TECHNIKI MEMBRANOWE WYKŁAD Prochaska cz 2


TECHNIKI MEMBRANOWE
(WYKAADY C.D. prof. dr hab. in\. K. Prochaska)
Techniki membranowe  techniki separacji, rozdziału.
Wszystko, co nas otacza jest mieszaniną.
Podział:
- separacja gazów
- separacja zawiesin (zawarte w r-rach pyły, bakterie, wirusy, grzyby)
- wydzielanie minerałów ze zródła naturalnego pochodzenia
- separacja układów emulsyjnych.
Mamy ró\ne techniki rozdziałów, ale maja one określony zakres działania.
Inaczej jest w przypadku technik membranowych. Są uniwersalne. Du\y zakres stosowalności. Techniki
membranowe: odwrócona osmoza, nanofiltracja, ultrafiltracja, mikrofiltracja. Cząstki są zbudowane z
cząsteczek. W m mówimy o cząstkach, dalej o cząsteczkach. Podstawa procesów membranowych to
membrana.
Kryteria podziału:
- wielkość separowanych cząstek
techniki i ró\nice zw. separowany wielkość cząstek
pyły węglowe 1-100m
mikrofiltracja dymy papierosowe 0,01-1m
1 -0,1m (cząstki) pigmenty malarskie 0,01-6m
bakterie 1-3m
ultrafiltracja 5-4000nm
koloidy
100-1nm 20-90nm
proteiny
masa cząsteczkowa separowanych 4-60 nm
wirusy
zw. 2-80 nm
endotoksyny (pyrogeny) albuminy
1000000-10000 <"7nm
techniki dyfuzyjne
sacharoza
reakcje prądowe i termiczne
laktoza 8-20
1 - <"2
glukoza
masa cząst.
H2O 2,7
1000 2
CH4 4,4
O2 3,46
N2 3,64
H2 2,32
10 <"> 1nm
Klasyfikacja procesów membranowych wg rodzaju siły napędowej wywołującej transport substancji
przez membranę.
Siłą napędową mo\e być:
" ró\nica ciśnienia (membrany porowate)
- mikrofiltracja
- ultrafiltracja
- nanofiltracja
- odwrócona osmoza
- piezodializa
" ró\nica stę\eń (aktywności)
- perwaporacja
- separacja gazów
- dializa
- membrany ciekłe
- membrany katalityczne
" ró\nica temperatur
- termoosmoza
- destylacja gazów
" ró\nica potencjału elektrycznego
- elektroliza
- membrany bi i tri polarne
- elektroosmoza
Składniki o ró\nej temp. ró\nią się potencjałem chemicznym:
i = 0 + RTlna
Moduł membranowy  techniczny układ membran pozwalający na zwiększenie wydajności procesu.
Moduły:
" membranowe o przekroju kołowym
Membrana jest uformowana w przekroju w kształcie miski, w zale\ności od ł dzielimy je na moduły:
- rurowe
- kapilarne
- typu hollow-fibers.
Schemat modułu rurowego:
- zasilanie
- permeat
- membrana
- tkanina drena\owa
- rura nośna perforowana
- rura zbiorcza permeatu
- koncentrat
System cross-flow.
Moduł rurowy ma swoje nieprzekraczalne parametry:
- ciśnienie
- gęstość upakowania (stosunek powierzchni membrany do objętości modułu)
Moduły kapilarne:
- ł = 0,5-6mm
- zasilanie wewnątrz rurek samonośne
Zalety:
- większa  upakowania
- tańsze wytwarzanie
Wady:
- na ogół laminarny przepływ (gorsza wymiana masy)
- mała odporność na ciśnienie
Jest to membrana asymetryczna  wewnątrz jest warstwa aktywna.
Hollow-fibers (85-100m)
Na zewnątrz warstwa porowata, wewnątrz cienka powłoka 0,1-1m.
Moduł z włóknami
Moduł kapilarny Moduł rurowy
pustymi
Warstwa aktywna
40-500m 500-6000m 6-24mm
ł wewnętrzna
80-800m 800-7000m 7-25mm
ł zewnętrzna
Gęstość upakowania <1000 m2/m3 <1000 m2/m3 <80 m2/m3
Dopuszczalne ciśnienie 10MPa na zewnątrz
1MPa wewnątrz 8MPa wewnątrz
robocze 1,5MPa wewnątrz
Dziedziny zastosowania RO, GP UF, GP, PV, MF RO, UF, MF
Membrany nieorganiczne są bardziej trwałe i mają większą odporność termiczną i chemiczną.
