Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
**Фаза, контактирующая с входной поверхностью мембраны, — переменного состава: на входе в мембранный аппарат — это сырье, на выходе из него — это не проникший через мембрану поток (ретентат). Иногда удобнее пользоватся терминами «поток или фаза до мембраны» (upstream) или «поток или фаза после мембраны» (downstream). — Прим. ред.
Таблица 1-2. Коэффициенты перевода для объемных потоков
м3/м2 • с см3/см2 • ч гал/фут2 • сут л/м2 • ч л/м2•сут
м3/м2 • с - 3,6- 105 2,1 • 106 3,6 ¦ 106 8,6 • 107
см3/см2 • ч 2,4- 10"6 - 5,9 10 240
гал/фут2 • сут 4,7 • 10"7 0,17 - 1.7 41
л/м2 • ч 2,8 • 10“7 0,1 0,59 - 24
л/м2 • сут 1,2 • 10"8 0,0042 0,025 0,042 -
Таблица 1-3. Коэффициенты перевода для потоков
1л/м2 -ч = р кг/м2 • ч = р/М моль/м2 • ч (объемный поток) (массовый поток) (молярный поток)
чае мембрана не является совершенным или идеальным селективно проницаемым барьером.
Эффективность или эксплуатационные качества некоторой мембраны определяются двумя параметрами: ее селективностью и потоком через мембрану. Последний, часто обозначаемый как скорость проницания или массопереноса, определяется как объем, протекающий через единицу площади мембраны в единицу времени. Хотя рекомендуется использовать единицы СИ, в литературе часто используют другие единицы для потока. Если речь идет об объемном потоке, используются следующие единицы измерения: л/м2 • ч, л/м2 • сут, гал/фут2 сут и см3/см2 ч. Соответствующие коэффициенты перевода приведены в табл. 1-2.
Объемный поток можно легко перевести в массовый поток или молярный поток, используя плотность или молекулярную массу. Это показано в табл. 1-3.
Селективность мембраны по отношению к смеси в общем случае выражается одним из двух параметров: задержанием (R) и фактором разделения (а). Для разбавленных водных смесей, состоящих из растворителя (т. е. воды) и растворенного вещества, наиболее удобно выразить селективность в терминах задержания R по отношению к растворенному веществу. Растворенное вещество частично или полностью задерживается, в то время как молекулы растворителя (воды) свободно проходят через мембрану. Величина R определяется соотношением:
R = Ь = 1-Sl (1-2)
С} С}
где с/ — концентрация растворенного вещества в сырье и ср — кон-
Таблица 1-4. Единицы измерения концентрации
Массовая концентрация кг/м3
Молярная концентрация моль/м3
Мольная доля 'j
Массовая доля (w/w) > Безразмерные
Объемная доля (v/v) J
центрация растворенного вещества в пермеате. Поскольку это безразмерный параметр, R не зависит от единиц, в которых выражается концентрация. Величина R изменяется от 100% (полное задержание
растворенного вещества; в этом случае мы имеем «идеальную» се-
лективно проницаемую мембрану) до 0% (растворенное вещество и растворитель свободно проходят через мембрану).
Селективность мембраны по отношению к газовым смесям и смесям органических жидкостей выражается в терминах фактора разделения а*. Для смеси, состоящей из компонентов А и В, фактор разделения ад/в выражатся соотношением:
_ УА/т /т
^ <м>
где у а и т/в — концентрации компонентов А и В в пермеате, ахд и хв — концентрации компонентов в сырьевом потоке. В системе СИ единицей измерения количества вещества является моль, но килограмм (кг) также часто используется. Поэтому концентрации могут быть выражены как массовые концентрации (с,) либо молярные концентрации (п,). Состав раствора или смеси может быть описан также с помощью мольных долей, массовых долей или объемных долей. Единицы, используемые для описания состава растворов или смесей, представлены в табл. 1-4.
Селективность, или фактор разделения, а выбирается таким образом, чтобы эта величина была больше единицы. Таким образом, если скорость массопереноса через мембрану компонента А больше, чем компонента В, фактор разделения определяется как с*а/в; если компонент В проникает быстрее, то фактор разделения определяется как ав/А* Если ад/в = <*в/а> разделения нет.
* Соотношение 1-3 широко применяется в первапорации, т. е. главным образом для описания разделения водно-органических жидких смесей. — Прим. ред.
1.3. Этапы развития мембранной технологии
В истории мембранной технологии может быть выделено два этапа развития — научный и промышленный. Хотя мембранные явления наблюдались и изучались еще в середине восемнадцатого века, сначала надо было изучить барьерные свойства материалов и соответствующие явления и только затем создавать мембраны для технического и промышленного применения. Традиционно исследования мембран и мембранного разделения осуществлялись не только физиками и химиками, но также специалистами в таких областях науки, как биология, биофизика, биохимия и зоология. Некоторые научные вехи, достойные внимания, представлены в табл. 1-5*.
