Мембранные процессы с использованием непористых мембран

К этим процессам относят: диализ и первапорацию.

Диализ – мембранный процесс, движущей силой которого является градиент концентраций растворенных веществ с обеих сторон мембраны. В данном процессе используются непористые диффузные мембраны.

Диализ применяется для разделения веществ, которые значительно отличаются по молекулярной массе. Например, растворы полимеров очищают от примесей низкомолекулярных соединений, электролитов и т.п.

Недостатком метода является его низкая производительность и большие объемы растворителя, в который переходят примеси из раствора.

Особенностью диализной мембраны является то, что она пропускает лишь определенные вещества, оставаясь непроницаемой для растворителя.

Первапорация – это мембранный процесс, который осуществляется с использованием непористых мембран для изъятия из воды примесей органических веществ или для удаления примесей воды из органических веществ.

Необходимым условием первапорационого разделения является способность полимерных мембран набухать в веществах, которые являются примесями и от которых осуществляется очищение раствора. Таким образом, для очистки воды от органического вещества используются гидрофобные мембраны, которые хорошо набухают в органических растворителях. При удалении воды из органической среды применяют высокогидрофильные мембраны, которые хорошо набухают в воде.

Движущей силой процесса первапорации является разность парциальных давлений паров веществ, от которых очищается раствор с обеих сторон мембраны или градиент концентраций растворенного вещества с обеих сторон мембраны.

Разности парциальных давлений можно достигать за счет разности температур или давлений.

Движущей силой процесса мембранной дистилляции является разность парциального давления паров растворителя (воды) с обеих сторон гидрофобной микрофильтровальной мембраны. Эта разность парциальных давлений создается за счет разности температур исходного (начального) раствора и фильтрата.

Как правило, температура раствора, который фильтруется, достигает 50...80 , а фильтрата – 20...25. В данном процессе не нужно избыточное рабочее давление, как в случае баромембранних процессов, при этом очистка воды происходит при температуре более низкой, чем температура кипения без фазового перехода воды в пар, что удобно за счет существенного уменьшения энергетических затрат. Производительность процесса при мембранной дистилляции достигает 5...35 дм³/(м² ч.).

Процесс мембранной дистилляции можно проводить в разных технологических вариантах, среди которых можно выделить 5 основных:

1. Мембрана контактирует с горячим раствором с одной стороны и с холодным фильтратом из другой стороны.

2. Пар, который прошел через мембрану, проходит через газовую прослойку и конденсируется за приемочной стороной мембраны на охлажденной поверхности.

3. Пар удаляется за счет разрежения с приемочной стороны мембраны и конденсируется за пределами мембранного модуля, так называемая вакуумная мембранная дистилляция.

4. Пар воды, который прошел через мембрану из мембранной зоны выносится инертным газом и конденсируется за пределами мембранного модуля. Этот вариант называют мембранной дистилляцией в газовом потоке.

5. Осмотическая мембранная дистилляция. Процесс происходит за счет высокой концентрации раствора с приемочной стороны мембраны, разности температур может и не быть. Данный вариант применяется для удаления воды из смеси.

Недостатком мембранной дистилляции является ее относительно низкая производительность по сравнению с баромембранными методами, преимуществом является отсутствие высоких давлений и наличие низких энергозатрат.