46. Влияние различных параметров на селективность и проницаемость мембран.
Мембранные процессы – массообменные процесс разделения однородных смесей за счет полупроницаемой перегородки (мембраны), пропускающей молекулы одного вещества и задерживающей молекулы другого.
Применение: очистка и концентрирование растворов; разделение близкокипящих компонентов, азеотропных и нетермостойких смесей; отделение высокомолекулярных веществ от низкомолекулярных растворителей; глубокая очистка сточных вод и т.п.
Плюсы: простота аппаратурного оформления; проведение процессов при t окр. среды; экономичность с т.з. энергосбережения. Минусы: недолговечность функционирования мембран.
Фильтрат=пермеат W (аналог фильтрата, выделяемый продукт, yA, yB )
Основные характеристики:
1) удельная производительность мембраны (проницаемость) G=W/F, F-поверхность контакта.
2) селективность αАВ=(yA/yB)/(xA/xB)
Мембраны. Для разделения смесей необходимы полупроницаемые мембраны, характеризующиеся высокой разделительной способностью (селективностью), высокой проницаемостью, химической стойкостью, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью. Виды: полимерные мембраны (второпластовые мембраны, ацетил ацетатные; недостаток – не выдерживают высоких температур, достоинство – коррозионно стойкие), тонкие металлические пленки (фольга), пористое стекло (тонкая пленка стекла), ионообменные мембраны.
- концентрационная поляризация – повышение концентрации растворенного вещества у пв-ти мембраны вследствие избирательного отвода растворителя через поры мембраны. Оказывает отрицательное влияние, т. к. эта поляризация уменьшает движущую силу процесса вследствие увеличения осмотического давления из-за повышения концентрации растворенного вещества около мембраны. Как бороться: перемешивание раствора над мембраной, увеличить скорость протока исх. раствора около мембраны или применить турбулизирующие вставки.
- давление раствора над мембраной. Повышение давления увеличивает проницаемость, но при этом мембраны деформируются и не возвращаются в исх. состояние.
- повышение температуры исх. раствора улучшает условия проведение процесса разделения, т.к. понижает вязкость раствора и увеличивает скорость диффузии растворенного вещества от пов-ти мембраны в ядро потока.
- природа растворенных веществ. Неорганические вещ-ва задерживаются мембранами лучше, чем органические; вещества с большей молекулярной массой задерживаются лучше, чем с меньшей.
- повышение концентрации растворенных веществ в исх. растворе приводит к увеличению осмотического давления раствора и к возрастанию его вязкости. Оба этих фактора снижают проницаемость мембран.
47. Материальный и тепловой баланс изогидрической кристаллизации
Кристаллизация – массообменный процесс извлечения твёрдой фазы из растворов, расплавов или паров. Ж → Тв
Правило рычага:
АВ-изогидрическая кристаллизация; АС-изотермическая кристаллизация.
1) изогидрическая кристаллизация МКР/ММ.Р.=FB/BH
2) изотермическая кристаллизация МКР/ММ.Р.=DC/CE МКР/МИСХ. Р-РА =DC/AE
МКР – масса кристаллов, ММ.Р – масса маточного или насыщенного раствора.
Основные способы проведения кристаллизация:
1) изогидрическая кристаллизация – за счет понижения температуры;
2) изотермическая - при постоянной температуре. Происходит изменение агрегатного состояния (удаление части растворителя);
3) выщелачивание (добавляется третье вещ-во, которое смещает растворимость в сторону пересыщения и происходит выделение растворенного вещества в виде твердых частиц);
4) химическая реакция.
Материальный баланс изогидрической кристаллизации.
GН=GК + L
GН – исходный р-р, GК – маточный р-р, L – кол-во кристаллов
GНХН=GКХК+Lλ
λ – отношение массы твердого вещества в кристалле к массе кристаллогидрата
Тепловой баланс.
1) изогидрическая кристаллизация
GНСНtН+WОХЛСОХЛtН ОХЛ+LqКР= GКСКtК+LCКРtК+ WОХЛСОХЛtК ОХЛ, WОХЛ=…
WОХЛ – охлаждающая среда (вода), qКР – тепловой эффект кристаллизации. CКР – теплоемкость кристаллов, СОХЛ – охл. воды, СН – исх. раствора, СК – маточного раствора.
Тепловые потери играют положительную роль.