Membrany porowate mają fizyczne otworki. Nie mo\e ona mieć przypadkowej porowatości. Rozkład porów
powinien być powtarzalny.
Membrany nieporowate (lite)  rozdział odbywa się nie na zasadzie efektu sitowego, tylko na drodze
rozpuszczania i dyfuzji.
Membrany jonowymienne  przez anionowymienną przechodzą kationy.
Asymetryczne i symetryczne  membrany kompozytowe. Zró\nicowana struktura wewnętrzna.
Symetryczna  jej wł. nie ulegają zmianie w kierunku Ą".
Asymetryczna  w kierunku Ą" do powierzchni występują zmiany strumienia bądz materiałowe: integralnie
asymetryczna (I) i asymetryczna zło\ona (II).
Ró\nice we warstwach górnych I i II.
Asymetryczna  lepsze parametry transportu masy.
(II)  polimer tworzący warstwę aktywną jest drogi, dlatego dolną warstwę mo\na zrobić z innego materiału.
Dolna warstwa  warstwa nośna porowata.
Te 2 warstwy mo\na zgrzać, zastosować klej, procesy te mają wady.
(I) składa się z 1 rodzaju - warstwa górna i dolna.
Budowa membrany kompozytowej:
- warstwa ochronna
- ultra cienka warstwa rozdzielająca
- warstwa nośna
- podło\e polisulfonowe
- włóknina poliestrowa
Technika membranowa musi być:
- wydajna
- selektywna
- uzasadniona ekonomicznie
Moduły płaskie:
- płytowo-rurowy
- spiralny
- poduszkowe
Pracujemy w systemie cross-flow 3 króćce.
- odstępnik
- membrana
- płyta nośna
- membrana
- odstępnik
Zaleta: ramę mo\emy wyjąć w przypadku zapchania.
Kryteria doboru modułów:
- warunek ekonomiczny, niskie koszty produkcji
- dobry, równomierny dopływ fazy zasilającej na pow. membr.
- stabilność termiczna, chemiczna, mechaniczna
- du\a  upakowania  stosunek powierzchni czynnej membrany do obj. modułu
- optymalna geometria i sposób prowadzenia strumienia
- mo\liwość dogodnego czyszczenia
- tanie i wygodne metody wymiany membran
- małe straty ciśnienia
Na potrzeby technologii wybieramy optymalny wariant pracy.
Moduł  techniczny układ membran mający na celu zwiększenie wydajności procesu.
Moduły układamy w pewnej sekwencji w tzw. stopnie membranowe. Mogą mieć one ró\ne konfiguracje:
- stopień szeregowy (szeregowy układ modułów). Faza zasilająca jest kierowana na I stopień.
3 króćce. Na poszczególnych stopniach następuje separacja. Tych modułów mo\e być kilka. Na kolejnych
etapach następuje zatę\enie (ę! i ).
Pompy na kolejnych stopniach pracują z większym wydatkiem. Ka\dy z tych stopni pracuje z inną membraną.
Moduły są wyposa\one w membrany z coraz mniejszymi porami (np. ultrafiltracja).
- układ ĄĄ  membrany są takie same, spełniają taką samą rolę.
- o strukturze choinkowej  faza zasilająca na danym stopniu choinki połączenie 2 powy\szych układów
- układ modułów z obiegami recyrkulacyjnymi  rozwiązanie pośrednie (częściowe zasilanie wstępnym
strumieniem zasilającym na ka\dym stopniu)
- kaskada  stopień modułów 1 po 2-gim
Budowa stopnia membranowego ma wpływ na wydajność i selektywność procesu membranowego.
Mechanizm transportu masy.
Ze wzgl. na membrany nieporowate i porowate  modelowanie (zakładanie warunków procesu).
Transport przez membrany nieporowate.
W membranach gęstych pory jawne nie występują a przepuszczalność penetratna przez membranę zale\y od
jego rozpuszczalności w materiale membrany oraz szybkości dyfuzji przez membranę. Przyjmuje się ponadto, \e
desorpcja penetratna po stronie odbierającej jest procesem na tyle szybkim, i\ nie wpływa na ogólną separację
i transport.
Etap sorpcji i dyfuzji są podobnego rzędu w czasie.
Desorpcja  jest najszybszym etapem.
