Пористость мембран мембрану

Пористые полупроницаемые мембраны, применяемые для диализа, электродиализа, ультрафильтрации и осмометрии, как правило, не являются инертными чисто механическими ситами для растворенных или взвешенных частиц. Роль мембран значительно сложнее и определяется рядом их свойств. Так, проницаемость мембраны может быть обусловлена не столько наличием в ней пор и капилляров, сколько растворением переносимых через нее веществ в самом веществе мембраны. Такой механизм проницаемости называют фазовым или гомогенным. Особенно сильно этот механизм проницаемости проявляется в тонкопористых медленно фильтрующих материалах. [c.422]

Для процесса разделения испарением через мембрану применяют пористые и непористые мембраны, обычно на основе различных полимеров (например, полипропилена, полиэтилена и др.). На основе неорганических материалов (например, керамики) изготовляют пористые мембраны. Эти мембраны обладают большим гидродинамическим сопротивлением, поэтому их целесообразно изготовлять композитными - в виде закрепленных на пористых подложках ультратонких селективных пленок. Наибольшие селективность и проницаемость наблюдаются у лиофильных систем, т. е. когда полярности мембраны и компонента разделяемой смеси совпадают. [c.334]

Выделяют два качественно различных типа жидких мембран (см. рис. У1-23) 1) Жидкая пленка иммобилизована в порах пористой мембраны. Пористая мембрана служит только сеткой или суппортом для жидкой мембраны. Такой тип мембраны называется иммобилизованной жидкой мембраной (ИЖМ) или поддерживаемой жидкой мембраной (ИЖМ)"". Такие мембраны могут быть легко приготовлены пропиткой пористой (гидрофобной) мембраны подходящим органическим растворителем. 2) Ко второму типу жидких мембран относятся эмульсионные жидкие мембраны (ЭЖМ), которые также просто образуются, как показано на схеме рис. У1-24. Здесь две не смешивающиеся фазы, например вода и масло, интенсивно перемешиваются,и [c.339]

ГЛАВА 2. МАССОПЕРЕНОС В ПОРИСТЫХ МЕМБР.АНАХ. .. 38 [c.3]

В главах 1, 2 и 3 рассмотрены основы массопереноса в мембранах, механизм переноса через непористые и пористые мембраны из полимерных и неорганических материалов, а также через мембраны кристаллической и жесткой аморфной структуры. Показано влияние сорбционных явлений на перенос через мембрану. Дан анализ проницаемости и селективности мембран. [c.7]

Sv—площадь поверхности пор в единице объема пористой мембраны [c.8]

Sm —толщина мембраны бл — толщина пористого слоя мембраны [c.8]

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]

Пористые неорганические мембраны, как и адсорбенты, получают двумя основными путями, определяющими тип возникающей поровой структуры. Корпускулярный скелет пористого тела формируется из порошковой массы в результате спекания отдельных зерен (глобул) в месте контакта. При использовании частиц сферической формы возникающая поровая структура моделируется системой извилистых капиллярных каналов, площадь сечения которых периодически меняется от максимальной до минимальной. Таким путем создают пористые матрицы в форме дисков и трубок из металла, графита, кремнезема. Средний радиус пор в таких композициях колеблется в пределах 10- —10-5 м [1—5]. [c.38]

Получение пористых полимерных мембран, пригодных для разделения газовых смесей, не отличается от обычных и хорошо известных в литературе способов создания ультра- и микро-фильтрационных мембран [3—5]. Мембрана образуется из раствора полимера в результате частичного испарения летучих растворителей и разделения системы на фазы при охлаждении. Возникает губчатая структура пор, размеры которых можно направленно менять в широких пределах (10- —10 м). Полимерные пористые мембраны изготовляют в форме пленок и волокон с изотропной и ассиметричной структурой пор [6, 7]. [c.39]

Пористые мембраны представляют гетерогенные системы с весьма развитой поверхностью раздела твердое тело (матрица)— газ. Известно, что состояние газа или жидкости вблизи поверхности раздела фаз отличается от свойств той же среды в большом объеме. Особенности поведения веществ в этой области принято называть поверхностными явлениями. Термодинамически поверхностные явления трактуются как проявление особого вида взаимодействия системы, которое характеризуется уменьшением свободной энергии Гиббса при переходе вещества из объемной в поверхностную фазу. Убыль свободной энергии Гиббса пропорциональна площади поверхности и количественно определяется работой, которую необходимо затратить на образование поверхности или перемещения массы из объема в поверхностный слой в изотермическом процессе. Следовательно, речь идет о существовании потенциала поверхностных сил. [c.42]

