Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
О
О
Пиперазин л<-Терефталоил хлорид
(водо- (мономер, растворимый
растворимый в органическом
мономер) растворителе)
Полиамид
(полимер)
* Информацию об обратно-осмотических мембранах, производимых в нашей стране, см. в дополнительной литературе [7*] и гл. III. — Прим. ред.
VI. 3.4.2. Применения обратного осмоса
В принципе обратный осмос может иметь широкий спектр использований, которые можно классифицировать как очистку растворителя (в этом случае продуктом является пермеат) и концентрирование растворенного вещества (в этом случае продукт — ретентат).
Основным использованием обратного осмоса является очистка воды, главным образом обессоливание солоноватых вод и особенно морской воды с целью получения питьевой воды [1, 4]. Концентрация соли в солоноватых водах составляет 1000-5000 млн”1, в то время как в морской воде — приблизительно 35 000 млн Другой важной областью применения обратного осмоса является производство ультрачистой воды для полупроводниковой промышленности.
Обратный осмос используется на стадии концентрирования, особенно в пищевой промышленности (концентрирование фруктовых соков, сахара, кофе), в гальванической технологии для концентрирования сточных вод и в молочной промышленности, например для концентрирования молока на начальной стадии сыроделия*.
VI.З.4.З. Обратный осмос (параметры и применения)
Мембраны Асимметричные или композиционные
Толщина Подложка 150 мкм; верхний слой 1 мкм
Размер пор < 2 нм
Движущая сила Давление: для солоноватой воды 15-20 бар,
для морской воды 40-80 бар Принцип разделения Растворение — диффузия
Мембранные материалы Триацетат целлюлозы, ароматические
полиамиды, полиуретановые эфиры (межфазная полимеризация)
Основные применения Обессоливание солоноватых вод и
морской воды
Производство ультрачистой воды (электронная промышленность) Концентрирование пищевых соков и сахара (пищевая промышленность) Концентрирование молока (молочная промышленность)
*06 обратном осмосе см. также монографии [1*-3*]. — Прим. ред.
VI.3.5. Осмотическая машина
Принцип этого явления и процесса, являющегося производным от обратного осмоса, состоит в том, что процесс позволяет генерировать энергию благодаря разнице концентраций в двух растворах, разделенных мембраной. Он представлен на рис. VI-11. Если полупроницаемая мембрана разделяет концентрированный раствор соли и воду или разбавленный раствор, наблюдается осмос и вода течет от разбавленного раствора или чистой воды к концентрированному раствору. И только, если приложенное давление выше осмотического, вода течет от концентрированного раствора к разбавленному. Осмотический поток воды можно использовать для генерации электричества с помощью турбины.
Поток воды при давлении АР < Аж можно описать уравнением VI-21 (с учетом того, что поток Jw меняет направление, см. рис. VI-10. — Ред.):
Jw = Л(Аж - АР) (VI-21)
Мощность на единицу площади мембраны определяется произведением потока на разность давления:
W — Jw ¦ АР — А(Атг - АР)АР (VI-28)
Мощность максимальна (W = И^тах) при dW/d(AP) = 0 —> АР = 0,5Дяг, т. е.
(VI-29)
Вода
о
о
о
Раствор
соли
“О-^
Турбина
Верхний_____
слой I п
АПодслои
Рис. VI-12. Концентрационная поляризация при работе осмотической машины.
Это уравнение ясно показывает влияние осмотического давления на максимальную мощность. Этот процесс был исследован на основе опытов с использованием существующих мембран и морской воды в качестве солевого раствора. Производительность составила приблизительно 1,5 Вт/м2, однако при использовании более концентрированных растворов этот энергетический показатель резко возрастал. Конечно, здесь возникает много практических проблем.
- Осмос: вследствие осмоса концентрация концентрированного раствора будет уменьшаться и, следовательно, осмотическое давление будет падать.
- Поток соли: если мембрана не идеально селективно-проницаема (R < 100%), будет наблюдаться поток соли от концентрированного раствора в сторону разбавленного раствора, в результате чего также будет снижаться осмотическое давление.
- Концентрационная поляризация: труднейшая проблема связана с явлением концентрационной поляризации (см. гл. VII), при этом концентрация на поверхности мембраны будет отличаться от концентрации в объеме (рис. VI-12). Поток соли будет приводить к увеличению концентрации в подложке, которую можно рассматривать как застойный слой, вызывающий уменьшение эффективной разности осмотического давления. Этот эффект будет снижаться при Js —> 0. Таким образом, для реализации метода необходима разработка идеально селективнопроницаемой мембраны (R = 100%).
