Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мембраны из полимерных материалов. Получение и применение. Учебное пособие
.pdf
41
волокон. Наибольшее распространение получили элементы с
параллельным расположением волокон рис.31. Аппарат имеет корпус
1, снабженный штуцерами для подачи исходного раствора, отвода
пермеата и концентрата. В корпусе крепится пучок полых волокон 5.
Диаметр их достаточно мал (до 1 мм). Волокна собраны в пучок с
помощью спирально навитой нити 4, которая служит для обеспечения
необходимого зазора между волокнами, что улучшает распределение
разделяемого раствора. В данном аппарате разделяемую жидкость
можно подавать как внутрь волокна, так и снаружи.
Достоинствами аппаратов этой конструкции является высокая
удельная поверхность (до 30000 м2/м3), низкая материалоемкость. К
недостаткам можно отнести трудность замены волокон в случае их
порывов, необходимость использования предварительной фильтрации
в случае содержания в исходном растворе взвешенных частиц.
Аппараты в виде полых волокон в нашей стране изготавливались
в ПО «Химволокно» и ОКБ «Тонкого биологического
машиностроения». За рубежом их производят фирмы «Амикон»,
«Ромикон» (США), «НИТТО» (Япония) и др.
Рис.31 - Схема аппарата с одним пучком полых волокон: 1-корпус; 2сборник пермеата; 3-перемычка; 4-спиральная нить; 5-волокно
В промышленности также применяются конструкции, в которых
предусматривается снижение влияния концентрационной поляризации.
Наиболее распространенный способ- турбулизация
высокоскоростным течением. По литературным данным турбулизация
потока фильтруемой жидкости (за счет увеличения числа Re в три раза
от величины 2⋅105 до 6⋅105) при обработке молочного сырья
приводит к увеличению проницаемости мембран в 1,5-2 раза. Это
осуществляется за счет интенсивного перемешивания пограничного
высококонцентрированного слоя.
42
Для турбулизации фильтруемой среды рекомендуется также
использовать специальные турбулизирующие вставки, выполняющие
роль перемешивавающего устройства. В качестве таких вставок может
служить статистический смеситель Кеникса (рис.32), используемый в
трубчатых фильтрующих аппаратах. Целесообразность его
применения очевидна при низких значениях числа Re (до 1500)
Рис.32 - Статические смесители (турбулизаторы) Кеникса: 1трубчатый фильтрующий аппарат; 2-смесители Кеникса
Возможно применение подвижных турбулизирующих устройств.
Конструкции турбулизирующих элементов могут быть самыми
разнообразными. Возможна гибкая форма турбулизирующего
элемента в виде цепи или ленты, шарнирно закрепленного одним
концом на пористом каркасе. При движении среды происходит
колебание элемента по всему сечению трубчатой мембраны, что
способствует турбулизации потока у ее поверхности.
Турбулизацию среды с одновременной очисткой мембраны,
возможно, осуществлять винтовыми лопастями из эластичного
материала, соприкасающимися с поверхностью мембраны, которые
вращаются под действием потока жидкости.
Для интенсификации процесса возможно применение пульсации.
При использовании пульсирующего потока можно достичь повышения
производительности на 40-50% в конце процесса сгущения
обезжиренного молока.
Особенность пульсирующего режима движения разделяемого
раствора состоит в увеличении скорости потока в пристенных слоях
жидкости. При наличии в растворе твердых частиц они перемещаются
от стенок к оси потока, что уменьшает вероятность их оседания на
поверхности мембран, а это позволяет сохранить высокую
проницаемость.
43
Использование ультразвуковых колебаний в результате которых
возникает переменное звуковое давление, что приводит к образованию
микропузырьков в значительной мере интенсифицирует процесс
ультрафильтрации и снижает концентрационную поляризацию.
Возможно периодическое чередование пониженного давления с
фиксацией его по времени. Использование данного способа при
концентрировании культуральной жидкости при производстве
лепидоцида позволило повысить проницаемость в среднем на 25%, чем
при постоянном давлении.
Снижение концентрационной поляризации возможно также за
счет ввода дисперсной фазы. Проведенные экспериментальные
исследования по использованию твердых шарообразных частиц из
полимера при фильтрации молочного сырья на плоскорамных
фильтрующих аппаратах показали, что проницаемость можно
повысить на 30%.
Перспективным способом является отвод концентрата из всего
надмембранного пространства. С этой целью было предложено
процесс мембранного концентрирования осуществлять в
фильтрующих каналах, диаметр которых меньше толщины
пограничного слоя. Это позволит в процессе циркуляции вытеснять из
канала концентрата с высокой концентрацией задерживаемых вещес-тв
и одновременно избавляться от концентрационной поляризации.
Основной сложностью в осуществлении этого способа является
трудность изготовления малых размеров каналов аппарата (не более
0,5⋅10-3 м) и проведения обязательной предварительной фильтрации.
Кроме рассмотренных способов борьбы с явлением концентрационной
поляризации могут использоваться и другие методы, которые менее
распространены. К ним можно отнести создание магнитного и
электрического полей. Использование этих методов достаточно
перспективно [21].
44
Тестовые задания
а) б) в) г)
Задание №1
1.1. Назовите ученого, впервые выполнившего мембранное разделение
и получившего обогащенный кислородом воздух:
а) Митчелл
б) А. Фик
в) Т. Грэм
1.2. Выберите соотношение для определения величины параметра
фактора разделения:
1.3. Укажите, чем характеризуются функциональные свойства
мембран:
а) селективностью
б) фактором разделения
в) размером задерживаемых частиц
1.4. Назовите, что является движущей силой процесса массопереноса
через мембрану:
а) градиент температуры
б) градиент давления
в) градиент вязкости
г) градиент диффузии
д) градиент концентрации
е) градиент электрического потенциала
1.5. Выберите, в каких мембранных процессах применяется пористая
мембрана:
а) микрофильтрация
б) газоразделение
45
в) первапорация
г) ультрафильтрация
1.6. Укажите процессы разделения, для которых выбор материала
мембраны напрямую определяет транспортные характеристики
мембраны:
а) микрофильтрация
б) газоразделение
в) первапорация
г) ультрафильтрация
1.7. Перечислите производные целлюлозы, которые можно
использовать для производства мембран:
а) нитрат целлюлозы
б) сульфат целлюлозы
в) фторид целлюлозы
г) ацетат целлюлозы
1.8. Назовите метод, применяемый при получения ассиметричных
мембран для обратного осмоса:
а) сухой способ формования
б) мокрый способ формования
в) сухо-мокрый способ формования
г) способ спонтанного гелеобразования
1.9. Расположите по порядку стадии технологического процесса
мокрого формования:
а) формирование необходимой формы мембраны
б) осаждение полимера в виде пленки
в) подготовка раствора полимера
г) промывка мембраны
д) растворение полимера
е) обработка мембраны, сушка, сортировка
1.10. Укажите, какие мембраны можно получить с применением
кольцевых фильер:
а) мембраны в виде рукавов
б) мембраны без предварительного нанесения на подложку
46
в) мембраны с предварительным нанесением слоя раствора на
движущую подложку
Задание №2
2.1. Выделите пункты, относящиеся к преимуществам мембран:
а) низкие энергетические затраты
б) возможность масштабирования
в) длительное время жизни мембран
г) в общем случае высокая селективность мембран
2.2. Выберите на какие виды подразделяют мембраны по
происхождению:
а) природные и синтетические
б) природные и искусственные
в) натуральные и искусственные
2.3. Соотнесите тип мембраны и размер задерживаемых частиц:
а) обратноосмотические 1) R<3нм
б) ультрафильтрационные 2) 3 нм < R < 10 нм
в) микрофильтрационные 3) 10 нм < R < 0,1 мкм
г) нанофильтрационные 4) 0,1 мкм < R < 1мкм
2.4. Укажите, как изменяется гидродинамическое сопротивление
мембраны при переходе от микрофильтрации к обратному:
а) уменьшается
б) увеличивается
в) остается неизменным
2.5. Назовите, в каких из указанных процессов применяется
непористая мембрана:
а) микрофильтрация
б) газоразделение
в) первапорация
г) ультрафильтрация
2.6. Выберите, в каком из перечисленных процессов широко
используется целлюлоза в качестве материала для получения мембран:
47
а) мембранной дистилляции
б) термоосмоса
в) диализа
2.7. Укажите структурную формулу целлюлозы:
а) [С
12H24O4
(OH)6]n
б) [С12H24O4(OH)3]n
в) [С6H7O2(OH)6]n
г) [С6H7O2(OH)3]n
2.8. Определите, каким методом получают большинство мембран,
