Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Наконец, экономика процессов разделения может определяться потерями продукта, например, в результате разложения. Разрушение продукта может происходить частично, когда производится компонент, чувствительный к нагреву, например, в фармацевтической промышленности (ферменты, антибиотики, витамины). Потери продукта могут быть особенно важны в случае продуктов высокой стоимости.
Для осуществления разделения некоторой смеси может быть использован ряд различных процессов. Задачи разделения могут быть классифицированы примерно в следующем порядке:
- концентрирование: целевой компонент присутствует в низкой концентрации и растворитель должен быть отделен;
- очистка: нежелательная примесь должна быть отделена;
- фракционирование: смесь должна быть разделена на два или более целевых компонента.
Применение мембранных процессов для этих целей описано более детально в гл. VI.
Сырьевой поток разделяется в мембранных процессах на два потока, а именно на проникший через мембрану пермеат и оставшийся после этого ретентат (рис. 1-3); продуктом при этом может служить как тот, так и другой.
Если цель процесса — концентрирование, целевым потоком является ретентат. Однако в случае очистки как ретентат, так и пермеат могут выступать в качестве целевых продуктов в зависимости от примесей, которые должны быть отделены. Например, если требуется получить питьевую воду, а на поверхности воды присутствуют следы летучих органических загрязнений, то для разделения могут быть использованы как обратный осмос, так и первапорация. При обратном осмосе растворенное вещество задерживается и пермеат (питьевая вода) является продуктом, в то время как при первапорации еле-
ды органики селективно отделяются и ретентат, а именно чистая вода, является продуктом. При фракционировании как ретентат, так и пермеат могут быть продуктом.
Мембранная технология является развивающейся технологией и благодаря своему междисциплинарному характеру может быть использована в большом количестве процессов разделения. Провести сравнение различных процессов разделения затруднительно. Для мембранной технологии можно отметить следующие преимущества:
- разделение может выполняться непрерывно;
- энергетические затраты, как правило, низки;
- мембранные процессы могут легко сочетаться с другими процессами разделения;
- разделение может выполняться в мягких условиях;
- возможность масштабирования;
- свойства мембран значительно различаются и их можно контролировать;
- не требуется каких-либо добавок.
Необходимо упомянуть, однако, и следующие недостатки:
- концентрационная поляризация и отложение осадков на мембране (ее загрязнение);
- короткое время жизни мембран;
- в общем случае низкая селективность мембран.
Нужно подчеркнуть, что описанные здесь специфические особенности мембранной технологии рассмотрены чисто качественно.
1.2. Введение в мембранные процессы
Мембранные процессы как методы разделения являются достаточно новыми. Так, еще 25 лет назад мембранная фильтрация не рассматривалась как технически важный процесс разделения. Сегодня мембранные процессы используются широко, и сфера их применения постоянно расширяется. С экономической точки зрения настоящее время — это переходный период между развитием мембранных процессов первого поколения, таких, как микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ), обратный осмос (00), электродиализ (ЭД) и диализ, и мембранными процессами второго поколения, такими, как газоразделение (ГР), первапорация (ПВ), мембранная дистилляция (МД) и разделение с помощью жидких мембран (ЖМ).
Поскольку мембранная технология быстро развивается, в данной книге не ставилась задача дать текущий обзор ее состояния. Чтобы
Фаза1. Мембрана Фаза 2
• #о
ф О Пермеат
О
о о
Движущая сила ДС, АР, АТ, АЕ
Рис. 1-4. Схема двухфазной системы, разделяемой мембраной.
держать заинтересованного читателя в курсе событий, постоянно публикуется много отличных обзорных статей по разным конкретным областям мембранной технологии. Цель данной книги — кратко описать принципы мембранной фильтрации, давая при этом определения, а также иногда более развернутый теоретический анализ.
Существует много мембранных процессов, базирующихся на различных принципах разделения или механизмах и применимых для разделения объектов разных размеров — от частиц до молекул. Несмотря на эти различия, все мембранные процессы имеют нечто общее, а именно мембрану. Мембрана — это сердце каждого мембранного процесса, ее можно рассматривать как селективно проницаемый барьер между двумя фазами*. Схематическое представление мембранного процесса дано на рис. 1-4.
Фазу 1 обычно называют сырьевой фазой** (иногда просто сырьем), в то время как фазу 2 называют пермеатом. Разделение достигается благодаря тому, что один компонент из сырьевой фазы переносится через мембрану с большей скоростью, чем другой компонент или компоненты. Следует, однако, иметь в виду, что в общем слу-
*В ранней литературе по мембранам имел хождение термин «полупроницаемые мембраны». Он кажется неточным, а невольно возникающая ассоциация с полупроводниками вообще искажает смысл. Поэтому в книге термины semipermeable и permselective membranes переведены как селективно проницаемые мембраны. — Прим. ред.