Подытоживая сказанное о поверхностных явлениях в пористых средах, можно утверждать, что в результате равновесного взаимодействия матрицы пористой мембраны и газовой смеси компоненты последней могут находиться в трех различных состояниях объемной газовой фазы, свойства которой определяются ее составом и внешними параметрами (температура, давление и внешнее силовое поле) адсорбированной фазы, состав которой определяется уравнением изотермы адсорбции при известном составе объемной газовой фазы (адсорбированную пленку можно рассматривать как жидкость в силовом поле, характеризуемом адсорбционным потенциалом) конденсированной объемной фазы, находящейся под действием силового поля, определяемого капиллярным потенциалом. [c.53]

Соотношения между количествами и составами этих фаз зависят от структуры и свойств матрицы пористой мембраны, состава газовой смеси и внешних параметров системы, прежде всего температуры и давления. [c.53]

Транспорт компонента разделяемой газовой смеси через пористую основу мембраны осуществляется одновременно несколькими механизмами переноса, в зависимости от структуры матрицы, свойств веществ и термодинамических параметров процесса. В общем случае движение компонентов смеси может вызываться конвективно-фильтрационным переносом, различного вида скольжениями вдоль поверхности пор, объемной диффузией, баро- и термодиффузией, кнудсеновской диффузией (эффузией), поверхностной диффузией, пленочным течением вследствии градиента расклинивающего давления, капиллярным переносом конденсированной фазы в анизотропных структурах. Вещество в порах скелета мембраны, как показано ранее, может находиться в виде объемной газовой фазы, капиллярной жидкости и адсорбированной пленки. Для каждого из этих состояний возможно несколько механизмов переноса, взаимосвязанных между собой. Не все виды переноса равнозначны по своему вкладу в результирующий поток веществу, поэтому при вычислении коэффициента проницаемости необходимо определить условия, при которых те или иные формы движения вещества являются доминирующими [З, 9, 10, 14—16]. [c.54]

Плотность потока вещества, отнесенного на единицу площади пористой мембраны, при свободномолекулярном течении также может быть описана уравнением Фика [c.55]

Используя выражения (2.42) и (2.51), найдем расчетное соотношение для проницаемости пористой мембраны при свободномолекулярном режиме течения в изотермических условиях [c.57]

Правая часть этого уравнения содержит константу Л , составленную из структурных характеристик пористой мембраны и комплекса величин, определяющих поверхностную миграцию частиц. [c.61]

В каналах пористой мембраны при 7Сп<1 возникают потоки компонента вследствие концентрационной диффузии, а также массовые потоки в результате фильтрационного переноса и скольжения. [c.63]

Основные виды переноса, учитываемые при расчете проницаемости пористых мембран (концентрационная и кнудсенов-ская диффузии в газовой фазе, поверхностное течение в адсорбированной пленке и фильтрационный перенос в газовой фазе) обычно считают в первом приближении независимыми и вычисляют по среднему значению градиента давления и при среднем значении давления и состава газовой смеси. Это вносит ошибку, однако интегрирование дифференциального уравнения конвективной диффузии в гетерофазной системе, при учете всех механизмов переноса практически невозможно. Таким образом, проницаемость пористой мембраны вычисляется по уравнению [c.64]

В мембранах с более крупными порами с ростом среднего давления селективность процесса значительно ниже предельной, причем наблюдается максимум селективности, смещающийся с ростом <гп) и Р в сторону больших значений Рд. Эти явления вполне объяснимы влиянием концентрационной диффузии, фильтрационного переноса, а также поверхностной диффузии [см. уравнения (2.69) —(2.71)]. Смещение максимума aij при фиксированном значении среднего давления в мембране определяется снижением давления в напорном канале и, следовательно, изменением механизма переноса в прилегающей области пористой мембраны. [c.66]