производимых в промышленности:
а) мокрого формования
б) сухого формования
в) сухо-мокрого формования
2.9. Назовите метод, в котором перед осаждением полимера с
поверхности раствора частично испаряют растворитель:
а) мокрого формования
б) сухого формования
в) сухо-мокрого формования
2.10. Выберите, из каких растворов машины барабанного типа более
удобны для формования:
а) из высоковязких растворов в легколетучих растворителях
б) из низковязких растворов в легколетучих растворителях
в) из низковязких растворов в труднолетучих растворителях
г) из высоковязких растворов в труднолетучих растворителях
Задание №3
3.1. Выделите пункты, относящиеся к недостаткам мембран:
а) концентрационная поляризация и отложение осадков на мембране
б) невозможность сочетания с другими процессами разделения
в) в общем случае низкая селективность мембран
48
3.2. Определите, к какому виду мембран относятся липосомы и
везикулы:
а) синтетические мембраны
б) природные мембраны
в) искусственне мембраны
г) не являются мембранами
3.3. Назовите, какой тип мембран считается, «выходящим» за
нанотехнологические границы:
а) ультрафильтрационные
б) нанофильтрационные
в) микрофильтрационные
г) обратноосмотические
3.4. Каков размер пор микрофильтрационных мембран:
а) 0,1 – 2 нм
б) 2 нм – 0,1 мкм
в) 0,1 мкм и выше
3.5. Назовите мембранный процесс, в котором движущая сила ионного
транспорта поддерживается разностью электрических потенциалов:
а) электрофорез
б) электролиз
в) электродиализ
г) электрофильтрация
3.6. Определите тип мембран, для получения которых используется
триацетат целлюлозы:
а) микрофильтрационных
б) для обратного осмоса
в) ультрафильтрационных
г) нанофильтрационных
3.7. Найдите, какая функциональная группа входит в состав
полиамидов:
а) -NH3б) -CONO2в) -CONH-
49
3.8. Назовите метод, для которого характерна стадия предформования:
а) мокрого формования
б) сухого формования
в) сухо-мокрого формования
3.9. Выделите, какой из перечисленных компонентов отсутствует в
составе формовочного раствора:
а) гелеобразователь
б) полимер
в) растворитель
г) порообразователь
3.10. Машины ленточного типа применяют при формовании мембран
из растворов полимеров в:
а) в легколетучих растворителях
б) в труднолетучих растворителях
Задание №4
4.1. Укажите, в каких терминах выражается селективность для
разбавленных водных смесей:
а) потока через мембрану
б) фактора разделения
в) задержания
4.2. Перечислите мембраны, которые относятся к неорганическим:
а) стеклянные мембраны
б) амфотерные мембраны
в) графитовые мембраны
г) везикулы
4.3. Назовите отличительные черты асимметричной мембраны:
а) высокая селективность и высокая скорость массопереноса
б) низкая селективность и высокая скорость массопереноса
в) высокая селективность и низкая скорость массопереноса
г) низкая селективность и низкая скорость массопереноса
4.4. Укажите размер пор ультрафильтрационных мембран:
50
а) 0,1 – 2 нм
б) 2 нм – 0,1 мкм
в) 0,1 мкм – 1 мкм
4.5. Назовите мембранный процесс, в котором существует фазовый
переход от жидкости в сырьевой фазе к пару в пермеате:
а) газоразделение
б) первапорация
в) термоосмос
г) диализ
4.6. Выделите преимущества использования триацетата целлюлозы в
качестве материала для мембран:
а) гидрофобность
б) гидрофильность
в) широкий диапазон размеров пор
г) узкий диапазон размеров пор
4.7. Перечислите основных представителей полисульфонов,
используемых в производстве мембран:
а) полиэфирсульфон
б) полидиметилсульфон
в) поливиниленсульфон
г) полифениленсульфон
4.8. Назовите вид мембран, для приготовления которых применяется
метод спонтанного гелеобразования:
а) микрофильтрационных мембран
б) ультрафильтрационных мембран
в) нанофильтрационных мембран
4.9. Выберите для приготовления какого вида формовочных растворов
применяются аппараты с пропеллерной мешалкой:
а) низкой вязкости
б) высокой вязкости
4.10. Выделите, какой из процессов является не обязательным для
получения ультрафильтрационых мембран и мембран для обратного
осмоса методом мокрого формования:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]