Мембранная технология и ее применение в народном хозяйстве

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Экономический факультет

Кафедра маркетинга

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Теоретические основы современных технологий"

на тему: "Мембранная технология и ее применение

в народном хозяйстве"

Кемерово

2005

Введение

Понятие «мембранная технология» занимает важное место в различных направлениях народного хозяйства и промышленности. В это понятие входят такие вопросы как понятие и значение мембранной технологии, ее применение в различных отраслях народного хозяйства. Понятие и значение мембранной технологии раскрывает смысл мембранной технологии, дает понятие основных, самых распространенных и общепринятых направлений в народном хозяйстве. Необходимо раскрывать сущность мембранной технологии. Мембранная технология необходима для того, чтобы показать, а зачем вообще нужно такое понятие как «мембранная технология», где она используется и для чего нужна в народном хозяйстве, в обществе, жизни людей. В принципе эта тема достаточно изучена в литературе. О ней уже очень много написано и раскрыто ее содержание, на мой взгляд, достаточно полно и образно. Хотя конечно, нет ни одной науки, которая ответила бы полностью на все вопросы и эта не исключение.

Фильтрация как метод очистки различного рода жидкостей используется человеком с давних времен (древние египтяне процеживали вино через ткани). Мембранная технология в современном виде входит в нашу жизнь с 70-х годов ХХ века (первая ультрафильтрационная установка была смонтирована в Новой Зеландии в 1971 г.).

Круг применения мембранной технологии в народном хозяйстве достаточно обширен. Она используется и для опреснения воды, и для получения соли из морской воды (например, в Японии, в которой нет естественных месторождений соли и которая закупается в других странах), и для переработки молочной продукции, и как в спиртовом, так и дрожжевом производстве, и для очистки сточных вод, которые есть почти в любом производстве.

Цель написания данной контрольной работы – это дать представление о таких понятиях мембранной технологии, как мембраны, мембранные элементы и аппараты, их применение в различных отраслях народного хозяйства.

Задачи:

1. Раскрыть суть понятия «мембранная технология».

2. Описать наиболее распространенные виды использования мембранных технологий в народном хозяйстве.

1. Мембранная технология и ее применение в народном хозяйстве

 

В настоящее время разработан и внедрен в производство широкий ассортимент зарубежных и отечественных мембран различного назначения. Мембраны должны удовлетворять следующим основным требованиям: высокая разделяющая способность (селективность); большая удельная производительность (проницаемость); химическая стойкость к действию разделяемой среды; безвредность для организма человека, если мембрана предназначена для пищевого или медицинского производства; достаточная механическая прочность. Во многих случаях формируют дополнительные требования, специфические для того или иного производства.

Для изготовления мембран используют различные материалы начиная от полимеров и стекла и кончая керамикой и металлокерамикой. Чаще всего используют мембраны на основе полимеров.

Фильтры, как правило, представляют собой «содружество» тесно переплетенных тонких волокон или механически соединенных тем или иным образом между собой частиц.

По геометрической форме мембраны тоже различаются: плоские или цилиндрические пленки, соединенные с пористой основой, покрытия, нанесенные на поверхность различного профиля, полые волокна.

По назначению мембраны могут служить для разделения газовых или жидких смесей. Почти все мембраны выпускают плоскими в форме листов или рулонов, кроме них освоен выпуск полого волокна.

Различаются мембраны по структуре: изотропные и анизотропные (ассиметричные). Первые характеризуются однородной структурой по всей толщине, вторые состоят из тонкого селективного слоя и довольно рыхлой массы основного слоя, выполняющего роль подложи. Более предпочтительны анизотропные мембраны с точки зрения их технологичности.

Наряду с мембраной мембранный элемент аппарат являются важнейшей составной частью любого устройства. Их конструкция и параметры работы определяют качество и эффективность разделения, которые для конкретной смеси определяются многими показателями: давлением, скоростью смеси в межмембранном канале, составом и концентрацией смеси и т.п.

Разработано большое число аппаратов, однако почти все из них можно разделить на 4 типа: аппараты с плоскими, трубчатыми, рулонными и половолоконными фильтрующими элементами.

Фильтрация – одна из наиболее важных процессов в лабораторных исследованиях и в промышленности.