Suma czasów sorpcji i dyfuzji decyduje o szybkości transportu masy.
Proces transportu masy przez membranę nieporowatą  to proces dyfuzyjno-rozpuszczalnościowy.
Model kanalikowy.
Równania końcowe tych 2 modeli maja taką samą postać.
Ró\nica tkwi w początkowych zało\eniach teoretycznych.
Kanaliki są wielkości molekularnej.
W modelu d-r  ciśnienie po obu stronach membrany jest takie samo. Zmianie ulega współczynnik aktywności
stę\eniowej.
W modelu kanalikowym:
Zakładamy, \e ciśnienie ulega zmianie wewnątrz modułu współczynnik aktywności stę\eniowej pozostaje taki
sam.
1 zało\enie wspólne:
Potencjał chemiczny jest większy po 1 stronie membrany (ten potencjał jest inaczej generowany).
Membrana traktowana jest jako kontinuum. Na granicach faz powierzchnia membrany/nadawa lub permeat
panuje równanie chemiczne w odniesieniu do poj. skł.
Pomija się oddziaływania pomiędzy strumieniami permeujacymi skł.
strumień = stę\enie " ruchliwość " siła napędowa

separowany gradient potencjału z matematycznego punktu
komponent widzenia jest (-)/zmiana potencjału chemicznego.
Mo\e wynikać ze zmiany temp., ciśnienia cząst.,
zmiany potencjałów elektrochem.
D = b " RT
D  współczynnik dyfuzji

2 składniki mogą charakteryzować się podobną siłą napędową. Gdy otrzymamy ró\ne n, to o wyniku decydują
ck, bk. Parametry te decydują o selektywności procesu (ich iloczyn).
Transport przez membrany porowate (ł pory, grubość membrany H, d kap  parametry te występują w warstwie
naskórka). Dzięki nim mo\emy obliczyć prędkość liniową:
=  "
Strumień przed i za membraną ró\ni się gęstością i lepkością.
a) Dyfuzyjny transport Knudsena /dpe"1
ł separowanej cząstki jest mała w stosunku do ł kanałów (swobodnej drogi cząstki  droga, którą
odbywa w kanale cząstka gazu między kolejnymi zderzeniami ze ścianą kanału ).
"
= "
Nk  wielkość strumienia
s  grubość membrany (H)
Współczynnik przepuszczalności membrany w dyfuzji Knudsena:
" " 
= "
- czynnik zale\ny od geometrii membrany
Tn  temperatura membrany
b) Konwekcyjny transport masy (/dp d" 1)
 "
= "  " "  "
 - lepkość r-ru
Ak2  powierzchnia poj. kapilary
Kkc  stała Kozery-Carmana zale\na od kształtu i krętości porów
Ruch jest spowodowany odbiciami cząstek 1 od 2-ej.
Polaryzacja stę\eniowa.
Polega na zmianie stę\enia składników w nadawie prostopadłym do membrany.
Podlega zmniejszeniu wydajności procesu i selektywności transportu masy.
Towarzyszy wszystkim technikom membranowym w ró\nym stopniu. Jest to zjawisko odwracalne.
rys.  Rautenbach
Na początku składnik mieszaniny jest na zasadzie konwekcji. Strumień = . Od stę\enia objętości jest
wzrost stę\enia do stę\enia granicznego przy membranie. Gradient spowoduje dyfuzyjny strumień wsteczny.
Strumień zgodnie z I równaniem dyfuzji Ficka: D .
Polaryzacja  rozdział stę\eń.
Moduł  stosunek stę\enia przymembranowego do stę\enia w fazie zasilającej.
+ D =
Wartości brzegowe:
x = 0 c = Cm
x =  c = Cn
= 
Współczynnik wnikania masy:
k = 
Ilościowy opis polaryzacji (moduł polar.)
= exp ( )
Iv  strumień separowanej masy
Im większa dyfuzyjność tym mniejszy współczynnik polaryzacji.
Proces efektywny  strumień otrzymywania permeatu powinien być du\y.
Polaryzacja obni\a strumień transp. masy.
Tak jak warstwa polaryzacyjna narasta, następuje ustalenie się stanu równowagi.
W sposób sztuczny mo\emy zaburzać równowagę, zwiększając szybkość przepływu.
Polaryzację stę\eniową mo\na tylko ograniczyć, nie mo\na jej wyeliminować.
Zale\ność strumienia permeatu i grubości warstwy blokującej pory membrany w przepływie jednokierunkowym
i krzy\owym. (rys)
Zablokowanie powierzchni tworzącym się  plackiem
ł ę
I = ść ł ó
ę!lepkość !I
Całkowity opór membranowy  opór danej membrany, polaryzacja stę\eniowa (zatę\onej warstwy przy
powierzchni membrany).
Składmik zaadsorbuje się na powierzchni, gdy jest o budowie hydrofilowo-hydrofobowej (amfilowe).
Surfaktanty nale\ą do takich związków. Surfaktant tworzy micele, które mają uporządkowaną strukturę.
Izoterma adsorpcji Gibbsa:
ł
 = -
ł - napięcie powierzchniowe
 - stę\enie powierzchniowe zaadsorbowanego składnika
By zmniejszyć adsorpcję, trzeba zwiększyć temperaturę. Zmniejsza się lepkość i gęstość.
Rcał = R membr + Rcp + Rc + Rad + R\el
Rcp  warstwy polaryz. stę\.
Rc  placka filtracyjnego nieprzepuszcz. przez warstwy membrany
R\el  nie musi się pojawić
Metody oczyszczania warstwy przymembranowej:
- przemywanie wsteczne (odwrócenie kierunku przepływu) back flash
- przemywanie strumieniem wody (hydrostrumieniem)
- stosowanie środków myjących (rozpuszczających osad)
By przeciwstawiać się tworzeniu placka stosujemy odpowiednie warunki hydrodynamiczne:
- przepływ burzliwy (membrana zaopatrzona w ośrodki burzliwości; zawirowywanie)
- przepływ pulsacyjny
- uszeregowanie naprzemienne membran
- zastosowanie modułu (membrana jest w ruchu wirowym)
W procesach membranowych nie ma przemian fazowych.
1. Destylacja membranowa, w której mamy do czynienia z przemianą fazową. Rozdzielenie ciekłego r-ru
następuje na hydrofobowej, niezwil\anej membranie stanowiącej fizyczną przegrodę pomiędzy fazą
zasilającą a destylatem. Porowatość membrany ok. 0,6-0,7. Fazą zasilającą i odbieranym destylatem jest
faza ciekła. Siłą napędową procesu jest ró\nica prę\ności par poszczególnych składników wywołana
ró\nicą temperatur. Temperatura po stronie fazy zasilającej jest większa ni\ po stronie destylatu. W
membranie mikroporowatej, niezwil\anej następuje rozdzielenie. Roztwór zasilający płynie po
powierzchni membrany. Na granicy faz membr.  faza zasilająca dochodzi do odparowania składnika o
najwy\szej prę\ności par. prę\ność NaCl jest równa 0. Sól zostanie zatrzymana na membranie. Przez
pory przechodzi para wodna. Destylatem jest czysta woda.
Tnadawy>Tdestylatu
odparowanie  endo
kondensacja  egzo
Dla nas dostępny jest gradient temp. przymembranowy.
Moduł polaryzacji temp. charakteryzuje jaka część dostępnej ró\nicy temp. jest efektywnie
wykorzystana jako siła nośna (napędowa procesu).
 =
Je\eli  = 1, to
Chcąc ograniczyć negatywny wpływ polaryzacji temp. nale\y zwiększyć szybkość przepływu fazy
zasilającej i destylatu.
Nie tylko stosujemy przepływ burzliwy, ale tak\e pulsacyjny.
Gdyby membrana była zwil\alna przepłynęłaby przez nią cała solanka. Separacja w destylacji
membranowej zale\y od równowagi ciecz-para. Technika destylacji membranowej nie oddzielać
azeotropów. Efektywność naszego procesu zmniejsza transport ciepła. Temperatury przymembranowe
mo\na tylko oszacować.
Q = ( ) = ( - )
Q  ciepło
- współczynnik wchłaniania masy kc
ą - współczynnik przewodzenia
"T = = ( )(1 + kc/ + kc/ )
T1 = TN  ( ) "
T2 = TD  ( ) "
ą, kc  trudne do oznaczenia
Czynniki wpływające na wielkość strumienia separowanej masy:
- temperatura (strumień ę! wraz ze ę!temp.)
- strumień permeatu maleje, gdy wzrasta stę\enie separowanego kwasu (od stę\enia zale\y prę\ność
pary). Wraz ze ę!stę\enia !prę\ność pary/nie wpływa na stopień zatrzymania soli stopień retencji.
