Диаметр частиц, мкм 0,0001-0,003 0,001-0,005 0,005-0,05 0,05-10,0

Процесс Обратный осмос Нанофильтрация Ультрафильтрация Микрофильтрация

Диаметр частиц, мкм 0,0001-0,003 0,001-0,005 0,005-0,05 0,05-10,0

Таким образом, нанофильтрация занимает промежуточное поло­жение между обратным осмосом и ультрафильтрацией. Считают, что нанофильтрацией можно разделить и концентрировать вещест­ва с молекулярной массой 300-3000, а также ионы тяжелых метал­лов.

Поверхностные явления на границе мембрана-раствор, свойст­ва раствора и растворенного вещества (для микрофильтрации-

 

Рис. 24-5 Зависимость селективности мембраны φ от отношения радиусов части r и поры R:

1-для глобулярных белков на мембранах серии УАМ, 2-для полистирольных латексов в мембранах серии ФМ, 3 - для полистирольных латексом на мембранax «ядерные фильтры»

 

свойства диспергированных частиц) в равной степени оказывают большое влияние на разделение обратным осмосом, нано-, ультра- и микрофильтрацией. Так, при радиусах пор 100- 200 нм и меньше (что соответствует радиусу пор мембран для микрофильтрации) вязкость воды заметно увеличивается, а ее подвижность уменьшает­ся. Вязкость же таких гидрофобных жидкостей, как бензол и тетрахлорид углерода, остается без изменения, и они текут как обычные ньютоновские жидкости.

Присутствие неподвижного или малоподвижного слоя воды в порах мембран для ультра- и микрофильтрации подтверждается также анализом зависимости селективности ультра- и микрофильт­ров от соотношения радиусов частиц в разделяемой системе r и пор R (рис. 24-5). Из этого рисунка следует, что для достижения при ультра- и микрофильтрации φ= 100% при диаметре частиц в раз­деляемой системе порядка нескольких микрометров и менее доста­точно соблюдение условия R/r ≤ 3. Это соотношение позволяет в первом приближении подбирать мембраны с рациональным размером пор для ультра- или микрофильтрации, если известно значение r.

В химической, микробиологическом, пищевой, фармацевтиче­ской и других отраслях промышленности часто сталкиваются с не­обходимостью очистки растворов высокомолекулярных соединений (полимеров, белков и т.д.) и коллоидных систем от низкомолеку­лярных примесей (неорганических солей, спиртов и т.д.). Приме­няемые в настоящее время для решения этой задачи методы очистки имеют существенные недостатки: необходимость использования химических реагентов, растворителей и сорбентов, многостадий­ность, большие потери целевого продукта, трудоемкость, сложность автоматизации, образование значительного количества сточных вод. Для этой цели можно с высокой эффективностью использовать диафильтрацию.

Рис. 24-6. Схема установки для проведения периодического процесса диафильтрации:

1-емкость,2 - клапан; 3-насос, 4- сборник 5-мембранный аппарат.

Диафильтрация- это способ проведения баромембранного процесса разделения жидких систем (чаще ультрафильтрации), используемый в случаях, когда мембрана обладает заметно различной селективностью по отношении, к разделяемым компонентам раствора. При диафильтрации в разделяемый раствор вводят растворитель, расход которого обычно равен количеству отбираемого пермеата. Компонент раствора, плохо задерживаемый мембраной (НС), переходит вместе с растворителем в пермеат, и таким образом в аппарате происходи/ очистка компонента, по отношению к которому мембрана высокоселективна (ВС). С помощью диафильтрации можно практически нацело разделять компоненты раствора. Если же на мембране с подобными характеристиками проводить, например, обычную ультрафильтрацию, то концентрация ВС в исходном растворе повысится, а концентрация НС останется практически неизменной.

Схема установи, для проведения периодического процесса диафильтрации представлена на рис 24-6. Мембранной аппарат 5 заполняется разделяемой смесью, после чего из емкости 1 насосом 3 в аппарат 5 подают растворитель. Рабочее давление в аппарате 5 поддерживают на постоянном уровне с помощью клапана 2. Пермеат направляют в сборник 4. Жидкость в мембранном аппарате следует интенсивно перемешивать. Диафильтрацию можно проводить также в непрерывном режиме однако чаще применяют периодический процесс.

Диафильтрация на основе баромембранных методов разделения не сопровождается фазовыми и химическими превращениями, про­водится при невысоких температурах. Это позволяет очищать раствор соединений, которые весьма чувствительны к внешним воздействиям, не ухудшая качества продукции, а также обеспечи­вает простоту технологического оформления и низкую стоимость процесса очистки.

В промышленности часто приходится разделять разбавленные растворы, содержащие ионы электролитов с близкими свойствами. Для выделения из многокомпонентных растворов нужного элект­ролита перспективно использовать комбинированный метод, включающий комплексообразование и ультрафильтрацию (КОУФ). Он состоит в том, что ионы электролита, подлежащего выделению, образуют с введенным, в разделяемый раствор высокомолекуляр-

24-7. Схема установки для селективного извлечения ионов ценных металлов при сочетании комплексообразования и ультрафильтрации:

1-фильтр механической очистки; 2-реактор комплексообразования; 3, 8-насосы; 4, 9- мано­метры 5 10 - ультрафильтрационные аппараты; 6,11- вентили - регуляторы давления, 7-регенератор полимера

ным полиэлектролитом (так называемым комплексообразователем) координационные соединения-полимерные комплексы. Размер этих комплексов намного больше размера несвязанных ионов, поэтому при продавливании раствора через ультрафильтрационную мембрану последние вместе с растворителем проходят через нес, образуя пермеат, а полимерный комплекс остается в ретанте. Схема процесса селективного извлечения ионов ценных металлов с исполь­зованием комплексообразования и ультрафильтрации представлена на рис. 24-7

Раствор предварительно очищают от взвесей, смешивают в реакторе 2 с водо­растворимым полимером, который образует комплексные соединения только с ме­таллами, подлежащими извлечению. Подготовленный таким образом раствор с металл-полимерным комплексом насосом 3 подают в первый ультрафильтрационньй аппарат 5, в котором мембрана задерживает только полимерный комплекс, свободно пропуская в пермеат воду и соли не связанных в комплексы металлов. Ретант направляют в регенератор 7, в котором полимерный комплекс разрушается, напри­мер в результат; изменения рН раствора (пермеат-1 отводят из аппарата 5) Затем поток насосом 8 направляют во второй ультрафильтрационный комплексообразователя гель, а целевой продукт переходит в пермеат-2 Многократное использование комплексообразователя позволяет повысить экономичность проведения процесса КОУФ, особенно в том случае, когда требуется использовать дорогостоящий полимер.

Основные преимущества процесса КОУФ -высокая избирательность, большая производительность при незначительных энерго­затратах. Процесс можно осуществлять в условиях непрерывного режима, что обусловливает возможность его автоматизации.