Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
сопротивлением собственно мембраны Rm
J ~ 7Т = -/п-АР-пТ (VII-53)
A dt T)(Rm “I" Re)
Предполагается, что сопротивление осадка не зависит от приложенного давления. Если толщина осадка ?с, то сопротивление, оказыва-
емое осадком потоку, можно представить выражением
Rc = гс • ?с (VII-54)
где г с — удельное сопротивление, которое предполагается постоянным в пределах толщины осадка ?с. При R = 100% величина Rc может быть также определена из условия материального баланса:
ссА
Тогда для потока запишем следующее выражение:
АР
(VII-55)
_ J_dK _
- A dt
Rm +
rcCbV
СсА
и, следовательно,
t
V
TjRn
ААР ' 2А2ссАР
+
WcCb
V
(VII-56)
(VII-57)
Угол наклона зависимости t/V от V позволяет определить MFI (tga = MFI, см. рис. VII-19):
MFI = о о (VII-58)
Чем выше склонность данного раствора к образованию осадков и забиванию мембраны, тем больше значение MFI. На рис. VII-20 показано, как выглядит график зависимости MFI от концентрации сь в разных растворах.
Использование индекса MFI имеет ряд преимуществ:
- можно различать растворы по их склонности к забиванию мембран;
- можно оценить максимальное допустимое значение MFI для данной установки;
- в определенных пределах можно предсказать снижение потока.
Однако не следует переоценивать этот индекс, поскольку это все-таки полуколичественная величина. Кроме того, величины MFI определяют в аппаратах с тупиковой фильтрацией, тогда как на практике всегда используются конфигурации с фильтрацией из потока, перпендикулярного направлению транспорта. Далее, предположение, что сопротивление осадка не зависит от приложенного давления, не
Рис. VII-19. Экспериментальная зависимость, полученная на установке, показанной на рис. VII-18.
Рис. VII-20. Значения индекса мембранной фильтрации (MFI) как функция концентрации съ загрязняющего мембрану компонента в объеме раствора [20].
всегда справедливо. Наконец, метод оценки MFI основан на предположении, что сопротивление трансмембранному потоку вызвано наличием осадка, тогда как имеются и другие составляющие процесса. И тем не менее в качестве грубой оценки данный метод оказывается полезным.
VII.10. Способы борьбы с забиванием мембран
Эти способы в силу сложности явления будут рассмотрены в самом общем виде. Хотя различные конкретные ситуации требуют своего собственного анализа, можно выделить и общие подходы [18].
Подготовка сырьевых растворов
Методы обработки могут включать: тепловую обработку, регулирование pH, добавление комплексообразующих агентов, например этилендиаминтетрауксусной кислоты, хлорирование, адсорбцию на активированном угле, химическое осветление растворов, предварительные микрофильтрацию и ультрафильтрацию. Правильный выбор метода подготовки растворов является первым шагом к снижению забивания мембран. Часто масса времени и усилий тратятся на очистку мембран, тогда как о стадии предварительной обработки растворов забывают. Иногда эта обработка может быть очень простой, например достаточно скорректировать pH при очистке белков. В этом случае забивание сводится к минимуму, если pH раствора соответствует изоэлектрической точке белка, т. е. значению, при котором молекула белка делается электронейтральной. В процессах первапорации и газоразделения, в которых явления отложений на мембранах играют второстепенную роль, предварительная обработка сырья все же желательна и часто может быть легко осуществлена. Так, для предотвращения попадания твердых частиц в каналы мембранных аппаратов или полые волокна могут быть применены классические методы фильтрации или микрофильтрации.
Изменение свойств мембран
Склонность к образованию осадков зависит от свойств мембраны. Так, забивание пористых мембран (микрофильтрационных, ультрафильтрационных) выражено значительно сильнее, чем для плотных или непористых мембран (первапорационных, обратноосмотических). Далее, узкое распределение по размерам пор может снизить тенденцию к забиванию, хотя этот фактор не следует переоценивать. Гидрофильные мембраны менее склонны забиваться, чем гидрофобные. В частности белки, как правило, сильнее адсорбируются на гидрофобных поверхностях, с которых их труднее удалить, чем с гидрофильных. Заряженные (особенно отрицательно) мембраны также менее склонны к забиванию, особенно в присутствии отрицательно заряженных коллоидных частиц в сырьевом растворе.
Режимные параметры в модуле
При снижении концентрационной поляризации степень забивания мембран также снижается. Концентрационную поляризацию можно снизить, увеличивая коэффициенты массопереноса, т. е. при росте скорости потока, или используя мембраны меньшей производитель-
Рис. VII-21. Изменение потока во времени для некоторого мембранного процесса с обратной промывкой и без нее.
