Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Процесс газоразделения также уже достиг промышленной стадии развития. В этом процессе могут использоваться два различных типа мембран (хотя и в различных режимах применения): плотные мембраны, в которых транспорт реализуется как молекулярная диффузия, и пористые мембраны, в которых действует поток Кнудсена. Промышленное применение газоразделение нашло в процессах извлечения водорода; другие примеры — процессы разделения кислорода и азота, а также метана и углекислого газа.
Такие процессы, как первапорация, разделение с помощью жидких мембран и газоразделение, часто называют мембранными процессами второго поколения. Как видно из табл. 1-8, первапорация — это мембранный процесс, в котором существует фазовый переход от жидкости в сырьевой фазе к пару в пермеате. Это означает, что в аппарат должно подводиться тепло, по крайней мере равное теплоте испарения проникающего продукта. Первапорация в основном используется для обезвоживания органических смесей.
Два взаимосвязанных фазовых перехода имеют место и при мембранной дистилляции. В этом случае два водных раствора при различных температурах разделены микропористой гидрофобной мембраной, и поэтому в порах мембраны от теплой до холодной стороны имеет место разность парциальных давлений (определяемая разно-
стью температур). Раствор может не смачивать мембрану. Испарение происходит на высокотемпературной стороне, в то время как конденсация пара — на низкотемпературной стороне. Мембранная дистилляция может быть использована для концентрирования и очистки водных растворов (неорганических веществ).
Если вместо микропористой используется плотная гомогенная мембрана, то этот процесс называется термоосмосом. По сравнению с мембранной дистилляцией в этом случае нет фазового перехода, и характеристики разделения и механизм разделения совершенно иные.
Когда движущей силой служит разность концентраций с разных сторон гомогенной мембраны, этот процесс называется диализом. Наиболее важное применение диализа — в области медицины для лечения пациентов с почечной недостаточностью. Перенос осуществляется с помощью диффузии, а разделение достигается благодаря различной скорости диффузии из-за различия молекулярных масс.
В мембранных процессах, описанных здесь, используются твердые (полимерные или в некоторых случаях керамические либо стеклянные) мембраны. Разделение может также достигаться при транспорте через жидкую пленку, в которой один из компонентов растворим и переносится с помощью (пассивной) диффузии. Этот процесс часто усиливается добавлением растворимого специфического переносчика, который способствует транспорту. Жидким мембранам сегодня уделяется большое внимание, поскольку с их помощью могут быть решены весьма специфические проблемы разделения.
Принципы всех мембранных процессов, упомянутых здесь, обсуждаются более детально в гл. VI. Все обсужденные процессы уже применяются на практике или существуют хорошие перспективы для достижения такого применения. Существует также ряд мембранных процессов, которые используются очень ограниченно или вообще не вызывают экономического интереса. Эти процессы, например пьезодиализ и термоосмос, также описаны в гл. VI.
Литература
1. Graham Т., Phil. Trans. Roy. Soc., 151 (1861) 183.
2. Din FThermodynamic functions of gases, Butterworth, 1962.
3. Judson King СSeparation Processes, McGraw Hill, 1971.
4. Sherwood T. K.y Mass transfer between phases, Phi Lambda Upsilon Univ. Press, Pa, Pennsylvania State University, 1959.
5. Separation & Purification, Critical needs and opportunities, National Academy Press, Washington, 1987.
6. Nollet A., Legons de physique-experimentale, Hippolyte-Louis Guerin, Paris, 1748.
7. Reuss, Mem. de la Soc. imper. de naturalistes de Moscou, 2 (1803) 327.
8. Porret Т., Ann. Phil., 8 (1816) 74.
9. Fick APogg. Ann., 94 (1855) 59.
10. van }t Hoff J. Z. Phys. Chem., 1 (1887) 481.
11. Nernst W.y Z. Phys Chem., 4 (1889) 129. Planck М., Ann. Phys. u.
Chem., 39 (1890) 161.
12. Einstein A., Ann. Phys., 17 (1905) 549.
13. Donnan F. G., Z. Elektrochem., 17 (1911) 572.
14. Henderson P., Z. Phys. Chem., 59 (1907) 118.
15. Sollner K., Z. Elektrochem., 36 (1930) 234.
16. Kedem 0., Katchalsky A., J. Gen. Physiol., 45 (1961) 143.
17. Teorell Т., Trans. Far. Soc., 33 (1937) 1035, 1086.
18. Meyer К. H., Sievers J. F.} Helv. Chim. Acta., 19 (1936) 665.
19. Lonsdale H. K., Merten U., Riley R. L., J. Appl. Polym. Sci., 9 (1965)
1341.
20. Schmid G.y Z. Elektrochem., 54 (1950) 424.
21. Meares P., J. Polym. Sci., 20 (1956) 507.
22. Zsigmondy R., Bachmann W., Z. Anorg. Chem., 103 (1918) 119.
23. Ferry J. D., Chem. Rev., 18 (1936) 373.
24. Kolff W. J., Berk H. Т., ter Welle, М., van der Leg J. W., van Dijk E. C., van Noordwijk Acta. Med. Scand., 117 (1944) 121.
25. Loeb S., Sourirajan S., Adv. Chem. Ser., 38 (1962) 117.
