Основы мембранных технологий
Мембранная технология - новый принцип организации и осуществления процесса разделения веществ через полупроницаемую перегородку, отличающийся отсутствием поглощения разделяемых компонентов и низкими энергетическими затратами на процесс разделения.
Мембранные технологии интенсивно используются во многих отраслях. В химической промышленности - для разделения эмульсий и концентрирования растворов, отделения высокомолекулярных продуктов от низкомолекулярных, разделение смесей газов и т.д. В медицинской промышленности мембраны позволяют выделять и очищать вакцины, используются в аппаратах типа “искусственное лёгкое”. В пищевой промышленности мембранные технологии применяются для концентрирования соков, приготовления высококачественного сахара, получения высококачественных белков из отходов молочного производства и т.д.
По сравнению с традиционными процессами разделения неоднородных систем мембранная технология выгодно отличается высокой энерго- и ресурсоэкономичностью, простотой аппаратурного оформления, экологической чистотой.
Технологические особенности мембранного разделения неоднородных систем
В наиболее общем виде мембрану определяют как область, разграничивающую две фазы. Слово “мембрана” имеет латинское происхождение (membrana)и означает кожица, перепонка. В технологии под словом “мембрана” мы будем понимать перегородку, обладающую различной проницаемостью по отношению к отдельным компонентам жидких и газовых неоднородных смесей.
При внешнем сходстве процессов фильтрования и мембранного разделения (рис. 7.1) между этими процессами есть принципиальное отличие. В ходе фильтрования хотя бы один из компонентов газовой или жидкой смеси задерживается и фиксируется внутри фильтрующей перегородки. Это приводит к тому, что перегородка постепенно забивается и осуществление процесса фильтрования на ней без очистки делается практически невозможным. В отличие от фильтра мембрана не фиксирует в себе ни один из компонентов разделяемой жидкой или газовой смеси, а только делит первоначальный поток на два, один из которых обогащён по сравнению с исходным каким-то компонентом. Такой принцип действия мембраны делает её способной к практически неограниченному сроку службы, без заметного изменения в эффективности разделения смесей.
В качестве основных признаков классификации мембран рассматривают: материал, из которого они изготовлены; структуру; механизм мембранного действия и области применения мембран.
В зависимости от материала, из которого изготавливают мембраны, их делят на полимерные, металлические, стеклянные, керамические или композиционные.
По структуре мембраны делят на пористые и сплошные. Примерами пористых могут служить прессованные порошки металлов, керамики, стекла и полимеров, подвергнутые специальной обработке. К сплошным мембранам относят металлические, стеклянные и полимерные плёнки, трубки, полые структуры и т.д.
По механизму мембранного действия различают диффузионные, адсорбционные и ионообменные мембраны.
В зависимости от области применения выделяют мембраны для обессоливания воды, для получения питьевой воды и воды высокой степени чистоты, для очистки сточных вод, для фармацевтической и микробиологической промышленности, для медицины, пищевой промышленности, для замкнутых систем жизнеобеспечения, для разделения органических смесей и т.д.
Приведённая классификация мембран, не претендуя на полноту, даёт представление о многообразии мембранных процессов и сложности выбора подходящей мембраны для решения конкретной задачи.