Диффузионно-мембранные процессы

Можно допустить, что термодинамическое совершенство процесса разделения в реакционно-диффузионных мембранах также окажется функцией величин Ф,, а,/, х и 1Х Аг. Если использовать значения ац и Л1 = Ф,Л,-, то потери эксергии в мембранах такого типа можно вычислить по уравнениям (7.47) и (7.52), эксергетический к. п. д. проницания по соотношениям (7.54) —(7.56), (7.64) и (7.66), приведенные плотности проникшего целевого и суммарного потоков — по уравнениям (7.58), (7.59) и (7.67), состав проникшего потока по выражениям (7.62) и (7.65). Применимость соотношений несопряженного массопереноса для расчета эффективности разделения в реак-ционно-диффузионных мембранах основано на общности подхода, трактующего мембрану в сечении как точечную систему с конечным значением движущей силы на границах, т. е. как черный ящик . При этом предполагается, что перенос компонентов смеси сопряжен только с химической реакцией, взаимно их потоки независимы. [c.249]

Селективность процесса разделения бинарной смеси в пористых сорбционно-диффузионных мембранах, определяемую в первом приближении идеальным фактором разделения, можно исследовать на основе уравнения проницаемости (2.63) с привлечением соотношений (2.38), (2.53), (2.66) и (2.68), связывающих феноменологические характеристики О,", Di и a ij с молекулярными параметрами газов (Ми ац, е,-, ). Очевидно, увеличение молекулярных размеров и параметров парного [c.65]

Допущение о локальном равновесии позволило существенно упростить математическое описание стационарного мембранного процесса, разделить влияние сорбции и диффузии и представить проницаемость и селективность мембран как произведение сорбционного и диффузионного факторов [c.16]

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]

Диффузионно-мембранные процессы [c.331]

При диффузионно-мембранном процессе испарения через мембрану отводятся пары растворителя, которые затем конденсируются в отдельном конденсаторе. Процесс переноса паров растворителя поперек мембраны описывается законом диффузии Фика (уравнение (5.5)), в котором коэффициент диффузии имеет смысл коэффициента эквивалентного квазидиффузионного переноса целевого компонента в пористой структуре мембраны и определяется опытным путем для каждой конкретной пары компонент - мембрана. [c.468]

Сопряжение процессов характерно также для пористых сорбционно-диффузионных мембран, где сосуществуют взаимосвязанные процессы фазового переноса, сорбции и поверхностной диффузии. [c.16]

Влияние поверхностного потока на процесс разделения определяется избирательностью сорбционного процесса, и, как показано выше, в основном противоположно эффекту разделения за счет эффузии. При сорбции газа поверхностная концентрация компонентов с большей молекулярной массой заметно больше, что влечет уменьшение a ij и даже изменение результата процесса состав проникшего потока обогащается газами с большей молекулярной массой. По-существу, практически почти всегда имеют дело с сорбционно-диффузионными мембранами, поскольку даже для гелия Тс Т) доля поверхностного потока, по данным [3], достигает 13—25%. Газодиффузионный механизм переноса в пористых мембранах является определяющим для легких газов при низких давлениях Р РуС и высоких температурах Т>Тс- Разделение смесей паров углеводородов и других веществ с большой молекулярной массой всегда сопряжено с поверхностными явлениями, вклад которых в общий перенос массы соизмерим с диффузионным [3, 16]. [c.65]

Нетрудно заметить, что наилучшими диффузионными характеристиками обладают газы с компактной неполярной молекулой и низкими значениями критической температуры. Подобный подход носит качественный характер и может быть использован лишь для предварительной оценки селективности мембранного процесса. [c.80]

Классификация. Хим.-технол. процесс в целом - это сложная система, состоящая из единичных, связанных между собой элементов и взаимодействующая с окружающей средой. Элементами этой системы являются 5 групп процессов 1) механические - измельчение, грохочение, таблетирование, транспортирование твердых материалов, упаковка конечного продукта и др. 2) гидромеханические - перемещение жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, пневматич. транспорт, гидравлич. классификация, туманоулавливание, фильтрование, флотация, центрифугирование, осаждение, перемешивание, псевдоожижение идр. скорость этих процессов определяется законами механики и гидродинамики 3) тепловые - испарение, конденсация, нафевание, охлаждение, выпаривание (см. также Теплообмен), скорость к-рых определяется законами теплопередачи 4) диффузионные или массообменные, связанные с переносом в-ва в разл. агрегатных состояниях из одной фазы в другую,- абсорбция газов, увлажнение газов и паров, адсорбция, дистилляция, ректификация, сушка, кристаллизация (см. также Кристаллизационные методы разделения смесей), сублимация, экстрагирование, жидкостная экстракция, ионный обмен, обратный осмос (см. также Мембранные процессы разделения), электродиализ и др. 5) химические. Все эти процессы рассматриваются как единичные или основные. [c.238]

Основные закономерности проницания основаны на сорбционно-диффузионной модели процесса, подробно исследованной выше на примере полимерных мембран аморфной природы, В стеклах отсутствует дальний порядок в расположении частиц, хотя сильные молекулярные взаимодействия обеспечивают высокую плотность материала и его способность сохранять форму, т. е. свойства твердого тела. [c.119]

Для процессов разделения жидких смесей методом испарения через мембрану используют непористые полимерные мембраны, являющиеся квазигомогенными гелями. Растворитель и растворенные вещества проникают через них вследствие молекулярной диффузии, поэтому такие мембраны называют диффузионными. Скорость прохождения молекул через диффузионную мембрану пропорциональна коэффициенту диффузии, зависящему от размеров молекул и их формы. Диффузионные мембраны применяют для разделения компонентов с близкими [c.431]

Таким образом, расчет и анализ процесса разделения в ре-акционно-диффузионных мембранах можно выполнить по уравнениям разд. 7.2.2. с учетом селективности и проницаемости мембраны как сильной функции внешних параметров процесса л ш и Е. Это обстоятельство следует учесть при вычислении интегральных потерь эксергии в мембранном модуле по уравнениям (7.52) и (7.53). [c.249]

Вклад отдельных видов сопротивлений в общее (Я) различен и зависит от типа мембранного процесса и условий его проведения. Например, при диффузионном разделении газов при условии небольшого перепада давлений через мембрану основное сопротивление процессу сосредоточено в самой мембране (г /-4 + Гз), и сопротивлениями Г) и 2 можно пренебречь при обратном осмосе и ультрафильтрации обычно пренебрежимо малой является величина г2 при испарении через мембрану могут быть соизмеримы все виды сопротивлений-г 1, и Г2. [c.341]

В баромембранных процессах движущей силой переноса является градиент статического давления (ультра- и микрофильтрация, обратный осмос) в диффузионно-мембранных - градиент концентрации пе- [c.467]

Вклад отдельных видов сопротивления в общее (Д) различен и зависит от типа мембранного процесса и условий его проведения. Например, при диффузионном [c.401]

В пористых сорбционно-диффузионных мембранах на поверхности пор мембран возникает адсорбированный слой. Молекулы в адсорбированном слое могут обладать подвижностью. В результате будет наблюдаться перенос компонентов смеси вследствие градиента концентраций в адсорбированном слое, называемый поверхностной диффузией. В некоторых случаях [3] за счет поверхностной диффузии может переноситься до 70 % вещества. Влияние поверхностного потока на процесс разделения обычно противоположно влиянию кнудсеновской диффузии. При повышенных температурах поверхностный поток уменьшается, что может благоприятно сказаться на процессе разделения. [c.419]

В мембранных процессах общий поток частиц данного сорта рассматривается как сумма трех потоков диффузионного [c.309]

Существенный вклад в понимание мембранных процессов с учетом их ионообменной природы внесла теория фиксированных зарядов, предложенная Теореллом [6—9] и независимо от него Мейером и Сиверсом [10, 11]. Авторы рассматривали мембранный потенциал как сумму двух доннановских потенциалов на границах мембраны с растворами и диффузионного потенциала внутри мембраны. В результате установившегося доннановского равновесия на границе мембрана — раствор возникает электрический потенциал [c.138]

В конце этой главы мы попытаемся охватить все мембранные процессы в рамках единой модели с тем, чтобы выявить общность разных процессов в терминах движущих сил, потоков и основных принципов. Исходной точкой для этого могут служить задаваемые в общем виде уравнение закона Фика [22] или Стефана — Максвелла [23]. Чтобы описать транспорт через пористую или непористую мембраны, следует учесть два члена, а именно вклады диффузионного потока (г>) и конвективного потока (гх) (рис. У-22). Поток компонента г через мембрану может быть представлен как произведение скорости и кон- [c.259]

Мембранная технология — это область химической технологии, предметом которой является разделение жидких и газовых смесей при помощи полупроницаемых мембран. Основу этой новой технологии составляют многочисленные и разнообразные мембранные процессы, такие, как обратный осмос, ультрафильтрация, диализ, электродиализ, испарение через мембрану, диффузионное разделение газов и др. Мембранные процессы отличаются отсутствием поглощения разделяемых компонентов и энергетических затрат на осуществление их фазового превращения. Эти процессы относятся к новейшему перспективному направлению химической технологии. [c.236]

При рассмотрении механизма мембранного процесса за его основу следует взять явления переноса, а в качестве основного потока проницания через мембрану принять диффузионный поток. Это создает сложную картину механизма мембранного разделения, который в общем включает в себя несколько последовательно протекающих стадий (рис. 29.2). В результате при переносе вещества через мембрану будет формироваться соответствующий профиль изменения концентрации (рис. 29.3). Это приводит к осложнению процесса проницания поверхностными явлениями, связанными с переносом вещества через пограничный слой с обеих сторон мембраны. Концентрация задерживае- [c.238]

Ученые давно стремились познать и обратить на пользу человека замечательные свойства полупроницаемых мембран — пропускать одни вещества и задерживать другие. Однако идея применения мембран для технологических целей стала реальной лишь в последнее время в связи с развитием наших знаний о природе и структуре веществ, с новыми достижениями в науке и производстве синтетических полимерных материалов. Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в последние годы в СССР и за рубежом, привели к разработке ряда мембранных процессов, которые могут быть реализованы в практике. К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение через мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов. В любом из этих процессов смесь жидкостей или газов вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Вследствие особых свойств полупроницаемых мембран прошедшая через них смесь обогащается одним из компонентов. В ряде случаев процесс проходит настолько полно. [c.5]

В предыдущей работе было показано, что посредством диффузионных мембран из полистирола удается резко повысить концентрацию водорода в продиффундировавшем газе (с 27 до 90%). Недостатки этого метода (с точки зрения его промышленного использования)—очень низкая производительность полистирольной мембраны и невозможность получения водорода 1С0%-ной чистоты в одноступенчатом процессе. [c.97]

Это основное уравнение, которое следует использовать для сравнения различных мембранных процессов, в которых транспорт осуществляется по диффузионному механизму. В табл. У-9 указаны конкретные мембранные процессы, к которым это применимо. [c.263]

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]

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]

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]

Рассмотрим диффузионные процессы, осложненные появлением конденсированной фазы разделяемой смеси. В пористых сорбционно-диффузионных мембранах нельзя пренебречь энергией спязи компонентов смеси с матрицей, характеризуемой энтальпией адсорбции АЯ и потенциалом На поверхности пор мембран возникает адсорбированный слой, который, согласно потенциальной теории [1, 2] можно рассматривать как конденсированную фазу в поле сил, определяемых адсорбционным и капиллярным потенциалами. Допуская локальное равновесие между объемной и сорбированной фазами для каждого сечения капилляра, можно считать, что в сорбированной пленке вдоль оси 2 существует градиент концентрации, обусловленный неравномерностью состава в объемной газовой фазе. Миграцию компонентов смеси вследствие градиента концентрации в пленке принято называть поверхностной диффузией. [c.59]

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]

Мембранные процессы разделения газовых смесей основаны на различной сиособности газов проникать через полупроницаемые перегородки - мембраны иод действием ие-ренада давления. Обычно, иолуироницаемая мембрана имеет асимметричную структуру. Верхний диффузионный слой является иолуироницаемой перегородкой и покоится иа пористой подложке, отвечающей за механические свойства мембраны. [c.488]

Реальные процессы в реакционно-диффузионных мембранах гораздо сложнее рассмотренной модели, поскольку проницание компонентов взаимозависимо, например, через определенные звенья в цепи химических превращений. Кроме того, в мембране, наряду с сопряженным механизмом, существует пассивный несопряженный массоперенос химически несвязанного компонента газовой смеои. Это усложняет анализ энергетической эффективности мембранного процесса, но основной вывод сохраняет силу, а именно энергетическое сопряжение массопереноса и химического превращения позволяет радикально улучшить массообменные характеристики при сохранении достаточно высоких значений энергетической эффективности чем выше степень сопряжения, тем значительнее этот эффект. Справедливости ради следует отметить, что противоположные тенденции изменения массообменных и энергетических показателей мембранного процесса сохраняются в реакционно-диффузионных мембранах, хотя на более высоком уровне совершенства процесса. [c.253]

Подставив выражения для химического сродства Аг, скорости реакции Vrr и перекрестного коэффициента г в уравнение диссипативной функции (7.77) и интегрируя ifo по объему мембраны (см. 7.45), можно получить уравнение для расчета и анализа потерь эксергии в процессе селективного проницания через реакционно-диффузионную мембрану. Необходимое значение степени сопряжения массопереноса и химического превращения находят по уравнению (1.18) на основе опытных значений коэффициента ускорения Фь Предполагается также, что известно распределение концентраций всех компонентов разделяемой газовой смеои и веществ матрицы мембраны, участвующих в реакциях, как решение системы нелинейных дифференциальных уравнений (1.26). Энергетическая эффективность процесса при 7 = Гер оценивает эксергетический к. п.д., вычисляемый по уравнению (7.71). [c.255]

К диффузионным процессам, широко распространенным в проц1 ссах получения продуктов тонкой химии, относятся дистилляция н ректификация, жидкостная и твердофазная экстракция, лристаллизация, абсорбция, адсорбция и нх разновидности, мембранные процессы разделения (обратный осмос, микро-фильграция и ультрафильтрация), сублимация и десублимация, сушка и др. [c.17]

При внеш воздействии на систему градиента давления или гравитац поля возникает бародиффузия. Примеры диффузионное осаждение мелких взвешенных частиц при столкновении их с молекулами газа (см. Лылеу.гавливание)-, баромембранные процессы - обратный осмос, микро- и ультрафильтрация (см. Мембранные процессы разделения, Ос.иос). [c.102]

Больщой класс задач составляют задачи о течениях с гетерогенными реакциями на твердых и межфазных поверхностях, в частности мембранах, процессы растворения и осаждения вещества из раствора или расплава и т. п. Гетерогенные реакции состоят из нескольких этапов. Первым этапом, называемым транспортным, является доставка реагирующего компонента к реагируе-мой поверхности. Второй этап состоит из самого процесса химической реакции па поверхности. Этот этап в свою очередь может состоять из нескольких этапов, включающих дифузию реагирующего вещества через стенку или поверхностный слой, адсорбцию вещества па поверхности, химическую реакцию, десорбцию продуктов реакции и их диффузию из стенки или поверхностного слоя. Третий этап заключается в переносе продуктов реакции в толщу потока. Каждый этап определяется своим характерным временем. Этап, обладающий наибольшим характерным временем, будем называть лимитирующим этапом, а соответствующий ему процесс — контролирующим. В случае, если лимитирующим является первый или третий из перечисленных выше этапов, то соответствующий процесс называется диффузионно контролируемым. Уравнения, описывающие этот этап, [c.92]

Диффузионный мембранный метод в системе жидкость- твердое тело - газ получил название исиарение через мембрану или первапорация. Метод основан на селективной проницаемости некоторых материалов для различных компонентов жидких смесей. Явление селективной проницаемости впервые обнаружено на каучуковых мембранах для смесей углеводород - спирт. От.чичи-тельной особенностью процесса мембранного испарения от других мембранных процессов является переход проникающих через мембрану веществ из жидкого состояния в парообразное, для чего требуется подвод к системе энергии, 1Ю меньшей мере равной теплоте испарения пермеата. Из этого следует, что испарение через мембрану может быть использовано практически лишь тогда, когда селективность переноса гораздо выше, чем при простом испарении, в частности, для разделения азеотропных и близко кипящих смесей. Движущей силой процесса мембранного испарения является разность химических потенциалов по обе стороны мембраны. Длл поддержания химического потенциала на достаточно высоком уровне необходимо предотвратить конденсацию иермеата на поверхности мембраны со стороны пара. Это достигается непрерывным отводом пара, обдувом инертным газом или вакуумированием. [c.217]