- prę\ność przepływu nadawy, gdy ę!, strumień permeatu równie\ ę!.
- porowatość membrany
Zastosowanie destylacji membranowej:
- zatę\anie r-rów soli i kwasów (efektywne do pewnej granicy, która wynika z prę\ności pary w danej
mieszaninie)
- odsalanie wody (woda ultra czysta); 3-5 s
- otrzymywanie koncentratu pierw. ziem rzadkich z fosfogipsu (regeneracja H2SO4 stosowanego do
ekstrakcji lantanowców z fosfogipsu)
- zatę\anie HNO3
2. Perwaporacja  alternatywna metoda separacji, metoda wymienna. Droga techniczna. Zachodzi
przemiana gazowa 1 rodzaju połączona z transportem masy przez nieporowatą membranę. Faza
rozdzielana jest bezpośrednio. Kontrolowany z 1 pow. membrany i składnika permeatu ulegają
odparowaniu w membranie i po 2 stronie membrany zazwyczaj odprowadzane są do pró\ni lub oboj.
gazu nośnego. PV jest techniką, w której siłą napędową jest ró\nica potencjałów chemicznych
składników po obu stronach membrany. Selektywność rozdziału PV wynika z ró\nic w
rozpuszczalności składnika w membranie oraz z ró\nicy szybkości dyfuzji poszczególnych składników
w materiale membrany.
Rozdział w PV nie zale\y od równowagi ciecz-para. Nie ma kontaktu cieczy z parą.
Mo\e być stosowana do separacji azeotropowych mieszanin i cieczy niskowrzącej.
Rautenbach  warianty perwaporacji.
Membrana nieporowata.
Mechanizm: rozpuszczalnościowo-dyfuzyjny; o selektywności decyduje szybkość dyfuzji.
Membrany trekowe powstają przez bombardowanie folii polimerowej przez cię\kie jony. Powstaje
bardzo powtarzalna struktura.
Zastosowanie:
- oczyszczanie wód odpadowych z pierwiastków radioaktywnych
- igły nasadkowe są w nie wyposa\one
Układ membranowy to:
- faza zasilająca
- membrana
- faza odbierająca
Ka\dy system membranowy mo\e pracować w wariantach:
1) cross-flow
2) dead end flow (powstają dodatkowe opory transportu)
Sposób prowadzenia separacji membranowej nie pozostaje bez znaczenia na opory transportu
masy.

Miarą wydajności procesu membranowego jest wielkość strumienia separowanej masy (m, V) [kg/m2h]

Masa separowana na jednostkę powierzchni membranyna jednostkę czasu.

= [ ]
Selektywność: zawartość separowanego składnika w fazie odbieranej do zawartości tego składnika w fazie
zasilającej.
Strumienie mogą być określone za pomocą ułamków molowych lub wagowych.
ćłx =
Stopień zatrzymania  ułamek wagowy składnika w fazie zasilającej pomniejszona o składnik w fazie
odbieranej, do fazy zasilającej.
Analogia do stopnia przemiany.
Retencja decyduje o przydatności danej membrany do realizowania operacji.
= = 1 -
Wysokie koszty instalacji.
O efektywności procesu decyduje jakość membrany, szybkość permeującego składnika.
Zastosowanie:
- odwadnianie mieszanin azeotropowych
Azeotrop  taka sama prę\ność par.
- odwadnianie rozpuszczalników org. (mówimy o niskoprocentowej zawartości związków)
- usuwanie zw. org. z wody
Perwaporacja wolna jest od polaryzacji stę\eniowej. Jedyne zródło oporu to membrana.
- stosowana w układach hybrydowych (PV bierze udział w szeroko rozumianej syntezie chemicznej)
Mo\emy zwiększyć wydajność i efektywność procesów stosując moduł perwaporacyjny (przesuwamy kierunek
reakcji).
Metoda hybrydowa  połączenie 2 metod (PV i destylacki)
- estryfikacja
R COOH + H-OR "! R COOR +H2O
- acetylizacja
R CHO + 2HO-R "! R CH(OR)2 + H2O
- katalizacja
R R  CO + 2HO-R "! R R  C(OR)2 + H2O
membrana hydrofilowa
- dealkoholizacja piwa
Emisja typowych zanieczyszczeń do powietrza.
