8.4.1 Физическая сущность процесса

Сущность процесса заключается в следующем (рисунок 8.27). Разделяемая в аппарате 1 смесь вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной 2 с одной стороны, и вследствие особых свойств мембраны прошедший через нее продукт обогащается одним из компонентов смеси, в результате образуется пермеат. Оставшийся раствор называется ретант.

1 – аппарат; 2 – мембрана

Рисунок 8.27 – Схема процесса разделения на

полупроницаемой мембране

Основными параметрами мембранного разделения являются производительность и селективность.

Удельная производительность – объем пермеата, получаемый при данной движущей силе в единицу времени с единицы рабочей поверхности мембраны.

Селективность характеризует эффективность мембранного процесса и может быть охарактеризована с помощью фактора разделения:

, (8.45)

где – мольные концентрации компонентов А и В в исходной смеси;

– мольные концентрации компонентов А и В в пермеате.

К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение через мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов.

Движущей силой мембранных процессов является разность химических (электрохимических) потенциалов. В таблице 8.2 приведена классификация мембранных процессов в зависимости от вида движущей силы.

Таблица 8.2 – Классификация мембранных процессов

Рассмотрим обратный осмос и ультрафильтрацию, поскольку эти процессы являются наиболее распространенными.

Метод обратного осмоса заключается в фильтрации раствора под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы растворенных веществ. В основе метода лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через мембрану в раствор (рисунок 8.28).

а – осмос; б – равновесие; в – обратный осмос

Рисунок 8.28 – К понятию обратный осмос

Обратный осмос (перенос растворителя через мембрану) наступает, когда давление со стороны раствора превышает осмотическое. Движущая сила процесса обратного осмоса составляет

, (8.46)

где Р – рабочее давление над исходным раствором;

– осмотическое давление раствора.

Важным преимуществом процессов обратного осмоса является простота конструкций аппаратов, а также проведение процессов при температуре окружающей среды.

Ультрафильтрация – это разделение растворов высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных полупроницаемых мембран, пропускающих преимущественно молекулы низкомолекулярных соединений.

Ультрафильтрацией разделяют жидкие однофазные системы, в которых молекулярная масса растворенных компонентов во много раз превышает молекулярную массу растворителя.