Методы электробаромембранного разделения растворов. Лазарев С.И. - 13 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

электроосмофильтрационном разделении оценивается величиной, называемой уровнем концентрационной поляризации:
C
C
=Γ
, (1.10)
где C – концентрация растворенного вещества у поверхности мембраны; C – концентрация растворенного вещества в рас-
творе.
В работах [25, 48, 49, 53, 66,68, 70, 127 – 130] отмечается, что в процессе обратного осмоса величина концентрационной
поляризации всегда больше единицы и является отрицательным фактором, поскольку она вызывает повышение концентра-
ции растворенных веществ около поверхности мембраны. Это обстоятельство обуславливает рост концентрации растворен-
ного вещества в пермеате и создает возможность образования осадков на поверхности мембраны. Также следует отметить,
что концентрационная поляризация повышает осмотическое давление и снижает движущую силу процесса, а это ведет к
уменьшению производительности разделения [76].
В ряде работ [42, 45, 47] констатируются факты, согласно которым при разделении растворов концентрационная поля-
ризация вызывает набухание полимера, изменение структуры, а это обуславливает уменьшение водопроницаемости.
Несмотря на многочисленные оценки влияния концентрационной поляризации на тот или иной процесс, следует заме-
тить, что при разработке конкретного процесса обратного осмоса или электроосмосмофильтрации необходима эксперимен-
тальная проверка этих оценок.
Осадкообразование и изменение структурных свойств мембраны в процессе эксплуатации оказывает существенное
влияние на изменение кинетики и технологических параметров ультрафильтрационного, электроультрафильтрационного
обратноосмотического и электроосмофильтрационного разделения растворов.
Влияние осадкообразования в ультрафильтрационных, электроультрафильтрационных, обратноосмотических и элек-
троосмофильтрационных процессах на кинетические и технологические параметры проявляется через ряд явлений [50, 71].
Любые отложения на поверхности мембраны увеличивают ее гидравлическое сопротивление, что, соответственно, уменьша-
ет водопроницаемость мембраны. При осадкообразовании на поверхности мембраны в аппарате интенсивно развивается
концентрационная поляризация, что вызывает снижение гидродинамической проницаемости и коэффициента задерживания.
Как известно, все полимерные материалы подвержены старению, т.е. постепенно в их структуре образуются необрати-
мые изменения. То же самое происходит и с полимерными мембранами. Изменения структурных свойств в ацетилцеллюлоз-
ных мембранах связаны с уменьшением количества ацетильных групп в полимере [50]. Мембраны из ароматического поли-
амида значительно более стойкие к агрессивным средам. Изменяют свойства полиамидных мембран хлор, озон и диметил-
формальдегид.
Следует отметить, что и осадкообразование в некоторых случаях вызывает структурные изменения мембран – набухае-
мость [50, 78], пластификацию и гидрофобизацию [42].
В противовес этим сведениям следует отметить, что осадкообразование и изменение структурных свойств мембраны не
всегда является отрицательным явлением, и иногда специально вызывают эти явления [29, 78, 79, 80, 82], чтобы повысить
эффективность процесса, поэтому вопросы осадкообразования и изменения структурных свойств мембраны сводятся к опре-
делению таких условий, при которых мембрана эффективно работала бы продолжительное время.
Тепловыделение – это сопутствующее явление, присущее мембранным процессам, протекающим под действием или при
содействии электрического поля [32, 33, 82 – 86].
В процессе электроультрафильтрации, электроосмофильтрации часть электрической энергии расходуется на нагрев
мембраны, подложки и раствора и на токи утечки. Из-за разной электропроводности мембраны, подложки и раствора, они
могут нагреваться до различных температур. т.е. в процессе электроультрафильтрации, электроосмофильтрации кроме мас-
сопереноса будет еще наблюдаться и теплоперенос. Соответственно, теплоперенос может оказывать существенное влияние и
на массоперенос. Тепловыделения мембраны и раствора могут быть существенными и привести к значительному разогреву
мембраны, что повлечет за собой выход мембраны из строя. Однако в отечественной и зарубежной практике исследований
по вопросам теплопереноса в электроультрафильтрационных, электроосмофильтрационных процессах нет. Нет и инженер-
ной методики расчета массопереноса в электробаромембранных процессах с учетом теплопереноса.
Газообразование и реакции на электродах в электромембранных процессах являются следствием протекания электри-
ческого тока [13, 29, 30, 70, 83]. В процессе электроосмофильтрации, как отмечается в работе [87], газообразование влияет на
водопроницаемость мембран. Снижение проницаемости происходит за счет разложения воды. В результате разложения воды
образуются ионы гидроксония и ионы гидроксила. Ионы гидроксония и ионы гидроксила проходят через поры мембраны и
разряжаются, при этом происходит образование газа в поре мембраны [83] и на поверхности электрода (мембрана лежит на
электроде).
Реакции на электродах носят восстановительный и окислительный характер. Так, реакция выделения водорода на като-
де протекает без изменения структуры электрода [30]. Реакция окисления на железном аноде приводит к разрушению его
структуры.
На электродах в процессе электроультрафильтрации и электроосмофильтрации могут протекать реакции и иного харак-
тера, приводящие к подщелачиванию и подкислению раствора, что влечет за собой осадкообразование на мембранах [6].
Реакции на электродах могут носить не только отрицательный характер. Так, в работе по мембранному электролизу [86]
отмечается применение его для различных целей (получение каустической соды, гидрооксида калия и т.д.).
В целом, следует заметить, что влияние газообразования и электродных реакций на кинетику переноса при электро-
ультрафильтрационном и электроосмофильтрационном разделении растворов органических веществ требует также исследо-
ваний.

Страницы