Билет 16. Мембранные методы разделения. Осмос, обратный осмос. Свойства мембран. Аппараты.

Мембранные методы можно отнести к массообменным процессам. Мембранные процессы- избирательное извлечение компонентов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки –мембраны. Это переход вещества(или веществ) из одной фазы в другую через разделяющую их мембрану.

Прошедший через мембраны продукт принято называть пермеатом, а оставшуюся перед мембраной разделяемую смесь – ретантом(иногда концентратом).

Известны процессы:ообратный осмос, ультрафильтрация и микрофильтрация. В этих процесса в качестве фильтрующих перегородк используют полупроницаемые мембраны, которые также называют молекулярно-ситовыми. Полупроницаемые мембраны обладают свойством селективноости – избирательной способностью пропускать те или иные вещества. Размер пор таких мембран – не более 0,5 мкм, а чаще

Особенность мембранных методов состоит в том, что гомогенные жидкие системы, в том числе растворы, разделяются без фазовых превращений, т.е. удаление воды происходит без кипения и испарения.

Вся энергия расходуется на создание давления и его продавливание сквозь мембрану.

Опреснение воды в обратноосмотических установках требует в 10-12 раз меньше энергии, чем дистиляция.

Осмос.Обратный осмос. Явление осмоса заключается в том, что вода(растворитель) проходит через мембрану и разбавляет раствор.

Явление осмоса лежит в основе многиъ жизненных процессов – осмос способствует обмену веществ в живых организмах. Он же жироко используется в раздичных отраслях пищевой промышленности и общ.пит. На явлении осмоса основано консервирование продуктов путем засолок и сасыщения их сахаром. Вода из микроорганизмов, главных виновников порчи продуктов, проходит через их оболочку в раствор соли или сахара,в результате чего бактерии погибают из-за обезвоживания. Оболочка бактерии, как и в любой клетке живого организма, представляет собой полупроницаемую мембрану.

При достижении равновесного состояния растворитель переходит в раствор и из раствора возвращается в растворитель. Равновесное состояние наступает в том случае, если гидростатическое давление раствора, определяемое разностью уровней между раствором и водой, становится равным осмотическому давлениюП: Р=П(при осмосе Р<П).

Если на раствор, находящийся в состоянии расновесия с водой, оказать давление, превышающее осмотическое, то вода из раствора будет проходить через мембрану в воду, находящуюся в левой части сосуда(рис.9.18). Это явление в 1953г. Было названо обратным осмосом.

Теоретически осотическое давл. Определяется о ур. Вант-Гоффа: П-С*R*T, где R –универнс.газов. постоянная(8,314ДЖ/(К*моль)); Т-абсолютная температура, К; С- молярная концентрация растворенного вещества.

С= , где - число молей растворенного вещества; - число модей растворителя; - объем одного моля растворителя.

Движущей силой процесса обратного осмоса является разность давлений P, опред. По формуле , где - избыточное давление, Па. Как правило, превышает при обратном осмосе П в 2-3 раза.

Процессы обратного осмоса, ультрафильтрации и микрофильтрации проводятся на аналогичных по конструкции аппаратах. В этом сходство самих процессов. Отличия заключается в назначении и конечных целях.

Обратный осмос – процесс отделения низкомолекулярных веществ(растворов), размер частиц которых от м.

Ультрафифильтрация – выделение на проницаемых мембранах высокомолекулярных фракций жикостных систем м.

Микрофильтрация – отделение от растворителя частиц размером м.

При ультрафильтрации и микрофильтрации осмотрическое давление пренебрежимо мало или отсутствует, движущей силой процессов является разность давлений обычно = 0,31 МПа.