Контактная мембранная дистилляция

1. Контактная мембранная дистилляция.

При контактной мембранной дистилляции в контакте с двумя сторонами мембраны находятся жидкости с различной температурой. Данный процесс имеет высокую удельную производительность (до 75 л/м²*ч пермеата) при пониженной, по сравнению с дргими модификациями, селективности – 97-99%. Схема процесса изображена на рисунке 3. Цифрами 1 и 2 обозначены жидкости с различной температурой.

 

Рисунок 3. Схема контактной мембранной дистилляции.

 

2. Мембранная дистилляция с газовым зазором.

При мембранной дистилляции с газовым зазором поверхность, на которой конденсируется

пар, отделена от мембраны газовым зазором. Данный процесс имеет высокую селективность (>99,99%), но низкую производительность – до 20 л/м²*ч. Схема мембранной дистилляции с газовым зазором показана на рисунке 4. Цифрой 1 изображён поток жидкости, 3 – капли конденсата.

Рисунок 4. Схема мембранной дистилляции с газовым зазором.

 

3. Мембранная дистилляция с газом-носителем.

При мембранной дистилляции с газом-носителем поверхность, на которой конденсируется

пар, отделяется от мембраны потоком инертного газа-носителя. Данная модификация процесса имеет высокую селективность (> 99,99 %) в сочетании с высокой производительностью – до 50-70 л/м²*ч. Схема процесса аналогична рис.3.

 

4. Вакуумная мембранная дистилляция.

При вакуумной мембранной дистилляции поверхность, на которой конденсируется пар,

отделяется от мембраны путем вакуумирования подмембранного пространства. Метод имеет высокую удельную производительность, но низкую селективность, что связано с наличием гидрофильных дефектов на поверхности мембраны. Схема аналогична рис. 4.

 

Виды мембран для метода МД.

 

К мембранам для метода МД предъявляется ряд требований:

- гидрофобность,

- высокая пористость (свыше 70%),

- водонепроницаемость (по жидкой воде),

- невысокий коэффициент теплопроводности,

- химическая устойчивость и механическая прочность,

- диаметр пор от 0,1 до 2 мкм.

 

Структура мембраны имеет большое значение. Так, для каждого радиуса пор существует критическое давление проникновения, при котором начинается механическое продавливание жидкости сквозь поры. Величина критического давления проникновения зависит от поверхностного натяжения жидкости и краевого угла смачивания. Этот факт существенно влияет на возможность разделения смесей, содержащих поверхностно-активные вещества, поскольку даже очень малые их количества значительно снижают поверхностное натяжение жидкостей и, следовательно, уменьшают гидрофобность поверхности мембраны.

 

Ещё одной важной характеристикой мембран, влияющей на производительность

процесса, является пористость. С увеличением пористости увеличивается диффузионная область внутри пор, что важно для транспорта газовой фазы, но при этом уменьшается селективность и механическая прочность мембраны. Поэтому важной технологической задачей является нахождение оптимального баланса между этими параметрами.

 

Для получения мембран используют полимерные материалы с низкой поверхностной энергией - политетрафторэтилен, полипропилен и их производные. Для обеспечения всех необходимых параметров многие коммерческие мембраны являются композитными - на подложку наносится дополнительный слой, обладающий требуемыми разделительными характеристиками.

 

 

Недостатки метода МД.

 

1. Нелетучесть разделяемых компонентов. Мембранная дистилляция малоэффективна при разделении смесей неорганических летучих кислот, а также летучих органических соединений.

2. Невозможность разделять смеси с поверхностно-активными веществами в составе.

3. Снижение производительности процесса при высоких концентрациях растворённого вещества в растворе.

4. Необходимость интенсивного перемешивания разделяемой смеси и дистиллята.

 

Достоинства метода МД.

 

1. Невысокие теплозатраты на испарение.

2. Компактность рабочей камеры.

3. Высокая степень автономности и мобильности, простота обслуживания.

4. Низкие рабочие температуры и давления.

5. Высокая селективность и производительность.

 

Заключение.

 

Метод мембранной дистилляции, как и большинство мембранных методов, представляет большой интерес как средство осуществления целого ряда перспективных технологий. Вместе с тем, широкое его распространение сдерживает ряд ограничений и проблем, решение которых представляет актуальную задачу для будущего поколения химиков.

 

Литература.

 

1. M. Tomaszewska, «Membrane Distillation - Examples of Applications in Technology and Environmental Protection,» Polish Journal of Environmental Studies, т. 9, № 1, pp. 27-36, 2000.

 

2. S. I. Andersson, N. Kjellander и B. Rodesjoe, « Design and field tests of a new membrane distillation desalination process» Desalination, т. 56, pp. 345-354, 1985.

 

3. М. Т. Брык, Р. Р. Нигматуллин, “Мембранная дистилляция”, Усп. хим., 63:12 (1994), 1114–1129;Russian Chem. Reviews, 63:12 (1994), 1047–1062

 

4. Мулдер М. Введение в мембранную технологию М.: Мир, 1999.