Расчет мембранных процессов.

1. Материальный баланс

Где L₀, L, W – расход соответственно разделяемой смеси, ретанта и пермеата, кг/с;

С₀, С₁, С₂ – концентрация извлекаемого компонента соответственно в разделяемой смеси, ретанте и пермеате.

2. Селективность

3. По величине φ и свойствам разделяемой смеси подбирается мембрана (марка).

4. Определяется зависимость удельной производительности от состава С₁

5. Определяем поверхность мембраны

Методы очистки мембран.

Для очистки мембран применяются следующие методы

- Механическая очистка - воздействие на загрязненную поверхность мембраны мыльной губкой. Используется для очистки трубчатых мембран. В плоскокамерных аппаратах используют псевдоожиженные шарики, плотность материала которых близка к плотности обрабатываемого раствора.

- гидродинамическая очистка - воздействие на мембрану пульсирующего потока обрабатываемого раствора или воды; обратная продувка мембраны сжатым воздухом или обратная промывка пермеатом; резкое сбрасывание давления (баромембранные процессы). При этом мембрана немного расширяется, загрязнения отслаиваются и вымываются из аппарата.

- физическая очистка - воздействие электрических, магнитных, акустических полей. Метод изучен недостаточно полно.

Химическая очистка - промывка различными растворителями. Метод самый дорогостоящий по сравнению с вышерассмотренными.

Область применения мембранных процессов.

Диффузионно – мембранные процессы используется для разделения газовых и жидкостных смесей

Мембранное газоразделение позволяет либо разделить газовую смесь на компоненты, либо обогатить ее одним из компонентов.

При использовании пористых мембран (диаметр пор 0,005 - 0,03мкм) необходимо чтобы длина свободного пробега молекул была больше диаметра пор, т.е. чтобы частота столкновений молекул газа со стенками пор превышала частоту взаимного столкновения молекул. Т.к. средние скорости молекул обратно пропорциональны, корню их масс (по кинетической теории), компоненты газа проходят через поры мембраны с различными скоростями. В результате пермеат обогащается компонентом с меньшей молекулярной массой, а ретант- с большей.

Коэффициент разделения

где n₁ и n₂ - число молей компонентов, с молекулярными массами M₁ и М₂.

В реальных условиях на диффузию накладывается процесс адсорбции, конденсации.

Для непористых мембран разделение газов идет за счет разной скорости диффузии компонентов через мембрану. Для таких мембран проницаемость на 2-3 порядка ниже, чем для пористых, но селективность выше. Процесс можно представить в виде следующих стадий:

- сорбция газа на поверхности мембран со стороны разделяемой смеси;

- диффузия газа через мембрану;

- десорбция газа с другой стороны поверхности мембраны.

Непористые мембраны применяются для обогащения воздуха кислородом, извлечения водорода, аммиака из природных и технологических газов. В перспективе - извлечение оксидов серы из газовых выбросов.

Условные границы применения баромембранных процессов

Процесс	Диаметр частиц, мкм
Обратный осмос	0,0001 -0,003
Нанофильтрация	0,001 -0,005
Ультрафильтрация	0,005-0,05
Микрофильтрация	0,05- 10,0

Ультрафильтрация используется для разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений, фракционирования и концентрирования высокомолекулярных соединений.

Ультрафильтрация в отличие от обратного осмоса позволяет осуществить разделение смесей в которых мольная масса равновесных компонентов намного больше мольной массы растворителя (рабочее давление 0,2 - 1,0 МПа).

Микрофильтрация применяется для отделения от растворов крупных коллоидных частиц или взвешенных микрочастиц (рабочее давление - десятые и сотые доли МПа).

Нанофильтрация разделяет и концентрирует вещества с молекулярной массой 300 - 3000, а также тяжелые металлы.