификации, основанной на разности давления (упругости) паров компонентов смеси. Вместе с тем сочетание мембранных процессов с ректификацией позволяет получать двухтрехкратный экономический эффект. Например, для разделения смеси этанол-вода (рис. 24-10) с использованием баромембранных методов (микрофильтрации и обратного осмоса) и ректификации можно концентрировать разбавленные растворы до составов, близких к азеотропным. Разделение азеотропных смесей экономически выгоднее проводить испарением через мембрану. [c.334]

Мембранное газоразделение-разделение на компоненты газовых смесей или их обогащение одним из компонентов. При использовании пористых перегородок с преим. размером пор (5-30)-10 мкм разделение газов происходит вследствие т. наз. кнудсеновской диффузии. Для ее осуществления необходимо, чтобы длина своб. пробега молекул была больше диаметра пор мембраны, т. е. частота столкновений молекул газа со стенками пор превышала частоту взаимных столкновений молекул. Поскольку средние скорости молекул в соответствии с кинетич. теорией газов обратно пропорциональны 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. разделения смеси = и,/ 2 = (Мз/М,) , где 1 и 2-числа молей компонентов соотв. с мол. массами М1 и М2. В реальных условиях весьма трудно с помощью пористых мембран обеспечить чисто кнудсе-новский 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 . [c.25]

В настоящее время большое значение придается использованию низкотемпературных процессов разделения газожидкостных систем. В частности, процессы конденсации смесей легких углеводородов получения этана, сжижения метана и т. д. осуществляют с использ(ЗВанием искусственного холода. Альтернативные процессы — повышение давления, диффузия через мембраны, адсорбция и т. д. — для этой цели являются неконкурентоспособными. [c.23]

В главе о разделении веществ при помощи мембран (стр. 194) уже упоминался метод элек-тродекантации. Сущность этого метода заключается в том, что коллоидные частицы, передвигаясь к одному из электродов, наталкиваются на непроницаемую мембрану и образуют на ней тонкий слой вещества (см. рис. 220, стр. 203). Под тяжестью собственного веса накопившееся вещество затем сползает вдоль вертикально подвешенной мембраны и накапливается на дне сосуда. Этот способ был использован не только для концентрирования коллоидальных растворов (например, при промышленной обработке латекса [62]), но и для разделения высокомолекулярных веществ [34]. Рассмотрим одну из типичных конструкций для разделения веществ электродекантацией [42] (рис. 475). [c.533]

Мембранное газоразделение. Это процесс разделения на компоненты газовых смесей или их обогащение одним из компонентов. При использовании пористых мембран с преимущественным размером пор 0,005-0,03 мкм разделение газов происходит вследствие так называемой кнудсеновской диффузии. Для ее осуществления необходимо, чтобы длина свободного пробега молекул была больше диаметра пор мембраны, т.е. чтобы частота столкновений молекул газа со стенками пор превышала частоту взаимных столкновений молекул. Поскольку средние скорости молекул в соответствии с кинетической теорией газов обратно пропорциональны квадратному корню их масс, компоненты разделяемой смеси проникают через поры мембраны с различными скоростями. В результате пермеат обогащается компонентом с меньшей молекулярной массой, ретант (концентрат) - с большей. Коэффициент разделения смеси Кр = / 2 = где и 2 число молей компонен- [c.331]

Хрпмато-мембранные методы основаны на использовании капиллярных эффектов в пористых гидрофобных средах. В них хроматографический механизм межфазного обмена совмегг ается с прин-гщпом раздельного прохождения потоков двух фаз через зону массо-обмена - пористые мембраны. Применяются для непрерывного разделения венгеств в системах жидкость-жидкость и жидкость-газ. [c.54]

Концентрирование с использованием мембранной технологии осуществляют через фильтрующие осмотические мембраны под давлением без воздействия высоких температур и перемещивающих механических устройств, максимально сохраняя вещества концентрируемых экстрактов от разрущения. Мембранная фильтрация позволяет осуществить ряд принципиально новых технологических процессов тонкого разделения различных жидкостей. В этом процессе в качестве пористых перегородок используют полимерные пленки (мембраны) с развитой системой пор, размеры которых колеблются от тысячной доли микрона до нескольких микрон [3]. [c.486]

Гомогенные анионитовые мембраны, содержащие винилпиридин, обладают комплексообразующимп свойствами по отношению к солям тяжелых металлов, таким как Си, Со, N1, а также высокой сорбционной способностью прп поглощении фенола-из его раствора. Интересные результаты получены при использовании гомогенных анионитовых мембран при разделении кислых продуктов гидролиза древесины на раствор сахаров и серную кислоту. [c.136]

Метод конденсации позволяет получить водород высокой степени чистоты. Например, при охлаждении смеси газов до мпературы жидкого азота (- 77 К) оксиды углерода и углеводороды переходят в жидкое состояние. Чистота получаемого водорода составляет 99,95%. Высокую степень чистоты можно получить и электрохимическим способом с помощью ячейки с твердополимерным электролитом [12]. Все более широкое применение для разделения газов находят селективно проницаемые мембраны, в частности полимерные мембраны [86, с. 1273—1278]. Наиболее чистый водород можно получить в результате диффузионного разделения через проницаемую для водорода мембрану из палладиевого сплава [32]. Этот способ обеспечивает получение водорода чистотой до 99,9999%. При использовании электрохимического и диффузионного методов очистки необходима предварительная очистка газов от каталитических ядов соединений серы, мышьяка, фосфора и др- [c.105]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология