Испарение через мембрану давления

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]

Испарение через мембрану. Это процесс разделения жидких смесей, основанный на различной скорости переноса компонентов смеси через полупроницаемую мембрану вследствие различных значений их коэффициентов диффузии. Из исходного раствора через мембрану в токе инертного газа или путем вакуумирования (рис. 24-8) отводятся пары, которые затем концентрируются в конденсаторе. При разделении происходят растворение вещества в материале мембраны (сорбция), диффузия его через мембрану и десорбция в паровую фазу с другой стороны мембраны. Процесс переноса вещества через мембрану описывается законом Фика [уравнение (24.5)]. Состав паров зависит от температуры процесса (влияние давления на его характеристики незначительно), материала мембраны, состава разделяемой смеси и др. Для увеличения скорости процесса раствор нагревают до 30-60 °С, а в паровой зоне создают разрежение. [c.333]

Скорость и селективность процесса испарения через мембрану зависит от ряда факторов температуры и состава разделяемой смеси, давления в паровой фазе, свойств самой мембраны и ряда других. Существенное значение при исследовании процесса и его промышленной реализации имеют гидродинамические факторы. [c.147]

Непрерывное формование трубчатой полупроницаемой мембраны можно производить литьем формовочного раствора в осадительную ванну (рис. 111-20). Формовочный раствор выдавливается из кольцевой фильеры 1, наружный срез которой погружен в осаждающую жидкость. Газ (воздух) в камеру подсушки 2 подается по трубке (шаблону) 4. Уровень осаждающей жидкости (воды) в камере подсушки регулируется давлением подаваемого газа, который затем вместе с парами растворителя и частью осаждающей жидкости удаляется по трубке 5, проходящей через центр фильеры. Полученная трубчатая мембрана 3 обрезается на необходимую длину и может быть установлена в каналах пористого каркаса или соединена в блок. Управление процессом образования селективного слоя при этом способе формования достаточно сложное, так как регулирование времени подсушки производится изменением давления газа, что одновременно изменяет и скорость испарения растворителя, а также может привести к деформации трубчатой мембраны. Промышленное применение этого способа, видимо, возможно только при изготовлении капиллярных трубчатых мембран (до 3— 5 мм), используемых без каркаса при небольших давлениях. [c.129]

Известно, что целлофановые мембраны не проявляют селективности при фильтровании истинных растворов под действием разности гидростатических давлений. Лишь некоторые полимерные мембраны, например, ацетилцеллюлозные обнаруживают такое свойство. Однако при испарении растворов через мембрану даже целлофан обнаруживает способность к селективному пропусканию отдельных компонентов. [c.153]

Стадия 1. Раздельное испарение двух компонентов из питающего раствора через полупроницаемые мембраны при равновесных давлениях и в соотношении, необходимом для образования первого продукта состава х . [c.668]

Следует отметить, что интенсивность массообмена на границе мембрана — парогазовая фаза не однозначно определяется гидродинамикой потока. Она зависит также от движут ей силы процесса испарения с поверхности мембраны, на которую влияет удельная массовая скорость газа (в м газа на 1 м мембраны в 1 ч) и его насыщенности парами проникающих компонентов. Определение влияния каждого из этих факторов в отдельности не представляется возможным ввиду того, что движущая сила не может быть определена из-за отсутствия данных о давлении паров проникшей жидкости непосредственно под мембраной. Однако при относительно малом изменении движущей силы при прохождении газа через аппарат (что наблюдалось в описанных экспериментах, ввиду сравнительно больших удельных расходов воздуха) скорость процесса определяется в основном гидродинамикой газового потока. [c.148]

Рис. II-56. Зависимость проницаемости и коэффициента разделения при испарении водного раствора метанола (280 мг/л) через целлофановую мембрану от давления. Мембрана лежит на сетке из медной проволоки, ж = = 22 °С. При одних и тех же условиях могут реализоваться два режима — Л и В.

Показано, что при испарении воды через целлофановые мембраны она проходит по тем капиллярам, что и при фильтрации, а резкое увеличение скорости процесса связано с возникновением капиллярного давления Лапласа. Рассчитана истинная движущая сила процесса, и из нее определен средний радиус капилляров (0,95-10" см). Опыт с солевой меткой, измерение температурных градиентов и микроскопические наблюдения показали, что вода испаряется непосредственно с поверхности, обращенной к пару. К этой поверхности от менисков она доставляется в результате пленочного течения. В результате исследования многослойных мембран определено распределение концентраций по толщине мембраны. Характер распределения подтверждает сделанные ранее выводы о преобладании капиллярного течения. [c.87]

При нагреве парами дифенильной смеси (рис. УП1-7) пары из котла 1 с электрообогревом поступают в рубашки теплоиспользующих аппаратов 2, где и конденсируются. Конденсат через конденсатоотводчики 3 возвращается на испарение самотеком в котел /. Для очистки дифенильной смеси от продуктов осмоления часть паров из котла / поступает в меж-трубное пространство теплообменника-регенератора 4, в трубное пространство которого насосом (на рисунке не показан) подается жидкий теплоноситель из емкости 5. В трубках ВОТ кипит, от него отделяются смолистые примеси, и пары чистого теплоносителя направляются в конденсатор 6, откуда конденсат стекает в емкость 7. Продукты осмоления собираются в нижней части регенератора 4 и периодически из него удаляются. В емкость 7, снабженную паровым обогревом, подается азот. При пуске установки, а также для восполнения потерь жидкий теплоноситель из емкости 7 насосом 5 подается в котел с электрообогревом (парогенератор) /. Для предотвращения повышения давления в котле сверх заданного на паровой линии установлена взрывная мембрана 9. В отличие от схемы [c.335]

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]

Испарение через мембрану осуществляется с помощью непористых полимерных мембран. Исходная жидкая смесь, подлежащая разделению, приводится в контакт с одной стороной селективно проницаемой мембраны, проникшие через мембрану вещества в виде пара удаляются с другой стороны мембраны. Низкие значения парциальных давлений проникающих через мембрану компонентов обеспечиваются путем создания вакуума со стороны паровой фазы или с помощью газа-носителя (см. раздел 18). В отличие от большинства других мембранных процессов, для проведения которых не требуется подвода тепла, процесс испарения через мембрану требует испарения части исходной жидкой смеси. Поэтому данный метод разделения целесообразно использовать для выделения из жидких смесей компонентов, содержащихся в небольших количествах. Разделение смеси достигается за счет того, что различные компоненты смеси переносятся через мембрану с различной скоростью. С помощью испарения через мембрану могут эффективно разделяться азеотропные жидкие смеси, проявляющие положительные отклонения от закона Рауля, разделение которых при помощи обычного процесса ректификации невозможно. В настоящее время испарение через мембрану используется главным образом для дегидратации, т. е. удаления воды из органических растворителей или их смсссй. [c.32]

Разделение жидкостей методом испарения через мембрану также основано на различной диффузионной проницаемости мембран для паров веществ. При этом движущей силой процесса, как правило, является перепад давлений или концентраций. Смесь жидкостей, находящуюся в контакте с мембраной, нагревают. Проникающие через мембрану пары отводят с помощью вакуумирования или потоком инертного газа. Выделяют [13] пять основных стадий процесса 1) перенос вещества из глубины жидкого потока к мембране 2) сорбцию вещества поверхностным слоем мембраны 3) диффузию вещества через мембрану 4) десорбцию вещества с противополо кной [c.16]

Здесь X — координата, отсчитываемая в направлении, перпендикулярном к поверхности мембраны й, — термодинамическая активность компонента / К — универсальная газовая постоянная Т — абсолютная температура р, — равновесное парциальное давление компонента / над жидкой смесью Р, — давление насыщенного пара чистого компонента при температуре Т. Следовательно, движущая сила процесса появляется при наличии градиента активности компонента и (иди) 1радиента температуры. На практике движущей силой, как правило, является градиент активности. Низкое парциальное давление паров достигается либо путем создания разрежения при помощи вакуум-насоса, либо применением газа-носителя (рис. 15.6.1.1). Парциальное давление со стороны пермеата долж1ю быть существенно меньше давления насыщенного пара. Процесс испарения через мембрану в отличие от больщшства других мембранных процессов требует испарения части исходной жидкой смеси. По этой причине наиболее целесообразно использовать данный процесс для выделения из жидких смесей компонентов, содержащихся в небольших количествах. Продуктом может являться как пермеат, так и ретентат. [c.430]

Мембраны, применяемые для процесса первапорации, представляют собой асимметричные или композиционные мембраны. Как и в случае мембран для газоразделения, пористая под)южка должна иметь открытую пористую структуру для уменьшения сопротивления переносу пара и предотвращения капиллярной конденсации. Существенное требование, предъявляемое к пер-вапорационным мембранам, — это устойчивость материалов мембраны к компонентам разделяемой смеси при повышенных температурах. Сравнительно высокие температуры жидкой смеси необходимы для поддержания достаточно большой движущей силы процесса испарения через мембрану, которой является разность парциальных давлений паров компонентов разделяемой смеси по разные стороны от мембраны. Выбор полимерного материала в значительной мере зависит от того, для решения какой задачи предназначена мембрана. В отличие от газоразделения, при испарении через мембрану эластомеры в результате сильного набухания могут обладать не большими проницаемостями, чем стеклообразные полимеры. К полимеру предъявляются два противоречивых требования. С одной стороны, мембрана не должна набухать слишком сильно во избежание существенного уменьшения селективности. С другой стороны, при низкой растворимости выделяемого компонента в полимере и недостаточном набухании слишком низким оказывается поток вещества через мембрану. Полимеры, имеющие аморфную структуру (стеклообразные полимеры или каучуки), могут оказаться [c.432]

Особый случай обычной газовой проницаемости за счет диффузии представляет собой процесс, известный как испарение через мембрану (жидкостная проницаемость), в котором мембрана отделяет исходный раствор в жидком состоянии от потока пермеата в газообразном состоянии. На стороне мембраны, контактирующей с паром, поддерживается низкое давление, что препятствует проникновению жидкости. Несмотря на то что отмечается сильная зависимость скорости диффузии от концентрации растворителя в полимерной пленке, по-видимому, не будет наблюдаться существенного различия между значениями, найденными для случая испарения через мембрану, и значениями для диффузии паров. Станнетт и Ясуда [31] использовали мембраны, находящиеся в равновесии с пермеатом, и не отметили различий в проницаемостях жидкости и пара для растворов бензола и циклогексана через полиэтилен, а также ацетона и ацетонитрила — через резину. Таким образом, даже в том случае, когда скорости проницаемостей паров и жидко- [c.36]

Вода представляет o6oii главный жидкий компонент животных и растительных тканей, создает среду для переноса питательных веществ к растущим клеткам и удаления вредных вешсств, а также обеспечивает регулирование тепла за счет испарения. Поскольку последние две функции связаны с выводом воды из организма, необходимо периодическое восстановление водного баланса. Вода поглощается через корневую систему растений и через мембраны клеток живых существ. Поглощение является следствием различия осмотических давлений по обе стороны мембраны и может происходить только при градиенте концентраций растворенных солей (в воде меньше, чем во внутриклеточной жидкости). [c.532]

К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение чзрез мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов. Обратный осмос. Метод обратного осмоса состоит в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью (или частично) задерживающие молекулы (или ионы) растворенных веществ, [c.428]

Процесс мембранной дистилляции является одним из термомембранных процессов, протекающих под действием градиента температуры. При осуществлении процесса мембранной дистилляции две жидкости или два раствора разделены микропористой мембраной и поддерживаются при различных температурах. Жидкости не должны смачивать стенки пор мембраны, а разность давлений по разные стороны от мембраны должна быть ниже капиллярного давления. При таких условиях жидкость не будет заполнять поры мембраны, и через мембрану может проходить только пар, который испаряется со стороны жидкости с более высокой температзфой, где давление пара более высокое, и конденсируется со стороны жидкости с более низкой температурой. Транспорт вещества через мембрану осуществляется в три стадии испарение жидкости со стороны с более высокой температурой, перенос пара через поры мембраны и конденсация паров со стороны с более [c.435]

Все перечисленные наблюдения свидетельствуют о капиллярном характере проницания. Вода доставляется от одной поверхности мембраны к другой по некоторым сквозным порам (рис. П-50). При этом, вследствие образования менисков, возникает добавочная движущая сила — капиллярное давление, которое и является причиной резкого увеличения скорости проницания в режиме испарения (см. рис. П-44). Впервые такой случай течения через пористое тело обнаружен и описан Карманом [104]. От мениска вода в виде тонкой жидкой пленки растекается по поверхности мембраны, откуда и испаряется. Возможность такого испарения показана в работах Б. В. Дерягина, Н. В. Чураева и С. В. Нерпина [105—107]. Например, Н. В. Чураев подсчитал [106], что при испарении из стеклянного капилляра большая часть воды (>99%) испаряется не с мениска жидкости в капилляре, а из жидкой пленки на стенках капилляра или за его пределами. Неустойчивостью этой пленки, которая может находиться в нескольких состояниях [105], можно объяснить существование в некоторых условиях двух режимов испарения. [c.184]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология