Методы электробаромембранного разделения растворов. Лазарев С.И. - 8 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

со- и теплопереноса отдельно, а затем их корректировать с учетом изменения кинетических характеристик в зависимости от
концентрации и температуры разделяемого раствора. На рис. 2.1 представлена взаимосвязь математических моделей массо-
и теплопереноса с кинетическими характеристиками.
Численную реализацию разрабатываемых математических моделей массо- и теплопереноса в электробаромембранных и
баромембранных процессах осуществляют при наличии кинетических характеристик и их зависимости от режимных пара-
метров процесса.
1.3. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА ВЕЩЕСТВ
В
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫХ МЕТОДАХ
Выделение и получение веществ в мембранных процессах является результатом различия в скорости переноса химиче-
ских элементов и веществ через мембрану. Скорость переноса и, следовательно, величина потока, поточно-диффузионного
механизма, основанного на сорбционно-ситьевом эффекте [7, 34 – 40], определяется движущей силой или энергией, расхо-
дуемой на разрыв межмолекулярных связей компонентов смеси, также зависит от подвижности компонентов (молекул, ио-
нов) и их концентрации на поверхности раздела фаз.
Основными движущими силами, которые вызывают поток растворителя и растворенного вещества в электромембран-
ных и баромембранных процессах, являются гидростатическое давление, разница электрического потенциала и концентра-
ции. Перепад гидростатического давления между двумя фазами, разделенными мембраной, вызывает конвективный (гидро-
динамический) поток растворителя и растворенного вещества. Конвективный поток растворителя и растворенного вещества
присущ микрофильтрации, ультрафильтрации, обратному осмосу, электромикрофильтрации, электроультрафильтрации и
электроосмофильтрации.
Разница концентраций, когда два раствора разной концентрации разделены полупроницаемой мембраной, вызывают
диффузионный поток растворенного вещества и осмотический поток растворителя. Эти явления присущи электромембран-
ным и баромембранным процессам.
Разница электрического потенциала, когда к системе мембрана–раствор подведено внешнее электрическое поле, вызы-
вает миграционный поток растворенного вещества и электроосмотический поток растворителя. Эти процессы переноса при-
сущи электромикрофильтрации, электроультрафильтрации и электроосмофильтрации.
В электробаромембранных процессах побуждающие силы могут быть взаимозависимыми и тем самым обуславливать
новые эффекты. Так, вследствие разной электропроводности раствора, подложки, электрода и мембраны возникает тепловой
поток, вызванный градиентом потенциала (∆E). Поток, вызванный градиентом потенциала, называют эффектом Дюфура.
Тепловой поток может вызываться и градиентом давления. Поток, вызванный градиентом давления, называется термомеха-
ническим эффектом. Часто мембранные процессы работают и в температурных режимах, т.е. возникает градиент температу-
ры. Поток веществ, вызванный температурным градиентом, называется эффектом Соре.
В электромембранных и баромембранных процессах могут наблюдаться и другие потоки. Если к процессу, протекаю-
щему под действием разности потенциала приложить избыточное давление, то содержащаяся в порах жидкость будет при-
нудительно проникать через мембрану. Поскольку эта жидкость несет электрический заряд, ее перемещение приводит к об-
разованию разницы электрического потенциала, называемого потенциалом потока. Потенциал потока обуславливает два
эффекта: во-первых, действует на жидкость, содержащуюся в порах, частично ослабляя эффект давления и ослабляя поток;
во-вторых, ускоряет ионы того же знака и постоянные заряды мембраны и тормозит ионы противоположного направления та-
ким образом, что и те и другие, несмотря на их разницу концентрации, переносят эквивалентные количества электрического заря-
да.
В обобщенном виде молекулярные явления, наблюдаемые в электро-мембранных и баромембранных процессах, можно
представить циклом явлений переноса в мембранах. Цикл явлений переноса в мембранах представлен на рис. 1.2 следующей
схемой.
Рис. 1.2. Явления переноса в электромембранных
и баромембранных процессах:
1 – мембранный потенциал; 2 – потенциал потока; 3 – гидродинамическая
проницаемость (водопроницаемость); 4 – осмос; 5 – диффузия; 6 – электроосмос;
7 – миграционный поток; 8 – конвективный поток растворенного вещества
Для математического описания явлений переноса через мембрану принят феноменологический подход (теория), осно-
ванный на термодинамике необратимых процессов. Феноменологическая теория – это теория, которая недостаточно полно

Страницы