Методы мембранного разделения

– Обратный осмос. Фильтрование растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью (или частично) задерживающие молекулы (или ионы) растворенных веществ.

В основе метода лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор.

Давление , при котором наступает равновесие, называют осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление Р, превышающее осмотическое , то можно наблюдать перенос растворителя через мембрану в обратном направлении, т. е. обратный осмос.

Осматическое давление растворов достаточно высоко, но рабочее давление в аппаратах обратного осмоса должно превышать осмотическое, так как их производительность зависит от движущей силы процесса DР. При осмотическом давлении 25 МПа для морской воды, содержащей 3,5 % солей, рабочее давление в опреснительных установках – 7–8 мпа.

Важные преимущества процесса:

– простота конструкции;

– возможность проведения процесса при температуре окружающей среды; малая энергоёмкость (работа на продавливание 1 м³ воды при разности давления 5 МПа N = 1,36 (кВт×ч); при испарении 1 м³ во­ды потребуется 630 кВт×ч);

Ультрафильтрация. Процесс разделения высокомолекулярного и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных полупроницаемых мембран, пропускающих преимущественно молекулы низкомолекулярных соединений.

Движущей силой является разность давления по обе стороны мембраны, которая при ультрафильтрации сравнительно невелика (0,3–1 мпа).

Ультрафильтрацию, в отличие от обратного осмоса, используют для разделения жидких однофазных систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов во много раз превышает молекулярную массу растворителя. Так, для водных растворов принимают, что ультрафильтрация применима тогда, когда молекулярная масса одного из компонентов разделяемой системы превышает 500.

Аппараты аналогичны, полупроницаемые мембраны из одного и того же материала, но имеют различные размеры пор.

Испарение через мембрану – разделение жидких смесей посредством полупроницаемых мембран, когда разделяемая жидкая смесь вводится в соприкосновение с мембраной с одной ее стороны, а проникающий компонент (или смесь) в виде паров отводится с другой стороны мембраны в вакуум, либо в ионы инертного газа.

Диализ – процесс самопроизвольного разделения молекул или ионов высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ с помощью полупроницаемых (ионообменных непористых) мембран, которые пропускают малые молекулы или ионы и задерживают макромолекулы и коллоидные частицы.

Электродиализ – (диализ в электрическом поле в десятки раз ускоряет процесс очистки растворов от электролитов) – процесс разделения ионов вещества под действием постоянного электрического поля в растворе, когда положительные и отрицательные ионы удаляемого электролита перемещаются к соответствующим электродам, проникая при этом через ионообменные мембраны.