Влияние различных факторов на процесс мембранного разделения

Концентрационная поляризация – повышение концентрации

растворенного вещества у поверхности мембраны вследствие избирательного отвода растворителя через мембрану.

При разделении газовых смесей концентрационная поляризация мала и может не приниматься в расчет. Однако она оказывает значительное влияние при проведении жидкофазных процессов, а также в процессах разделения испарением через мембрану.

Основными отрицательными эффектами концентрационной поляризации являются: уменьшение движущей силы процесса; возможность образования на мембране слоя нерастворимого осадка, который может привести к изменению рабочих характеристик мембран, в том числе к возрастанию гидравлического сопротивления; возможность изменения структуры и даже разрушения материала мембраны; увеличение омического сопротивления в электромембранных процессах.

Для уменьшения отрицательного влияния концентрационной поляризации перемешивают раствор над мембраной посредством увеличения скорости исходной смеси над ее поверхностью, а также применения турбулизирующих вставок.

Давление над мембраной существенно влияет на проницаемость и селективность мембранного процесса. С увеличением разности давлений увеличиваются проницаемость и селективность мембран из полимерных материалов.

Повышение селективности с увеличением давления объясняется деформацией и уплотнением структуры мембраны, приводящих к сужению пор.

Однако знакопеременные деформации, связанные с уменьшением и увеличением давления, могут привести к необратимому изменению рабочих характеристик мембран, которые делают невозможным их дальнейшее использование.

Для мембран с жесткой структурой проницаемость увеличивается с повышением давления. Селективность же у таких мембран от давления практически не зависит.

Температура исходной смеси оказывает значительное влияние на проведение процесса мембранного разделения. Повышение температуры смеси, понижающей ее вязкость и увеличивающей скорость диффузии молекул через мембрану, приводит к увеличению проницаемости.

Большинство полимерных мембран не выдерживают эксплуатации при высоких температурах, поэтому их используют при нормальных условиях.

Природа разделяемых веществ оказывает влияние на селективность и в меньшей степени на проницаемость мембран. Например, неорганические вещества задерживаются мембранами лучше, чем органические; вещества с большей молекулярной массой задерживаются лучше, чем с меньшей; вещества, образующие связь с мембраной (например, водородную), задерживаются тем лучше, чем менее прочна эта связь.

Повышение концентрации растворенных веществ в исходной смеси приводит к увеличению осмотического, а следовательно, и рабочего давлений. Кроме того, увеличение вязкости смеси снижает проницаемость мембран.

Следует учитывать, что большинство разделяемых систем являются многокомпонентными, и одни растворенные вещества влияют на разделение других веществ, находящихся в растворе. Поэтому переносить экспериментальные данные по проницаемости и селективности, полученные для бинарных растворов, на многокомпонентные смеси нужно с осторожностью.