6.4. Способи зниження концентраційної поляризації

1. Способи, пов'язані з інтенсифікацією масовіддачі від поверхні мембран в ядро потоку розчину, який розділяється, що дозволяє з тим або іншим ступенем ефективно вирівнювати концентрації у поверхні мембран і в об'ємі розчину

   1. перемішування:

      1. з підведенням механічної енергії до рідини

         1. перемішування мішалками

         2. вібрація мембран

         3. пульсація розчину, що розділяється

      2. без підведення механічної енергії

         1. збільшення швидкості

         2. обернення потоку

         3. посилення природної конвекції

   2. зміна (підвищення) температур:

      1. підвищення температури розчину

      2. підвищення температури мембрани

   3. зміна конфігурації міжмембранних каналів:

      1. короткі канали

      2. вузькі канали

      3. розміщення турбулізуючих пристроїв

   4. застосування рухомої твердої дисперсної фази в мембранному каналі:

      1. накладення пульсацій на потік

      2. псевдозріджування частинок

      3. пропускання губчастих тіл.

2. Зниження проникності:

   1. зниження тиску

   2. потовщення мембран.

Способи зниження КП (згадані та інші) доцільно використовувати при ультрафільтрації, не дивлячись на те що вони пов'язані зі значними ускладненнями апаратурного оформлення процесу або його організації. У зворотному осмосі і нанофільтрації досить ефективними є простіші способи, пов'язані із збільшенням гідравлічного опору міжмембранного каналу: по-перше, завдяки тому, що концентраційна поляризація має меншу величину, ніж при ультрафільтрації, а по-друге, через значно вищий робочий тиск збільшення гідравлічного опору менше позначається на зростанні витрат енергії на процес.

Найбільший вплив концентраційна поляризація чинить на характеристики процесу розділення рідких сумішей. Проте і при розділенні газових сумішей – при високому тиску (від декількох мегапаскалів і вище) і великих питомих продуктивностях – внесок зовнішнього дифузійного опору процесу може виявитися настільки істотним, що вже не можна буде його не враховувати. Метод розрахунку КП для цього випадку аналогічний розглянутому вище.

7. Мембранні апарати (лекція 11)

Промислові апарати для мембранних процесів повинні задовольняти наступним вимогам:

• мати велику робочу поверхню мембран в одиниці об'єму апарату;

• бути доступними для збірки і монтажу;

• рідина при русі по секціях або елементах повинна рівномірно розподілятися над мембраною і мати достатньо високу швидкість течії для зниження шкідливого впливу концентраційної поляризації;

• при цьому перепад тиску в апараті повинен бути по можливості невеликим.

При конструюванні мембранних апаратів необхідно враховувати також вимоги, обумовлені роботою апарату при підвищеному тиску: забезпечення механічної міцності, герметичності та ін. Створити апарат, який повною мірою задовольняв би всім перерахованим вимогам, мабуть, неможливо. Тому для кожного конкретного процесу розділення слід підбирати апарат такої конструкції, яка забезпечувала б найбільш вигідні умови проведення процесу.

Апарати для мембранних процесів підрозділяють на чотири основні типи, що розрізняються способом укладання мембран: апарати з плоскими мембранними елементами, з трубчатими мембранними елементами, з мембранними елементами рулонного типу та з мембранами у вигляді порожнистих волокон. Ці апарати можуть бути корпусними і безкорпусними. За положенням мембранних елементів їх поділяють на горизонтальні і вертикальні; за умовами монтажу – на розбірні і нерозбірні. Залежно від конструкції апаратів і схеми установок апарати можуть працювати як в режимі ідеального витіснення, так і в режимі ідеального перемішування.