МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Мембранные процессы – процессы разделения смесей на компоненты посредством полупроницаемых перегородок (мембран). При взаимодействии с мембраной из исходной смеси выделяются прошедший через нее чистый компонент – пермеат и оставшийся перед мембраной концентрированный (очищенный) продукт - ретант.

Основными характеристиками мембранного процесса являются:

· проницаемость, или удельная производительность, G, определяемая как

где W – расход пермеата; F – поверхность мембраны;

· селективность (избирательность) φ:

· фактор разделения α_АB:

где x_А, х_B – мольные концентрации компонентов А и В в исходной смеси, у_А, у_B – мольные концентрации компонентов А и В в пермеате.

К мембранным процессам относятся:

· баромембранные процессы разделения жидких сред, включающие микрофильтрацию, ультрафильтрацию и обратный осмос*. Эти процессы в указанной последовательности отличаются уменьшением размеров задерживаемых частиц и молекул, а также возрастанием необходимого для этого давления, которое является движущей силой процесса.

В отличие от процесса фильтрации при осуществлении баромембранных процессов на поверхности мембраны осадок практически не образуется, а образуются два раствора различной концентрации.

Микрофильтрация применяется для очистки жидкостей от коллоидных частиц и микрочастиц (0,02 ... 10 мкм). Перепад давлений в процессе составляет 0,1...1,0 МПа.

Ультрафильтрация применяется для разделения растворов высоко- и низкомолекулярных соединений. Мембраной задерживаются частицы (молекулы) размером 0,001...0,02 мкм (молекулярные массы 300 ...300000). Перепад давлений на мембране составляет 0,1...2,0 МПа.

Обратный осмос применяется для разделения растворов низкомолекулярных веществ (0,0001 ... 0,001 мкм). Рабочий перепад давлений должен превышать осмотическое давление для данных растворов и составляет обычно 1,0...25,0 МПа;

· диализ – процесс мембранного разделения растворов веществ, отличающихся друг от друга по молекулярным массам, движущей силой которого является разность концентраций компонентов по обе стороны мембраны;

· электродиализ – мембранный процесс, применяемый для разделения электролитов. Перенос ионов через мембрану в данном случае осуществляется под действием разности электрических потенциалов, являющейся движущей силой процесса;

· испарение через мембрану (первапорация) – разделение жидких смесей, при котором исходный раствор контактирует с мембраной с одной ее стороны, а проникающий компонент в виде паров отводится с другой стороны мембраны в вакуум или поток инертного газа;

· диффузионное разделение газов – разделение, основанное на различных коэффициентах диффузии газов через непористые полимерные мембраны под действием градиента концентраций.

Мембранные процессы нашли широкое применение в различных технологических операциях: очистка и концентрирование растворов; разделение 6лизкокипящих компонентов, азеотропных и нетермостойких смесей; отделение высокомолекулярных веществ от низкомолекулярных растворителей; водоподготовка и глубокая очистка сточных води т. д.

Достоинствами мембранных процессов являются: возможность непрерывного их осуществления, низкие энергетические затраты, невысокие температуры осуществления процесса, легкость сочетания с другими процессами разделения, высокая селективность при разделении практически любых систем благодаря широкому диапазону существующих мембран и их свойствам, воз­можность масштабирования процесса.

Основным недостатком данного процесса является относительная недолговечность функционирования мембран.