ответы на контрольные вопросы по обратному осмосу

1 Мембранные процессы – процессы(метод) разделения жидких и газовых смесей на компоненты посредством полупроницаемых перегородок (мембран).

2 Промышленные мембранные процессы:

- обратный осмос– это процесс разделения солей, который происходит когда «соленая вода» под давлением подается на полупроницаемую мембрану. Давление заставляет очищенную воду (пермеат) проходить сквозь мембрану, оставляя более сконцентрированный раствор в сбросе (концентрат).

- ультрафильтрация— это процесс мембранного разделения, а также фракционирования и концентрирования веществ, осуществляемые путем фильтрования жидкости под действием разности давлений до и после мембраны. Размер пор ультрафильтрационных мембраны варьируется от 0,01-0,1 мкм.

Типичное применение ультрафильтрации – отделение макромолекулярных компонентов от раствора, причем нижний предел отделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч. Для отделения растворенных веществ с молекулярными массами от нескольких сот до нескольких тысяч используется процесс, промежуточный между ультрафильтрацией и обратным осмосом, который называют нанофильтрация.

- микрофильтрация— процесс разделения жидких или газовых смесей от взвешенных частиц диаметром 100-0,1 мкм (микрон). Фильтрация производится на мелкозернистом материале, песок, кварц и т. д., для грубой фильтрации больших частиц. Процесс проводят в тупиковом режиме с регенерацией обратным током жидкости/газа.

- диализ

- электродиализ— процесс изменения концентрации электролита в растворе под действием электрического тока. Электродиализ применяют для опреснения воды, выделения солей из растворов.

- испарение через мембрану

- разделение газов

Мембранные процессы второго поколения:(им уделяется научное значение)

- пьезодиализ

- газоразделение

- диализ– мембранный процесс, при котором перенос осуществляется по всей толщине мембраны в основном за счет разницы концентраций. Так же как и другие процессы массопереноса через мембрану, процесс диализа может быть представлен как растворение и диффузия проникающего компонента (пенетранта) в мембране.

- осмос

- первапорация— технология разделения жидких смесей различных веществ, при которой поток жидкости, содержащей два или более смешивающихся компонента, помещён в контакт с одной стороны с непористой полимерной мембраной или молекулярно-пористой неорганической мембраной (типа цеолитной мембраны), в то время как с другой стороны используется вакуумная или газовая продувка. Компоненты жидкого потока абсорбируются в/на мембране, проникают через мембрану, и испаряются в паровую фазу. Образующийся пар, названный «пермеатом», конденсируется. Вследствие различных видов питающих смесей, имеющие различные сродства к мембране и различные скорости диффузии через мембрану, даже компонент, находящийся в малой концентрации в питающей среде, может быть обогащён с высокой степенью в пермеате. Таким образом, состав растворенного вещества может сильно отличаться от того, что находится в виде пара, образующегося после развития свободного равновесия жидкость-пар. Коэффициенты обогащения, степень пермеирования концентрации питающей смеси находятся в диапазоне от единиц до нескольких тысяч, в зависимости от состава, мембраны и условий процесса.

- электродиализ

- термодиализ

- мембранная дистиляция

Разрабатываются новые мембранные методы :

- термическая дистилляция

- электроосмофильтрация

3 Основные задачи мембранного разделения:

• Концентрирование: целевой компонент присутствует в низкой концентрации и растворитель должен быть частично отделен

• Очистка: нежелательная примесь должна быть удалена

• Фракционирование: смесь должна быть разделена на две и более целевых продукта

4 Мембрана :

1. –«селективный» барьер между двумя фазами(смесями), одна из которых ( а может быть и обе) представляет собой целевой продукт

2. -полупроницаемая перегородка , пропусскающая определенные компоненты жидких или газовых смесей

Мембрана должна удовлетворять требованиям : обладать высокой разделяющей способностью, высокой удельной производительностью, химической стойкостью к действию среды разделяемой системы, механической прочностью, достаточной для их сохранности при монтаже, транспортировании и хранении. Кроме того ,свойства мембраны в процессе эксплуатации не должны сильно изменяться.

Среди промышленно используемых мембран широкое распространение получили так называемые ассиметричные полимерные мембраны, обладающие очень тонким плотным верхним слоем толщиной менее 0,5 мкм, нанесенным на крупнопористую подложку толщиной 50-200 мкм. Такие мембраны изготавливают в плоском виде или в форме полых волокон, как правило, из эфиров целлюлозы , поликарбонатов , полисульфатов, полиамидов и полиимидов. Производят и неорганические мембраны, например, керамические на основе оксидов алюминия и циркония. Известны стеклянные и металлические мембраны

5

6 Основными характеристиками обратного осмоса как процесса разделения являются: задержание (селективность) и эффективный поток воды ( удельная производительность)

Общий поток через мембрану (удельная производительность) может быть представлен как сумма потоков воды J_w и растворенного вещества J_s:

J_t = J_w + J_s

Если мембрана высокоселективна, то потоком вещества можно пренебречь

7 На практике поток воды через мембрану :

J_w = V_p/(А*t)

V_p- объём пермеата(м ^3), полученный за время t(с),

А- площадь поверхности мембраны (м^2)

Задержание :

R_м =

8 При движении эффективного потока воды через мембрану вправо при , то идет осмос .(поток воды из менее концентрированного раствора в более концентрированный )

При движении влево при , идет обратный осмос.

9 π= I *c* R*T=2*517*8,31*298,15=2561865,8 Па=2561,9 кПа

i = 1+α(n-1)

тк сильный электролит, i=n=2

10 Селективность мембраны увеличивается при повышении перепада давления