Separacja gazów jest techniką stę\eniową. Siłą napędową procesu jest ró\nica stę\eń po obu stronach
membrany. Ciśnienie fazy zasilającej jest wy\sze. Gaz jest permeowany po stronie ni\szego ciśnienia (to nie jest
siła). Stosujemy membrany mikroporowate, częściej nieporowate. Procesy separacji gazów dotyczą równie\
separacji par zw. org. (gazy nierzeczywiste). Procesy przebiegają w wysokiej temperaturze i wysokich
wartościach ciśnieniowych. Gaz rzeczywisty występuje w postaci gazowej w warunkach normalnych.
Przemysłowe zastosowanie techniki separacji membranowej gazów:
- wydzielanie wodoru z mieszanin po katalitycznym reformingu
- uzyskiwanie stechiometrycznych mieszanin gazów do syntez zw. węgla -C-C-
- odzyskiwanie wodoru z gazów po syntezie amoniaku
- odzyskiwanie gazów po syntezie HCl
- usuwanie CO2 z gazów naturalnych i z biogazu
- wzbogacanie powietrza w tlen
- uzyskiwanie czystego azotu
- odzyskiwanie helu z mieszanin gazowych
- osuszanie powietrza
- usuwanie zw. lotnych z powietrza: stacje paliw, przemysł chemiczny
- odsiarczanie gazów palnych
- usuwanie gazów powodujących korozję
Literatura:
Rautenbach: Procesy membranowe
Gawroński: Procesy oczyszczania cieczy
Bodzek: Techniki membranowe w OŚ\
Seucki: Podstawy projektowania wybranych procesów rozdzielania mieszanin
2 fazy rozdzielone 3 fazą  membraną. Jest ona w stanie stałym, ciekłym lub gazowym; rozdziela 2 inne fazy,
działa, jako pasywna lub aktywna w selektywnym transporcie masy. Jedna z faz jest fazą zasilającą (nadawa).
Permeacja  proces przejścia substancji przez membranę. Substancja po przejściu przez membranę to permeat.
Strumień zasilający rozdzielany jest na 2:
- permeat
- retentat (koncentrat); jest to część, która nie ulega permeacji.
Techniki obejmują szeroki zakres filtrowanych cząstek od nm do m 10-6  mo\na separować cząstki o takich
wielkościach. Wią\e się to z masą cząsteczkową.
Schemat mo\na podzielić na 2:
- technologia wyjściowa
- technologia czyszcząca.
Membrany polimeryczne  syntezowanie przez człowieka.
Tab.
Emulsje, zawiesiny, roztwory rzeczywiste mo\na rozdzielać membranami. Techniki dyfuzyjne wykorzystywana
jest efektywność, ładunek, wielkość potencjału chemicznego. Techniki separacji sitowej:
- ultra
- mikro.
Inne kryteria selektywnego transportu przez membranę:
- ró\nica ciśnień  siła sprawcza; ró\ne i między warstwami
- ró\nica stę\eń
- ró\nica temperatur
- ró\nica potencjału elektrycznego.
Schemat ogólny procesu membranowego
Strumień = ilość kg w jednostce czasu/jednostka powierzchni [kg/m2h]
Skład strumienia wyra\ony w ułamkach molowych, wagowych
Wydajność mcałk  strumień separowanej masy
Selektywność  miara
Stosunek parametru wyjściowego do wejściowego wyra\ony w ułamkach molowych.
Stopień retencji (zatrzymania) R
Chartakt.: str. zasilający  permeat/strumień zasilający
Membrany muszą być dostosowane do danego procesu.
Membrany asymetryczne: właściwości zmieniają się w Ą" kierunku do jej powierzchni.
Mo\e być:
- integralna asymetryczna  z 1 typu materiału ale struktura polimeru jest zró\nicowana
- asymetryczna zło\ona: warstwa aktywna i nośna porowata zło\one są z ró\nych polimerów.
Membrany jonowe, w sieci polimeru zostają wtłoczone jony (im mobilizowane). Nadają membranie charakter
jonowy (oddziałuje ona na zasadzie oddziaływań elektrostatycznych).
2 grupy:
- moduły o przekroju kołowym
a) rurowe  charakter kołowy, membrana w postaci rury jest mechanicznie wzmocniona, do środka
wprowadzamy fazę zasilającą, ciśnienie do 8 atmosfer
b) kapilarne  membrana w kształcie rurki, ale o mniejszych wymiarach, ciśnienie do 1,5 atmosfery. Rurka ma
kapilary (w. nośna) w swej budowie. R-r kierujemy do wnętrza, permeat zbierany jest z krućca rurki.
c) włókno wydrą\one  maleńkie wymiary włókien 42m. powierzchnia wymiany rośnie.