Термин фракционирование применяют очень часто, понимая под этим фракционированную перегонку или ректификацию. В действительности же перегонка является лишь одним из способов, при пойощи которого может быть достигнуто фракционирование смеси. В этом широком смысле фракционирование включает любой процесс систематического разделения смеси на относительно чистые фракции. Смешение близких по составу фракций и повторение основного процесса разделения обычно также включаются в понятие фракционирования. Наиболее широко известным примером фракционирования при помощи способа разделения, отличного от перегонки, является так называемая дробная кристаллизация. Она часто применяется, например, при выделении некоторых редкоземельных элементов [17]. Более современным примером фракционирования является разделение фторидов урана с помощью диффузионных мембран [18]. С этой целью была сконструирована весьма остроумная система для объединения определенных фракций и повторного их разделения с минимальной затратой ручного труда. Систематическое фракционированное осаждение высокополимерных соединений из растворов представляет общий интерес как метод, позволяющий находить функцию распределения молекул по размерам. Отмывка загрязнений от твердых тел является также часто применяемым способом разделения, а экстракция из одной жидкости в другую неоднократно обсуждалась в литературе и применяется как способ разделения и фракционирования . [c.12]

На концентрационную зависимость ИСЭ в разной степени могут оказывать влияние следующие факторы колебания диффузионного потенциала и температуры наличие компонентов пробы, влияющих на мембранные процессы и коэффициент активности анализируемого иона инструментальные ошибки ошибки при приготовлении растворов и построении градуировочного графика. В некоторых случаях влияние отдельных факторов можно элиминировать термостатированием, изменением конструкции электролитического ключа, постоянством ионной силы и т. д. Кроме того, величина погрешности будет зависеть и от выбора методики анализа. Как будет показано ниже, наибольшие погрешности накапливаются при использовании прямой ионометрии, наименьшие — мультиэлектродных систем. [c.102]

Во второй главе это соотношение используется для описания массоэнергопереноса в процессах гетерогенного катализа, диффузионной обработки пористых тел, адсорбции, мембранных процессах, а также в некоторых электрохимических процессах, В последние годы в различных областях науки делаются попытки разработать методологию построения количественных теорий сложных систем. При этом термин сложные системы используется не только для того, чтобы отметить многообразие элементов системы и разнообразие связей между элементами. Часто он подчеркивает недостаточность имеющейся эмпирической информации и надежно обоснованных теоретических заключений о характере и механизмах связей между элементами системы для разработки исчерпывающей количественной теории, которая позволила бы надежно прогнозировать поведение исследуемой системы во всем множестве допустимых ситуаций. В тех случаях, когда уровень теоретических и экспериментальных знаний не дает возможности сформулировать адекватное математическое описание процесса или системы в форме набора уравнений переноса с соответствующими начальными и граничными условиями, исследователь вынужден использовать методы разработки эмпирических уравнений. Необходимым дополнением к методам эмпирических уравнений является диаграммная техника причинного анализа, которая не только позволяет детально проанализировать внутреннюю причинно-следственную структуру исследуемого явления или процесса, но и дает возможность количественно оценить интенсивность причинных воздействий между различными элементами системы или этапами процесса. Направления причинных воздействий в системе совпадают с направлениями потоков вещества, энергии и информации, поэтому диаграмма причинно-следственных отношений для исследуемого объекта по существу является диаграммой потоков переноса. Часть первой главы книги посвящена одному из методов причинного анализа — информационному моделированию процессов массоэнергопереноса в сложных системах, [c.9]

Свойство полупроницаемых мембран пропускать одни вещества и задерживать другие все более широко используется в последнее время для технологических целей в промышленности. Разработаны мембранные процессы, позволяющие сравнительно просто и с хорошими экономическими показателями разделять различные смеси. Так, например, с помощью полупроницаемых мембран осуществляются процессы осмоса, диффузионного разделения газов, ультрафильтрации, испарения и др. [188]. ИОМ применяют в элек-тродиализных и многих электрохимических процессах, а также для улавливания или выделения из растворов различных примесей. [c.218]