Разделение жидких сред

Разделение жидких сред ультрафильтрацией

Ультрафильтрация – это процесс мембранного разделения различных жидких смесей под воздействием давления, который основывается на различии  молекулярных масс компонентов разделяемых смесей.

При ультрафильтрации осуществляется разделение, фракционирование и дальнейшее концентрирование растворов. Один раствор обогащается растворенным веществом,  а другой обедняется. Мембраны призваны пропускать растворитель и некоторые фракции молекулярных соединений. Делает эффективной ультрафильтрацию разность давления по разные стороны мембраны. Данная сила затрачивается на преодоление силы трения и взаимодействия между различными молекулами жидкой фазы и молекулами мембраны. Процесс ультрафильтрации проводится при сравнительно низком рабочем давлении от 0,3 до 1 МПа. Рост давления приводит к уплотнению мембраны и уменьшению диаметра пор, следовательно к изменению селективности разделения и снижению производительности.

Процессу ультрафильтрации подвергаются вещества, где молекулярная масса растворенных компонентов гораздо больше молекулярной массы самого растворителя. Эффективность деления зависит от структуры мембраны, скорости течения и уровня концентрации разделяемого раствора, а также от формы, размера и диффузионных способностей растворенных молекул.
Недостаток данного процесса – большая концентрационная поляризация – на поверхности мембраны часто образовывается плотный осадок, похожий на слой геля. Гидравлическое сопротивление данного слоя может быть выше, чем само сопротивление мембраны. Способы минимизации концентрационной поляризации разные: рост скорости омывания поверхности мембраны разделяемой жидкостью, работа в так называемом пульсирующем режиме подачи раствора и турбулизация потока. Точка гелеобразования в основном зависит от химических и физических свойств раствора.

Ультрафильтрация является новой технологией. Результат разделения – сразу два раствора, из которых один является обогащенным, а другой – обедненным веществом, содержащимся в исходном веществе. Немалое значение имеет применение этого процесса при делении веществ, очень чувствительных к температурным режимам, поскольку при ультрафильтрации растворы совсем не нагреваются, а также не подвергаются химическому воздействию. Отсюда и низкие энергетические затраты, в 20-60 раз меньшие, чем при дистилляции.
Изо всех видов мембранного деления ультрафильтрация нашла наиболее разностороннее применение. Ниже представлены главные сферы применения данного метода.
– Обработка 20% растворов катофорезной грунтовки на линиях окраски кузовов автомобилей, тракторов и других изделий;
– Обработка 10-15% растворов специальной анофорезной грунтовки на линиях окраски автомобилей, тракторов, велосипедов и бытовой сантехники;
– Регенерация уже отработанных обезжиривающих и моющих растворов;
– Концентрирование кремнезоля;
– Частичное осветление фруктово-ягодных соков;
– Очистка уже отработанных СОЖ в машиностроении и металлообработке;
– Чистка сточных вод в животноводческих комплексах;
– Концентрирование органических остатков спиртовой барды;
– Регенерация щелоков при производстве целлюлозы;
– Концентрирование ферментов и пектина;
– Концентрирование белка в молочной сыворотке и молоке;
– Концентрирование и полная очистка соевого белка;
– Очистка глицерина;
– Улавливание и сбор серебра в битой кинофотопленке и рентгеновской пленке;
– Улавливание и сбор красителей;
– Очистка различных экстрактов растительного масла;
– Подготовка воды до обратноосмотической очистки;
– Очистка вод на производстве строительных красок;
– Очистка воды от замасливателей на производстве стекловолокна;
– Очистка различных белковых гидролизатов;
– Сбор суспензий гидроокисей различных многовалентных металлов;
–Очистка раствора соли от посола мяса, рыбы, сыров.

Ультрафильтрационные системы, благодаря поверхностям фильтрации и прочной структуре материала мембран, осуществляют разделение растворов без существенных потерь и отделение фильтрата от взвесей. Поэтому данная технология часто используется для улавливания волокон из фильтрата после использования различных типов волокнистых и зернистых фильтров из ионообменных и сорбционных систем. Сфера применения ультрафильтрации постоянно расширяется. Причина этого – возможность восстанавливать из сточной воды ценные компоненты, которые другими способами восстановить трудно или невозможно.

Разделение жидких сред микрофильтрацией

Процесс микрофильтрации – мембранное разделение коллоидных растворов и их взвесей под воздействием давления. Размер для разделяемых частиц составляет 0,1-10 мкм. Микрофильтрация – это переходный процесс от простого фильтрования к мембранным методам.

Для микрофильтрации используются мембраны, имеющие симметричную микропористую структуру. Размеры пор – 0,1-10 мкм. Частицы растворенного вещества и сам растворитель проходят через эту мембрану, а концентрация частиц, которые задерживаются, постоянно возрастает. Поток раствора, идущий вдоль разделительной мембраны, дает возможность удалять концентрированный слой, все примеси твердых частиц и прочих образований, от которых было нужно освободить раствор и растворитель. Прошедший сквозь мембрану растворитель выносит все микровключения, направляемые на технологические линии для дальнейшего разделения в последующих циклах.

Широко данный метод используется при разделении суспензии, эмульсии и очистке загрязненных примесями промышленных вод, а также для получения стерильного раствора.
Ниже приведены основные области применения микрофильтрации:
– Очистка различных растворов пектина;
– Отлавливание осколков клеток при производстве средств защиты растений, а также при изготовлении субстанций для микробиологических целей;
– Полная очистка молочной сыворотки на производстве высококачественного белка;
– Чистка масел;
– Чистка и обезвоживание дизельного топлива;
– Сбор тонкодисперсных взвесей латекса, гидроокиси металлов и других веществ;
– Регенерация различных органических растворителей после промывки технологического оборудования;
– Тонкое барботирование воздуха в жидкостях.