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