Испарение через мембрану температуры

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]

Суть этого процесса заключается в следующем. Нагретый до сравнительно невысоких температур (порядка 30-70 °С) исходный раствор (горячий) подается с одной стороны гидрофобной микропористой мембраны. Вдоль другой стороны мембраны движется менее нагретый (холодный) растворитель (обычно вода). Поскольку мембрана гидрофобна, а размеры пор ее достаточно малы (порядка одного микрометра и менее), то жидкая фаза в поры мембраны не проникает. Испаряющийся с поверхности горячего раствора пар (поверхностью испарения в этом случае являются образующиеся на входе в поры мениски раствора) проникает в поры мембраны, диффундирует через слой воздуха в поре и конденсируется на поверхности менисков холодной жидкости. При этом в порах создается разрежение, что ускоряет процесс испарения и, следовательно, повышает его эффективность. Так как температура исходного раствора невысока, то для проведения процесса мембранной дистилляции можно применять низкопотенциальную тепловую энергию - тепло нагретой после холодильников воды, отходящих газов (например, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и др.), геотермальных вод и, наконец, солнечную энергию. [c.338]

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]

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]

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]

Изучалась [80] скорость и селективность разделения смесей толуол — изобутилен, бензол — циклогексан, гептан — изооктан при испарении их через полиэтиленовые мембраны, сшитые фото- и радиационно-химическими методами. Скорость проницания с увеличением дозы облучения во всех случаях заметно возрастала (для смеси бензол — циклогексан при 70 °С составляла 33 кг/(м2-ч), а коэффициент разделения для смесей бензол — циклогексан и гептан — изооктан практически оставался постоянным. Коэффициент разделения для смеси толуол — изобутанол снижался в 2 раза. Как одно из достоинств сшитых полиэтиленовых мембран отмечается возможность проведения процесса разделения при температуре свыше 100 °С, в то время как исходные мембраны разрушаются уже при 65 °С. [c.174]

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]

Ссьшки на оригинальные работы можно найти в [9]. Недостатком этих моделей является то обстоятельство, что они пригодш только для расчета изотермического процесса испарения через мембрану. Однако испарение проникших через мембрану компонентов со стороны ц ювой фазы приводит к охлаждению этой стороны мембраны. В результате в мембране возникает градиент температуры. В зависимости от условий цро1 каиия процесса, таких как скорость переноса компонентов через мембрану, состав исходной смеси, значения скрытых теплот испарения и теплоемкостей компонентов смеси, перепад температур может достигать нескольких градусов. [c.432]

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]

Другая важная особенность, которую необходимо учитывать при проектировании усгановок для проведения процесса испарения через мембрану, заключается в том, что для данного процесса набхподается перепад температур по разные стороны от мембраны. Перепад температур возникает в результате того, что тепло расходуется для испарения части жидкости, подаваемой на разделение. Как указывается в [8], при удалении воды путем испарения через мембрану из ацетата цeJnlюлoзы перепад температур может достигать 12 К. Если процесс осуществляется без подвода тепла извне, то температура жидкости будет существенно понижаться. Изменение температуры жидкости вдоль поверхности мембраны в свою очередь приводит к уменьшению движущей силы процесса. Для того чтобы уменьшить вредное влияние понижения температуры жидкости на протекание процесса, можно использовать расположенные последовательно короткие мембранные модули с промежуточным подогревом жидкости в теплообменниках. [c.433]

Для предотвращения обратной диффузии паров пробы в линию газа-носителя патрубок ввода газа в испаритель pa пoлaгa oт не в верхней части в непосредственной близости от мембраны, а в средней части цилиндрического корпуса. Газ-носитель в этом случае проходит через узкий концентрический зазор между корпусом испарителя и внутренним вкладышем (или верхней частью колонки). Это приводит к двум положительным следствиям 1) температура газа-носителя повышается, и он проходит в зону испарения образца в нагретом состоянии 2) обратная диффузия образца через узкий концентрический зазор затруднена, и эффекты памяти испарителя минимизируются. [c.138]

Природа взаимодействия между исходным раствором и материалом мембраны будет оказывать значительное влияние как на равновесную концентрацию разделяемых веществ в мембранной фазе, так и на скорость транспорта компонентов смеси через мембрану. Необходимо отметить, что выбор полимера для процесса испарения связан с большими ограничениями. Перванорационные мембраны должны обладать не только высокими показателями селективности, производительности и механической прочности, но и выдерживать прямой контакт с органическими растворителями при новышенной температуре. Со стороны пермеата мембрана бывает почти сухой, по крайней мере, при работе по вакуумной схеме, поэтому набухает неравномерно, что влечет за собой дополнительную нагрузку на мембрану. Оптимально удовлетворяют этим требованиям композитные мембраны, в которых механическую, термическую и химическую стойкость обеспечивает практически инертная по отношению к пермеату пористая подложка, а характеристики массопереноса и селективности определяются тонким активным слоем. [c.218]

Имеется большое число наиболее общих источников ошибок [115]. Среди них асимметрия мембраны, адсорбция полимера на мембране, захват или образование пузырьков, испарение растворителя, поглощение атмосферной влаги, влияние температуры (вследствие неравномерного термостатирования), просачивание, присутствие низкомолекулярных примесей, нестабильность мембраны, диффузия полимера низкого молекулярного веса и т. д. Большинство указанных неприятностей можно избежать или преодолеть путем соответствующего подбора мембраны, улучшения конструкции осмометра или тщательно контролируя условия эксперимента. Но остается неразрешенным вопрос о предотвраще1П№ диффузии полимера через мембрану. [c.403]