- •А.А.Свитцов введение в мембранную технологию Учебное пособие
- •Глава 1. Вода и ее свойства
- •Какая же она – молекула воды?
- •Структура жидкой воды
- •Водные растворы
- •Растворы неэлектролитов в воде
- •Растворы электролитов в воде
- •Энергетические эффекты растворения
- •Осмотическое давление раствора
- •0,5 Г/л, температура – 10оС.
- •32,0 Г/л; температура – 20оС.
- •Осмотическая машина
- •Глава 2. Мембранные процессы
- •2.1. Массоперенос через мембраны
- •2.2.Баромембранные процессы
- •2.2.1.Обратный осмос
- •2.2.2. Ультрафильтрация
- •2.2.3. Микрофильтрация
- •2.2.4. Нанофильтрация
- •2.2.5. Классификация баромембранных процессов
- •2.3. Диффузионные мембранные процессы
- •2.3.1. Разделение газовых смесей
- •2.3.2. Диализ
- •2.3.3. Мембранная экстракция (жидкие мембраны)
- •2.4. Термомембранные процессы
- •Мембранная дистилляция
- •2.4.2.Первапорация (испарение через мембрану)
- •2.5. Электромембранные процессы (электродиализ)
- •Глава 3. Поляризационные явления на мембранах
- •3.1. Концентрационная поляризация
- •3.2. Гелевая поляризация
- •3.3. Осадкообразование на мембране
- •3.4. Влияние поляризационных явлений на удельную производительность мембран
- •Глава 4. Полупроницаемые мембраны
- •4.1. Классификация мембран
- •4.3.1. Основные понятия о полимерах
- •4.3.3.Растворы полимеров
- •4.3.4.Расплавы полимеров
- •4.3.5. Методы получения полимерных мембран
- •4.22. Схема строения активного слоя анизотропной мембраны
- •4.26. Схема получения полого волокна методом сухого формования:
- •4.3.5.3. Получение пористых мембран из порошков полимеров
- •4.3.5.4.Получение пористых мембран растворением полимера
- •4.4.1.Мембраны из микропористого стекла
- •4.4.2. Металлические мембраны
- •4.4.3.Мембраны из керамики
- •4.4.4.Мембраны из графита
- •4.5.Композиционные мембраны
- •4.5.1.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученным методом полива на поверхность воды
- •4.5.3.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученные методом полива на подложку
- •4.5.3.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученные методом межфазной поликонденсации
- •4.5.4. Композитные мембраны на неорганических носителях
- •4.5.5. Динамические мембраны
- •4.5.6.Нанесенные мембраны
- •Определение структуры и свойств мембран
- •4.6.1. Общая пористость
- •4.6.2.Размер пор
- •1. Электронная микроскопия
- •2.Ртутная порометрия
- •3.Метод "точка пузырька"
- •4. Проточная порометрия
- •4.6.3.Физико-механические характеристики мембран
- •1. Толщина мембраны
- •2.Механическая прочность
- •3.Анизотропия мембран
- •4.6.4.Технологические свойства мембран
- •1. Удельная производительность (проницаемость)g.
- •2.Задерживающая способность r
- •4.6.5. Методы калибровки пористых мембран
- •1. Калибровка по определению молекулярно-массового отсекания (cut-off) мембран.
- •2.Калибровка по задержанию частиц определенного размера.
- •Глава 5. Мембранная техника
- •Мембранные элементы
- •5.1.1. Аппараты с плоскими мембранными элементами
- •Аппараты с рулонными мембранными элементами
- •Аппараты с патронными мембранными элементами
- •Аппараты с трубчатыми мембранными элементами
- •Аппараты с капиллярными мембранными модулями
- •5.2. Мембранные установки
- •Генератор движущей силы
- •Предварительная обработка исходной смеси
- •Регенерация мембран и мойка оборудования
- •Рекуперация энергии
- •3) Составим материальный баланс процесса опреснения:
- •6) Расход энергии на нагнетание морской воды в опреснительную установку
- •Контроль, управление и автоматизация
- •5.3.Поточные схемы мембранных установок
- •Глава 6. Прикладная мембранная технология
- •6.1. Технологические приемы осуществления мембранных процессов разделения
- •6.1.1. Диафильтрация
- •6.1.2. Мицеллярно-усиленная ультрафильтрация
- •6.1.3. Мембранный реактор
- •6.2. Рынок мембранных технологий
- •6.2.1. Опреснение соленых вод
- •6.2.2. Получение сверхчистой воды
- •6.2.3. Переработка промышленных отходов
- •6.2.4. Биотехнология
- •6.2.5. Пищевая промышленность
- •6.2.6. Медицина
- •6.2.7. Первапорация
- •6.2.8. Разделение газовых смесей
6.2.7. Первапорация
Основное применение первапорации – дегидратация спиртов, т.е. удаление остатков воды после достижения точки азеотропы в ректификационных колоннах. Потребность в абсолютизированном спирте постоянно увеличивается благодаря постепенному переводу двигателей внутреннего сгорания с бензина на бензино-спиртовую смесь. Направление находится на третьей стадии развития.
6.2.8. Разделение газовых смесей
Этот мембранный процесс известен очень давно, но уровень его развития по линии жизни едва достиг 3-ей стадии, что объясняется присутствием мощных конкурентов – адсорбции, абсорбции и криогенного разделения. Тем не менее эксперты считают, что мембранное газоразделение – один из наиболее потенциальных рынков мембранной технологии. Сегодня во всем мире ведутся интенсивные научные и инженерные исследования по расширению сфер применения этого процесса.
Разделение воздуха. Не для всех случаев применения необходимы чистые компоненты – азот и кислород. Гораздо чаще требуется либо обогащенный, либо обедненный по кислороду воздух, что прекрасно обеспечивается диффузионными мембранами.
Обогащенный кислородом воздух используется в системах очистки сточных вод для интенсификации процессов окисления органических загрязнений; для оздоровления и реабилитации водных бассейнов; для интенсификации процессов горения в топливных агрегатах и при уничтожении твердых отходов; для ускорения выращивания рыбы; для оснащения аппаратами кислородного дыхания медицинских клиник и машин скорой помощи.
Обедненный кислородом воздух широко применяют в хранилищах сельскохозяйственной продукции для предотвращения гниения; при перевозке нефтепродуктов для исключения воспламенения; при лечении многих болезней в атмосфере, имитирующей горный воздух с пониженным парциальным давлением кислорода.
Концентрирование водорода. Полимерные и металлические мембраны позволяют получить практически чистый водород из смесей с любыми газами, что очень важно в развивающейся водородной энергетике.
Выделение углекислого газа. Несмотря на наличие большого количества источников углекислого газа его использование часто затруднено вследствие низкой его концентрации в этих газовых смесях. Углекислый газ часто мешает и является вредным газом, загрязняющим окружающую среду и являющимся причиной возникновения так называемого парникового эффекта, влияющего на климат земли.
СО2много в сбросных газах тепловых электростанций, в продуктах сгорания органических веществ, как результат микробиологических процессов, в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и т.д. С другой стороны СО2нужен без примесей в сварочном производстве, в пищевой промышленности, в технологиях получения низких температур, в медицине и т.д.
Поэтому развитие технологии мембранного разделения смесей углекислого газа с другими газами сегодня особенно актуально.