Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
VI. 5.2.3. Применения
Границы применимости мембран определяются смачиванием, поэтому процесс мембранной дистилляции применим в основном к водным растворам, содержащим неорганические растворенные вещества. Поверхностное натяжение таких растворов мало отличается от поверхностного натяжения воды. Применения мембранной дистилляции могут быть двух типов: 1) продуктом процесса является пермеат и 2) целевой продукт — ретентат.
Рис. VI-41. Удельный поток и селективность, выраженная через электропроводность пермеата, в зависимости от концентрации NaCl для мембраны на основе пористого полипропилена (Accurel) [51].
1) Производство чистой воды
Пермеат является целевым продуктом большинства используемых процессов мембранной дистилляции. С помощью мембранной дистилляции в качестве пермеата получают высокачественные вещества, например, [50]
- воду для полупроводниковой промышленности;
- бойлерную питающую воду для энергетических установок;
- опресненную морскую воду.
Качество пермеата остается высоким даже при очень высоких концентрациях раствора на входе в мембрану. На рис. VI-41 показаны поток и селективность (выраженная через электропроводность) пористой полипропиленовой мембраны в зависимости от концентрации хлорида натрия. С увеличением концентрации соли поток несколько падает вследствие снижения давления пара. Качество же продукта (пермеата) не зависит от концентрации соли на входе в мембрану. При обессоливании морской воды с помощью обратного осмоса процесс сильно зависит от осмотического давления высококонцентрированных растворов, подающихся на мембрану, в то время как при мембранной дистилляции используются и более концентрированные растворы без заметного снижения эффективности мембраны.
2) Концентрирование растворов
В ряде случаев мембранную дистилляцию используют для концентрирования растворов, например:
90°С-85° О
Сырье
Пермеат
50°С
45°С
Рис. VI-42. Схема противоточной установки мембранной дистилляции. Ретентат Сырье
Пермеат
Теплообменник
80°С
&
45°С
85°С
Мембранная
дистилляция
90°С
Рис. VI-43. Схема установки мембранной дистилляции, включающей теплообменник для рекуперации части энергии [51].
— при обработке сточных вод;
- при концентрировании солей, кислот и т. д.
Простейшая конструкция аппарата мембранной дистилляции представляет собой две емкости, разделенные мембраной. Испарение происходит в высокотемпературной части аппарата, что должно сопровождаться понижением температуры жидкости. Конденсация же происходит в низкотемпературной ячейке, в которой температура, наоборот, повышается. В промышленных установках процесс проводится в противоточном режиме, что позволяет поддерживать постоянную разность температур по обе стороны мембраны при непостоянной разности давления пара. Схема подобной противоточной установки представлена на рис. VI-42.
Температура на входе в мембрану понижается, тогда как пермеат нагревается. С внешней стороны мембраны на сторону пермеата переносится значительное количество тепловой энергии, часть которой можно регенерировать, как это показано на схеме рис. VI-43, на которой блок мембранной дистилляции скомбинирован с теплообмен-
ником. Поток высокотемпературного пермеата протекает через теплообменник, нагревая вводимый на мембрану поток. Можно проводить также аналогичный процесс без регенерации тепла.
Другим типом применения мембранной дистилляции является разделение водных растворов, содержащих низкие концентрации летучих компонентов, например, смесей вода — этанол или вода — три-хлорэтилен. На стороне пермеата вместо воды можно использовать вакуум, что обеспечивает достижение большой движущей силы (р2 —> 0). Поскольку в основе разделения лежит равновесие жидкость — пар, пермеат обогащается летучим компонентом. Иногда этот процесс относят к первапорации, на самом деле он является процессом мембранной дистилляции. Мембранная дистилляция имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с обычной дистилляцией, особенно для ряда мелкомасштабных применений, благодаря тому что мембранная дистилляция происходит при высокой удельной поверхности (большая поверхность на единицу объема).
VI. 5.2.4- Мембранная дистилляция (параметры и применения)
Мембраны Толщина Размер пор Движущая сила Приницип разделения Мембранные материалы
Применения
- полупроводниковая промышленность
- обессоливание морской воды -^производство бойлерной воды
- концентрирование водных растворов
Пористые симметричные и асимметричные
20-100 мкм
~ 0,2 — 1,0 мкм
Разность давлений пара