Мембранные фильтры имеют следующие преимущества: они не требуют какого-то особого обращения с ними, и их можно легко доставить в любое место; их можно изготавливать одним и тем же способом при точно контролируемых условиях; вследствие высокой пористости через них можно пропускать жидкость с большой скоростью потока; при помощи мембранного фильтра можно задерживать частицы размерами порядка размеров бактерий и меньше; некоторые из них могут работать как сита, т.е. разделять частицы разных размеров.

Одной из причин интенсивного развития мембранной технологии являются сравнительно низкие энергетические затраты. Так, при опреснении воды методом обратного осмоса затраты энергии составляют 13 МДж/м³, метод вымораживания требует 28, а выпаривание – 230 МДж/м³¹. Однако мембранные процессы разделения важны не только и даже не столько для опреснения воды. Они особенно эффективны для ряда технологических процессов, связанных с концентрированием, очисткой и фракционированием технологических растворов, жидких пищевых продуктов, хранением сельскохозяйственной продукции (см. Табл. 1).

Таблица 1. Эффективность мембран в технологических процессах

Технологический процесс	Эффективность, р./м2 мембран
Опреснение солоноватых вод	326
Получение сверхчистой воды	230
Комплексная переработка обезжиренного молока и молочной сыворотки	600
Хранение сельскохозяйственной продукции	400–2500
Экспресс-анализ белков сыворотки крови	80
Стерилизующая фильтрация медпрепаратов	72
Очистка сточных вод гальванических производств	140
Утилизация коллоидного серебра в производстве и обработке кинофотоматериалов	1500
Утилизация лакокрасочных материалов в машиностроении	1430

С этой точки зрения согласуется потребление мембран в народном хозяйстве нашей страны. Из общего количества мембран, выпущенных в СССР в 1988 г. (741 тыс. м²), 592 тыс. м² (80%) предназначены для разделения жидких растворов и смесей и 149 тыс. м² (20%) – для разделения газовых смесей.

Основными потребителями мембран для разделения жидких растворов и смесей являются предприятия, выпускающие медицинские препараты, а также биотехнология, водное хозяйство и электронная промышленность. Газоразделительные мембраны в основном используются в газовой промышленности.

Мембранные фильтры получили очень широкое распространение в науке и технике. При лабораторных исследованиях их применяют в самых разных областях знания для получения жидкостей, свободных от частиц. В микробиологии мембранные фильтры применяют для выделения микроорганизмов из различных сред, для подсчета колоний микроорганизмов, а также для быстрого диагностирования индикаторов загрязнения и наличия патогенных организмов. Они широко используются в клинической практике, в том числе для установления наличия раковых клеток в ткани, при цитологических исследованиях тканевых жидкостей, для приготовления тех или иных лекарственных средств и т.п. Мембраны используются во многих аналитических приборах. В процессах диализа и ультрафильтрации используют по существу те же мембранные фильтры, но с другими размерами пор.

Мембранные фильтры находят также очень широкое применение в промышленности. Одним из самых крупных их потребителей является химико-фармацевтическая промышленность (для получения стерильных растворов термолабильных материалов). Различные отрасли промышленности (например, электроника, производство компьютеров, аэрокосмическая промышленность) нуждаются в сверхчистых веществах, которые нетрудно получить с помощью мембранной фильтрации. Ее также применяют при производстве пищевых продуктов и различных напитков. Мембранная технология применяется в микроэлектронике, фармацевтической промышленности, производстве оптических стекол, а также в аналитической химии.

Можно указать на некоторые другие применения ультрафильтрации в промышленности и фармакологии: очистка антибиотиков, концентрирование и диафильтрация альбумина, процесс непрерывного сбора продуктов ферментации, очистка кристаллизационных растворов и кондиционирование поверхности кристаллов, очистка сывороток диафильтрацией при получении диагностических реактивов; концентрирование и очистка ферментов, фракционирование макромолекул, концентрирование гормональных препаратов, стерилизация растворов для внутривенного введения, удаления пирогенных веществ, концентрирование вирусов, регенерация масляно-эмульсионных смесей, очистка стоков и регенерация растворов гальванических производств.

С использованием мембранной техники вырабатывают концентраты сыворочных белков различного назначения, сыры чеддер, мануори, фета, домиати, кварг, творог, кисломолочные напитки и другие пищевые молочные продукты.