Расчетные соотношения для коэффициентов диффузии получены на основе представлений об аналогии этих -процессов в пористых и непористых двухфазных мембранах [6]. Дисперсная фаза в виде кристаллитов и других плотных структурных образований играет ту же роль, что непроницаемый скелет пористой мембраны — на межфазной поверхности возможна сорбция растворенного газа из дисперсионной среды форма и распределение плотных включений в матрице оказывают влияние на скорость переноса массы. [c.80]

Из приведенных в таблице данных можно сделать вывод, что при низких значениях уг (модуль работает на исчерпывание целевого компонента) противоточная схема более выгодна и в отношении более высокой концентрации пермеата, и в отношении производительности модуля. При более высоких значениях Уг организация потоков в напорном и дренажном пространствах практически не влияет на эффективность работы модуля с асимметричными или композиционными мембранами (в том числе и в виде полых волокон). На рис. 5.14 представлены результаты расчетов модуля с полыми волокнами, причем расчет проведен как для симметричных (сплошных), так и для асимметричных волокон. Расчетные данные подтверждаются результатами экспериментов, проведенных на модуле с асимметричными полыми волокнами, особенно при малых значениях коэффициента деления потока 0. При больших значениях 0, равных 0,24—0,28, результаты экспериментов для прямо- и противотока не совпадают, что можно объяснить продольной (обратной) диффузией в пористом слое мембраны. [c.181]

Влияние продольной диффузии (молекулярной или кнудсеновской, в зависимости от размера пор) в порах подложки тем больше, чем больше проницаемость компонентов через селективный слой мембраны и коэффициент деления потока 0. При этом увеличивается (или уменьшается, в зависимости от организации потоков) разность между концентрациями распределяемого компонента на границе селективного и пористого слоев мембраны у и содержанием этого компонента внутри полого волокна Уа. При противотоке концентрация у на границе селек- [c.181]

В—структурная константа мембраны при расчете селективности D—коэффициент диффузии Dam—коэффициент диффузии растворителя в мембране d—диаметр поры мембраны dr.a—диаметр гидратированного иона а—эквивалентный диаметр канала /о— пористость мембраны G—проницаемость мембраны АЯ—теплота гидратации I— ионная сила раствора 1—коэффициент Вант-Гоффа К—степень очистки раствора /Ср—коэффициент разделения к, La, Lp—расход концентрата, исходной жидкости и растворителя соответственно [c.11]

Поскольку для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации применяются исключительно пористые мембраны, то в данной книге все аспекты теории и практики обратноосмотических и ультрафильтрационных процессов рассматриваются только относительно пористых мембран. [c.47]

Размер пор и общая пористость мембраны зависят от многих факторов, в том числе от состава раствора для полива, типа растворителя и порообразователя и др. [c.49]

Наряду с полимерными известны многие типы мембран с жесткой структурой. В их числе металлические мембраны, мембраны из пористого стекла, нанесенные, динамические и многие другие мембраны. [c.73]

На рис. П-14 представлена зависимость селективности капилляр-но-пористой стеклянной мембраны, полученной при /ф = 900°С, от времени ее испытания. Мембраны, полученные при /ф = 750°С, имели значительно худшие характеристики (рис. П-15). [c.75]

Зависимость селективности капиллярно-пористой стеклянной мембраны (стек-J0 А) от продолжительности испытания [толщина стенки капилляра 15 мкм, [c.75]

Зависимость селективности и проницаемости капиллярно-пористой стеклянной мембраны (стекло В) от давления (толщина стенки капилляра 32 мкм). [c.75]

Знание структуры полупроницаемых мембран имеет большое значение при решении задач разработки количественной теории мембранных процессов и их успешной реализации. Поскольку пористые мембраны наиболее перспективны для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, то целесообразно подробнее рассмотреть основные методы определения пористости, размера и распределения пор для этого типа мембран. [c.91]

Под пористостью /о мембраны в отличие от общей е и открытой ео, будем понимать отношение площади суммарного поперечного сечения всех пор к единице площади мембраны. Для изотропных мембран значения /о и ео совпадают. Для анизотропных мембран ео всегда боль-ще /о, что необходимо учитывать при исследованиях и расчетах мембранных процессов разделения. [c.93]

Зависимость расхода от давления для пористой мембраны. [c.97]

Графическая обработка кривой расход — давление для пористой мембраны. [c.97]

Зависимость селективности капиллярно-пористой стеклянной мембраны от давления для растворов различных солей [c.181]

Реальная структура пористой матрицы мембраны моделируется системой элементарных капилляров различной геометрической формы, в которых образуются мениски в виде сферы или цилиндра. Для сферы главные радиусы кривизны одинаковы Г = Г2 = г, для цилиндра один из главных радиусов стремится к бесконечности г - оо и поэтому капиллярные давления в порах сферической и цилиндрической форм равны соответственно 2ожг/г и ажт г. Капиллярный потенциал определяется соотношением [9] 1 [c.52]

Экспериментально установлено, что закономерности эффузионного разделения соблюдаются достаточно строго лишь при Я->0. Влияние давления на проницаемость паров через пористые мембраны показано на рис. 2.5, где использованы опытные данные по проницаемости бутана через пористое стекло Вп-кор при 0°С [3J. Комплекс Ai MiT)° представлен как функция относительного давления PjPv T), определяющего, согласно (2.27) и (2.28), адсорбционный потенциал. Интересно, что проницаемость заметно выше предсказанной теорией, даже Б области, где заведомо обеспечен режим свободномолекулярного течения. При дальнейшем росте давлени в порах мембраны проницаемость монотонно увеличивается, экспериментальная кривая имеет четко выраженный максимум и довольно крутую ниспадающую ветвь. [c.58]

В табл. 2.3 в качестве примера приведены значения коэффициента проницаемости и фактора разделения для пористой мембраны ( Кис1ероге ) с эффективным диаметром пор <( п>=0,03 мкм [20]. Селективностью процесса разделения в пористых мембранах можно управлять не только изменением поровой структуры и режимных параметров процесса Р и Т. В работе [21] исследована проницаемость селективность пористых стекол с модифицированной поверхностью пор. Изменение состояния поверхности проводили этерификацией силанольных групп спиртами (метанолом, этанолом и 1-пропанолом) [c.67]

Модификация поверхности приводила к различному изменению константы Генри и коэффициента поверхностной диффузии для полярных и неполярных газов, в результате существенно изменялась проницаемость и фактор разделения. На рис. 2.9 показан характер изменения коэффициента проницаемости диоксида углерода, пропана, дифторхлорметана СНС1Рг (Н-22)) и 1,2-дихлортетрафторэтана С2С1гр4 (К-114) при полной модифшсации поверхности пористого стекла спиртами (п = = 1—3). Исходное состояние поверхности пористой мембраны (п = 0) принято считать гидрофильным. Селективность процесса извлечения СО2 и СзНе из смеси с фреонами существенно улучшается в мембранах с модифицированной поверхностью. [c.67]

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]

Следующая ступень увеличения эффективности разделения — совмещение двух модулей с разными мембранами в одном аппарате (рис. 8.34). Аппарат конструируется таким образом, чтобы трубные решетки различных мембран располагались в противоположных концах кожуха. Строго определенное число мембран одного типа (от 3 до 1000) помещают в перфорированные трубки, которые затем закрепляют в соответствующей трубной решетке. Мембраны в трубных решетках герметизируют с помощью клеевых композиций на основе аиликонового каучука (сплошные волокна) и эпоксидной смолы (пористые мембраны). [c.321]

Преимущества метода стандартных золей заключаются в наличии точных, методов контроля размеров частиц, а таклсе в сферической их форме. Последний фактор значительно уменьщает стерические препятствия при прохождении частицы через пористую перегородку. Метод можно использовать в том случае, когда мембрана не набухает в органическом стабилизаторе данного золя, так как набухание приводит к изменению пористой структуры мембраны. [c.94]

При графической обработке экспериментально найденная для пористой мембраны плавная кривая зависимости расхода от давления (см. рис. П-20) заменяется ступенчатой (рис. 11-21) путем деления абсциссы на отрезки, например АВ. Это означает, что реально существующие в интервале АВ поры, радиус которых лежит в пределах от гз = =i(l2a// 3) os 0 до / 4= (2a// 4) os0, заменяют некоторым числом Л34 капилляров одного радиуса Г34 = (гз-Ьг4)/2. Число пц представляет собой число пор радиуса Г34, через которые в интервале АВ проникает столько жидкости, сколько через все реальные поры радиусом от [c.98]

Зависимость селективности капиллярно-пористой стеклянной мембраны от температуры (данные Чураева Н. В. и сотр.) [c.187]