Dwie opcje pracy:
A warstwa aktywna na zewnątrz, w. nośna w środku. Zasilanie z zewnątrz.
B warstwa separacyjna w środku, nośna ją otacza. Zasilanie wewnątrz modułu.
C warstwa aktywna na zewnątrz, zasilanie w środku.
- moduły płaskie
Moduł  techniczny układ membran. Moduł rurowy mo\emy & od poło\enia ciśnienia. Z pustymi włóknami w
zale\ności od poło\enia warstwy aktywnej.
RO  odwrócona osmoza
PV  perwaporacja.
Płaskie
a) moduły: płytowy, płytowo-ciśnieniowy; membrany uło\one 1 na 2. Powierzchnia wymiany rośnie,
pracujemy w systemie cross-flow
b) spiralny: zwinięty w spiralę, objętość modułu się kurczy. Du\a powierzchnia w jednostce objętości.
Między membranami przekładki dystansujące.
3 krućce:
- doprowadzający (zasilanie)
- koncentrat (odbiór)
- permeat (odbiór)
c) poduszkowy; membrana ukształtowana jest w kształcie poduszek, są one na krawędzi szczepiania.
Moduł ten pozwala na bardzo wysokie ciśnienie pracy 20 Atm.
Wzdłu\ pracy modułów następuje zatę\anie. Najkorzystniejszy moduł spiralny płytowy  w zale\ności od ilości
płyt, ciśnienie najwy\sze przy poduszkowym.
Stopnie membranowe  kilka razem pracujących modułów. Kaskady są tworzone przez stopnie membranowe.
Połączenia mogą być realizowane na kilka sposobów:
- ukł. szeregowy  r-r zasilający kierowany jest na I moduł membranowy, rozdział permeatu i koncentratu; dalej
koncentrat jest rozdzielany na permeat i koncentrat.
- ukł. równoległy  pompowanie na 3 jednostki modułowe, rozkład na permeat i koncentrat, są zbierane.
W ukł. równoległym moduły mogą być identyczne.
W szeregowym: poszczególne moduły będą się charakteryzowały gęstszymi membranami lub warunki są
bardziej drastyczne.
- układ modułów o strukturze choinkowej: połączenie A i B
- układ modułów z obiegami recyrkulacji w ramach jednego bloku. Część koncentratu jest zawracana aby
zwiększyć wydajność pracy.
Membrany trekowe  powstają w wyniku bombardowania folii polimerowej strumieniem cię\kich jonów. Folia
polietylenotertftalowa 8-15m. taka folia jest naświetlana wiązką cię\kich jonów. W folii powstają treki po
przejściu elektronu. Mo\na osiągnąć folię o bardzo regularnym rozkładzie  regularne kanaliki.
Stosowane są w przerobie odcieków przemysłu jądrowego; 102-105 porów/cm2.
Membrany PIM  polimeryczne membrany inkluzyjne.
Maja w swojej strukturze im mobilizowane cząsteczki do transportu niektórych składników.
PIM tworzone są na bazie trój octanu celulozy w chlorometanie. Wylewamy to na powierzchnię i czekamy, a\
dichlorometan odparuje.
Mechanizm transportu masy w membranie.
Morfologia membrany jest odpowiedzialna za transport. Modelowanie transportu masy musi być
podporządkowane:
- prawo zachowania masy, substancji, energii i pędu.
Transport masy w membranach nieporowatych  na zasadzie sorpcji i dyfuzji, model rozpuszczalnościowo-
dyfuzyjny, dalej desorpcja z powierzchni membrany: szybkość desorpcji jest bardzo du\a w stosunku do sorpcji
i dyfuzji.
Zmiana potencjału wywołanie:
- ciśnienie
- temperatura
- stę\enie.
Pore-flow model  przez kapilary w przypadku modelu rozp.-dyf. stałe ciśnienie w membranie
- struktura zasilająca, potencjał chemiczny zmienia się ze stę\eniem
- kapilarny  stę\enie jest stałe w materiale membran. Zmiana potencjału wywołana jest gradientem ciśnienia.
Membrana porowata traktowana jest jako kontinuum.
D = bRT


Wyszukiwarka