To tylko jedna z 4 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Rozdzielanie mieszanin- metody membranowe
Metody membranowe zrobiły gigantyczną karierę od lat 90-tych w inżynierii bioprocesowej i chemicznej. Dlaczego?
Istotne oddzielenie fazy danego składnika z brzeczki fermentacyjnej np. etanolu czy butanolu.
Destylacja się sprawdza, ale ma wadę: jest bardzo energochłonna, musimy podgrzewać aby uzyskać parę, a ponieważ podgrzewamy to tracimy energie. Więc myślano nad sposobem rozdzielenia mieszaniny bez takich nakładów energetycznych. Wytworzyć wysokie ciśnienie energetycznie jest taniej niż coś podgrzać, szczególnie jeżeli mieszanina którą mamy podgrzać zawiera wodę (bo woda ma dużą wartość ciepła właściwego). Przedstawiono idee wykorzystującą membranę, błonę półprzepuszczalną, która w sposób selektywny umie zatrzymywać niektóre cząsteczki. Jest to rodzaj filtracji, z tym, że zwykła filtracja cząsteczek zawieszonych to żaden problem. Jak przefiltrować cząsteczki rozpuszczone? Jaka musi być przegroda/ membrana żeby zatrzymała np. glukozę, jony białkowe. Tutaj właśnie rozwój technik membranowych pozwala na tego typu operacje. Na czym polega idea modułu membranowego:
Membrany, do rozdzielania substancji rozpuszczonych z mieszaniny Każdy modół ma zasilanie (mieszaninę, dwóch substancji, które wymagają rozdzielenia), część z tych substancji przechodzi przez membranę.
Membrana potrafi zatrzymać coś, co jest rozpuszczone w wodzie. To co przechodzi to permeat, to co jest zatrzymane to retentat. Rozdział mieszaniny dwuskładnikowych i, j0 - charakteryzuje się dwoma parametrami:
Selektywność membrany, która jest stosunkiem składnika przepuszczanego do permeatu do składnika zasilania. Stopień zatrzymania Nam zależy na tym, żeby stężenie składnika naszego w retentacie bądź permeacie było większe niż w zasilaniu. Nie jest istotne w którym. Zarówno retentat jak i permeat może być przydatny, zależy to od punktu widzenia. Przy dejonizacji wody interesuje nas permeat
Przy oddzielaniu niektórych brzeczek fermentacyjnych wolimy retentat. Stopień zatrzymania charakteryzujący membranę, stosunek szybkości zatrzymania składnika w permeacie do tego składnika w surówce, czyli w zasilaniu. Czym jest membrana - co to i jaki jest mechanizm rozdzielania?
Wśród membran mamy do czynienia z dwoma mechanizmami działania
1) Mechanizm sitowy:
Cząsteczki są za duże, żeby przeszły przez pory membrany, działa ona jak sito, Membrana to polimer, wszystko zależy od tego co oddzielamy
(…)
… na zasadzie dyfuzji, ale żeby wywołać taką różnicę stężeń, a ściślej mówiąc różnicę potencjałów chemicznych musimy przyłożyć wysokie ciśnienie
Odwrócona osmoza:
Szczyt technik membranowych
Zatrzymuje jony
Służy do odsalania wody morskiej
Membrany są najdroższe, ale najskuteczniejsze do tego celu
Idea odwrotnej osmozy: trzeba pokonać ciśnienie osmotyczne w przeciwną stronę cząsteczek rozpuszczonych w wodzie
Z roztworu solnego wyciskamy wodę przez membranę
Ciśnienie osmotyczne jest wtedy tak duże, że żeby je pokonać musimy przyłożyć kontrciśnienie
Stąd 200 atmosfer przy odwróconej osmozie to standard.
Elektrodializa: Siłę napędową różnicy ciśnień w procesach membranowych możemy wzmagać polem elektrycznym
Przy okazji do odpowiednich membran w polu elektrycznym wędrują jony
Elektrodializa też służy do dejonizacji…
… zasysa powietrza, z drugiej wychodzi azot
A co robi z tlenem? Tlen jest wiązany w sposób chemiczny, aby nie doprowadzić do wybuchu. Siła napędowa procesu to różnica potencjałów chemicznych, wymuszona ciśnieniem. Generalnie procesy membranowe są procesami ciśnieniowymi. Zalety:
Potrzebny jest mniejszy nakład energii niż przy destylacji czy rektyfikacji. Wszędzie gdzie trzeba podgrzewać coś z wodą, to są tam wielkie straty energetyczne. (woda ma wysokie ciepło właściwe i ciepło parowania).
Czynniki wpływające na opór transportu w membranie-wady:
Straty ciśnienia po stronie zasialania i permeatu
Polaryzacja stężeniowa membrany (wzrost stężenia składnika zatrzymywanego)
Opór transportu warstwy porowatej
Fouling membrane- osadza się po stronie retentatu zanieczyszczenie
Pogarsza się dyfuzja, pogarsza…
… przez membrane. Tutaj pozostaje kwestia doboru struktury membrany.
Tutaj mamy do czynienia z przepływem. Ona nie ma porów, więc w jaki sposób coś może przez nią przejść? Wszystko jest kwestią ciśnienia. Proces membranowy
Fazy
Siła napędowa ∆p
Zastosowanie
Odwrócona osmoza
Ciecz/ciecz
<20 MPa
Dejonizacja
(pełne oczyszczenie, odsalanie wody)
Nanofiltracja
Ciecz/ciecz
<2MPa
Oddzielenie substancji rozpuszczonych…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)