Лекция мембранные процессы

Обратный осмос и ультрафильтрация

Частицы растворенного вещества и растворителя находятся в беспорядочном тепловом движении и равномерно распределяются по всему объему раствора.

Если поместить в емкость концентрированный раствор какого-либо вещества, а поверх него осторожно налить слой более разбавленного (менее концентрированного) раствора, то через некоторое время молекулы растворителя и растворенного вещества равномерно распределятся по всему

объему жидкости.

Самопроизвольный процесс перемещения молекул вещества, приводящий к выравниванию концентраций в растворе, называется диффузией.

Диффузия, при которой процесс проникновения молекул в результате беспорядочного теплового движения осуществляется в обоих направлениях: из раствора с высокой концентрацией в раствор со слабой концентрацией, и

наоборот, из раствора со слабой концентрацией в раствор с высокой концентрацией − называется встречной или двусторонней.

Осмосом называется односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку – мембрану.

Осмотическое давление раствора – количественная характеристика осмоса – равно гидростатическому давлению, при котором достигается (наступает) равновесие при односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану.

Полупроницаемая мембрана – это такая мембрана, через которую растворитель может проходить, а растворенное вещество нет.

Если к раствору, отделенному от растворителя полупропорциональной мембраной, приложить внешнее давление, равное осмотическому давлению раствора, то осмос прекратится, следовательно, установится осмотическое равновесие.

Если же приложенное внешнее давление превысит осмотическое, то диффузия растворителя будет преимущественно происходить из раствора в фазу растворителя, т. е. в направлении, противоположном направлению переноса растворителя при осмосе.

Такое явление получило название обратного осмоса. Таким образом, это непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы, или ионы растворенного вещества.

Осмос широко применяется как один из наиболее экономичных способов опреснения воды.

Солевой раствор (например, морская вода) отделяют полупроницаемой мембраной от пресной воды и подвергают давлению, более высокому, чем осмотическое давление раствора.

В результате часть содержащейся в растворе воды "вытесняется" в пресную воду, а концентрация соли в оставшемся растворе повышается.

Концентрированный солевой раствор периодически заменяется свежими порциями морской воды, подлежащей опреснению.

Обратный осмос также используется для обессоливания воды в системах водоподготовки ТЭЦ и предприятий различных отраслей промышленности.

Обратным осмосом и ультрафильтрацией называются процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление.

При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров растворителя.

Эффективность процесса зависит от свойств применяемых мембран.

Они должны обладать следующими достоинствами:

1) высокой разделяющей способностью (селективностью);

2) большой удельной производительностью (проницаемостью);

3) устойчивостью к действию среды;

4) постоянством характеристик в процессе эксплуатации;

5) достаточной механической прочностью;

6) низкой стоимостью.

Дата добавления: 2015-07-16