Разделение жидких сред ультрафильтрацией
Ультрафильтрация - процесс мембранного
разделения жидких смесей под действием давления, основанный
на различии молекулярных масс или молекулярных размеров компонентов
разделяемой смеси.
При ультрафильтрации происходят разделение,
фракционирование и концентрирование растворов. Один из растворов
обогащается растворенным веществом, а другой обедняется. Мембраны
пропускают растворитель и определенные фракции молекулярных
соединений. Движущая сила ультрафильтрации - разность давления
по обе стороны мембраны. Эта сила затрачивается на преодоление
сил трения и взаимодействия между молекулами жидкой фазы и
полимерными молекулами мембраны. Обычно процесс ультрафильтрации
проводят при сравнительно низких рабочих давлениях 0,3 - 1
МПа. Увеличение давления выше указанного приводит к уплотнению
мембраны, уменьшению диаметра пор, изменению селективности
разделения и, как правило, к снижению производительности.
Ультрафильтрации обычно подвергаются вещества,
в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного
больше молекулярной массы растворителя. Эффективность разделения
зависит от структуры мембран, скорости течения и концентрации
разделяемого раствора, формы, размера и диффузионной способности
растворенных молекул.
Недостаток процесса - сильная концентрационная
поляризация, т.е. на поверхности мембраны может образовываться
плотный осадок - слой геля. Гидравлическое сопротивление этого
слоя в ряде случаев может быть выше, чем сопротивление самой
мембраны. Способы снижения концентрационной поляризации различны:
увеличение скорости омывания поверхности мембраны потоком
разделяемой жидкости, работа в пульсирующем режиме подачи
раствора, турбулизация потока. Точка гелеобразования зависит
от его химических и физических свойств.
Ультрафильтрация - новая технология. Результат
разделения - два раствора, один из которых является обогащенным,
а другой - обедненным растворенным веществом, содержащимся
в исходном, подлежащем разделению веществе. Большое значение
имеет использование этого процесса при разделении веществ,
чувствительных к температурному режиму, так как при ультрафильтрации
растворы не нагреваются и не подвергаются химическому воздействию.
Отсюда очень низкие энергетические затраты, примерно в 20
- 60 раз ниже, чем при дистилляции.
Из всех видов мембранного разделения ультрафильтрация
нашла наиболее разнообразное применение. Ниже представлены
основные сферы применения ультрафильтрации.
- Обработка 18-20% растворов катофорезной
грунтовки в линии окраски кузовов легковых автомобилей,
кабин грузовых автомобилей и тракторов, шасси и других изделий.
- Обработка 10-15% растворов анофорезной
грунтовки в линиях окраски кузовов автомобилей, кабин тракторов,
металлоконструкций велосипедов, бытовой сантехники.
- Регенерация отработанных моющих и обезжиривающих
растворов.
- Концентрирование кремнезоля.
- Осветление фруктово-ягодных соков.
- Очистка отработанных СОЖ в машиностроении,
металлообработке.
- Очистка сточных вод от животноводческих
комплексов (свинарники).
- Концентрирование органического остатка
спиртовой барды.
- Регенерация щелоков в производстве целлюлозы.
- Концентрирование ферментов.
- Концентрирование пектина.
- Концентрирование белка в молоке и молочной
сыворотке.
- Концентрирование и очистка диафильтрацией
соевого белка.
- Очистка сырого глицерина.
- Улавливание и концентрирование серебра
из битой кинофотопленки и рентгеновской плёнки.
- Улавливание и концентрирование красителей
и пигментов.
- Очистка патоки, сахарных сиропов.
- Выделение искусственных алмазов.
- Очистка экстрактов растительного масла.
- Подготовка воды перед обратноосмотической
очисткой.
- Очистка сточных вод производства искусственного
каучука.
- Очистка сточных вод производства строительных
красок.
- Очистка сточных вод от замасливателей
в производстве стекловолокна и от шлихты в текстильных производствах.
- Очистка белковых гидролизатов.
- Концентрирование суспензий гидроокисей
многовалентных металлов (никеля, алюминия, железа, кадмия
и др.)
- Очистка растворов соли от посола рыбы,
мяса, сыров.
Ультрафильтрационные системы за счет поверхностей
фильтрации и прочной структуры материала мембран обеспечивают
разделение растворов без потерь и отделение чистого фильтрата
от взвесей. Поэтому ультрафильтрацию часто используют для
улавливания волокон и частиц из фильтрата после использования
волокнистых и зернистых фильтров ионообменных и сорбционных
систем. Область использования ультрафильтрации постоянно расширяется.
Причина - возможность восстановления из сточных вод ценных
компонентов, которые другим способом восстановить очень трудно
или вообще невозможно.
Разделение жидких сред микрофильтрацией.
Микрофильтрация
- процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей
под действием давления. Размер разделяемых частиц от
0,1 до 10 мкм. Микрофильтрация - переходный процесс от обычного
фильтрования к мембранным методам.
Для микрофильтрации используют мембраны
с симметричной микропористой структурой. Размеры пор от 0,1
до 10 мкм. Мелкие частицы растворенного вещества и растворитель
проходят через мембрану, а концентрация задерживаемых частиц
возрастает. Поток раствора вдоль разделительной мембраны позволяет
удалять концентрированный слой, примеси твердых частиц и других
образований, от которых была необходимость освободить раствор
и растворитель. Прошедший через мембрану растворитель выносит
микровключения, которые направляют на технологические линии
для разделения в следующих циклах.
Широко мембранный метод микрофильтрации
используют при разделении суспензий, эмульсий и очистке загрязненных
механическими примесями промышленных сточных вод, а также
при получении стерильных растворов.
Ниже представлены основные сферы применения
микрофильтрации.
- Очистка растворов пектина
- Улавливание осколков клеток в
производстве средств защиты растений и при изготовлении
различных субстанций для микробиологических целей.
- Очистка молочной сыворотки от
творожной пыли в производстве высококачественного белка.
- Очистка масел.
- Очистка и обезвоживание дизельного
топлива.
- Улавливание мелкодисперсного казеина
в его производстве.
- Концентрирование тонкодисперсных
взвесей латексов, гидроокисей металлов и др. веществ.
- Регенерация органических растворителей
от промывки технологического оборудования в лакокрасочных
производствах.
- Тонкое диспергирование (барботирование
воздуха в жидкостях).
|