docWykład 1 - Wydział Chemii UW
download 
Reklamacja Transkrypt
Wykład 1 - Wydział Chemii UW
Wykład 1 Wprowadzenie do metod membranowych Cele metod rozdzielania: • 1) • 2) • 3) zatężania oczyszczanie frakcjonowanie Historia • 1855 A. Fick membrany kolodionowe • 1866 T. Graham membrany kauczukowe • 1950/1960 S. Loeb i S. Sourirajan membrany asymetryczne • 1950 W.Judy i W. McRae membrany jonowymienne • 1956 W. Kolff sztuczna nerka • 1995 Nakłady finansowe na prod. membran 3 mld USD • 2007 • Globalna sprzedaż wyposażenia do technik membranowych 8 bln USD (McIlvaines’s report) Wszystkie ludzkie działania i myśli przechodzą drogę od prymitywu poprzez zawiłość do prostoty. Antoine de Exupery, 1939 Podział technik membranowych I. Ze względu na rodzaj siły napędowej procesu Różnica ciśnień Różnica stężeń (aktywności) Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego Mikrofiltracja MF Perwaporacja PV Termoosmoza TRO Elektrodializa ED Ultrafiltracja UF Permeacja gazów GS Destylacja membranowa MD Techniki z wykorzystaniem membran bi i tripolarnych BPED Nanofiltracja NF Dializa D Odwrócona Osmoza RO Technika z wykorzystaniem membran ciekłych LM II. Ze względu na wielkość zatrzymywanych cząstek Mechanizm filtracji membranowej RETENTAT NADAWA PERMEAT Model kapilarny Efekt sitowy Selektywność membrany Prawo Poiseuille’a: Jv m P Pv Jv Pv m P objętościowym strumieniem permeatu [m3 s-1 m -2] grubość membrany ciśnienie transmembranowe współczynnik permeacji (liczba kapilar na jednostkę powierzchni membrany, porowatość membrany, współczynnik geometryczny) Model dyfuzyjny Rozpuszczalność i szybkość dyfuzji Selektywność J n k D (c2 c1 ) / l Jn molowy strumień związku dyfundującego[mol m-2 s-1] l grubosć membrany D c1 współczynnik dyfuzji związku penetranta w membranie c2 stężenie składnika w permeacie stężenie składnika w nadawie Typy membran N Transport w membranie P N P P Transport Bierny I i II generacja Transport Ułatwiony III generacja N Transport Aktywny Pierwsze próby lab Charakterystyka pracy membrany • 1) strumień permeatu (wydajność) • • JV [m3 s-1m2], JN [mol s-1m2] • • 2) efektywność • • R = (CN – Cp) / CN • • 3) Graniczna masa molowa GMM (cut off) – masa molowa modelowych związków (poliglikole etylenowe, białka globularne) zatrzymywanych przez membranę w 90% Metody wytwarzania membran Metoda spiekania (pory 1 m, duży rozrzut) •· Metoda rozciągu (pory 0.02m) •· Metoda radiacyjna (0.03m pory 12 m) •· Metoda inwersji faz (różne rozmiary porów) • 1) czynniki termiczne • 2) odparowywanie rozpuszczalnika – „sucha” • 3) żelowanie nierozpuszczalnikiem – „mokra” • 4) dodatek polimeru porotwórczego •· Powlekanie membrany mikroporowatej warstwą permeacyjną (kompozytowe) •· Metoda formowania dynamicznego (tworzy się w trakcie procesu separacji) Polimery i związki nieorganiczne stosowane do wytwarzania membran: Najwcześniej zastosowane i do dziś stosowane: celuloza, octan i azotan celulozy, Hydrofobowe: teflon, polifluorek winylidenu, polipropylen Hydrofilowe: poliamidy, polisulfon, poliwęglany, polialkohol winylowy Nieorganiczne: tlenki metali głównie przejściowych ZrO2, grafit, szkło, metale Trudności techniczne w stosowaniu technik membranowych Polaryzacja stężeniowa Adsorpcja Fouling i Scaling Deformacja porów Moduły membranowe i sposoby prowadzenia strumieni • 1. Moduł rurowy (mała gęstość upakowania, przepływ turbuletny) • 2. Moduł kapilarny zespół (duża gęstość upakowania, przepływ laminarny) • 3. Moduł płytowy (prosta konstrukcja, mała gęstość upakowania, straty ciśnienia przy zawracaniu przepływu) • 4. Moduł spiralny (prosta konstrukcja, duża gęstość upakowania, trudności z czyszczeniem) Moduł Rurowy Moduł Płytowy Moduł Kapilarny Moduł spiralny Moduł Rurowy Kapilarny Płytowy Spiralny Metoda RO PV GS ED D UF MF Prowadzenie strumieni w modułach membranowych Współprąd Prąd krzyżowy cross-flow Przeciwprąd Odpływ swobodny dead - end
