Немного правды о мембранной ткани
Ни одна мембрана, в принципе, не спасает от потоотделения — она не может его как-то искусственно снизить в сравнении с обычными текстильными тканями. по паропроницаемости. Одежда из мембраны занимает промежуточное положение между одеждой из простых необработанных тканей и одеждой из полностью непроницаемых, для паров воды, тканей (например прорезиненной).
В сравнении с обычной текстильной тканью, вы получаете практически 100% непромокаемость в ущерб «дышимости».
Отсюда следует, что при одинаковых внешних условиях и нагрузке, в одежде с мембраной, вы можете (а по факту — будете) потеть сильнее, чем в аналогичной одежде без мембраны.
Учтите это и не «ведитесь» на рекламу.
«Побочный» эффект мембраны — 100% непродуваемость ветром. Это очень значительно снижает конвективные потери тепла из под одежды (унос нагретого воздуха и замена его холодным в результате конвекции или из-за ветра), что является положительным свойством при низких температурах и/или ветре.
Но это же свойство, практически сводит на нет эффект охлаждение ветром в жаркую погоду.
Встречаются вопросы типа: «правда ли, что, надев куртку с gore-tex на футболку и в -30°с мерзнуть не будешь?».
Или есть люди, убеждающие вас, что «мембрана греет» или даже что «мембрана поддерживает температуру тела +37°с». Строго говоря, это полный бред. Полимерная пленка (т.е. мембрана), толщиной в десятые и сотые миллиметра, не обладает сколь-нибудь значимой теплоизоляцией. поэтому, несмотря на то, что мембрана препятствует уносу нагретого воздуха из-под одежды, Воздух будет быстро охлажадаться теплопроводностью через мембрану, что не позволяет рассматривать мембраны как значимый теплоизолятор. И уж тем более, в ней нет никаких механизмов поддержания температуры воздуха или вашего тела.
Механизм терморегуляции встроен в наше тело.
Используя одну и ту же мембрану, в сочетании с различными тканями, получают водонепроницаемые конструкции с некоторым диапазоном свойств. Наружная ткань, в первую очередь, определяет прочность, толщину, жесткость, внешний вид вдт. Ткань так же уменьшает, в какой-то степени, паропроницаемость результирующей конструкции, так как волокна ткани перекрывают часть площади мембраны.
Что такое мембранная ткань?
Мембранная ткань — вид ткани, которая благодаря своей особой структуре обладает водоотталкивающими или ветрозащитными свойствами и в то же время пропускает через себя водяной пар.
Почему именно так, разберем структуру мембраны:
Чаще всего используются — гидрофобные или поровые мембраны. Такая мембрана представляет собой биструктурный микропористый материал, прошедший процесс расширения. Она содержит около полутора миллиардов микроскопических пор на один квадратный сантиметр. Каждая пора в десятки тысяч раз меньше капли воды, но в сотни раз больше молекулы пара. Проще говоря, отверстия эти малы настолько, что капля воды через них уже не пройдет, а вот молекулы — без проблем. Именно эта особенность обеспечивает защиту от влаги снаружи и вывод влаги изнутри. При активном движении тело выделяет большее количество тепла и влаги, возникает разница в парциальном давлении водяных паров внутри одежды и снаружи. Это и является движущей силой для вывода пара. Такие мембраны называются микропорными (Microporous). Они обладают очень хорошими «дышащими» свойствами и чаще всего используются при производстве одежды. Мембранам данного типа необходим бережный уход, поэтому стирать и пропитывать одежду нужно специальными средствами, речь о которых пойдет ниже.
Гораздо реже, из за высокой стоимости материала, применяются -гидрофильные или беспоровые мембраны. В их основе лежит принцип осмоса. Работают они так: испарения попадают на внутреннюю часть мембраны, оседают на ней и посредством активной диффузии быстро переходят на наружную сторону мембраны (из-за разницы в парциальном давлении водяных паров). Мембраны данного типа называются гидрофильными (Hydrophilic). Они более долговечны и не требуют такого бережного ухода как остальные виды мембран.
В наших изделиях мы используем поровые мембраны FineTex.водонепроницаемые конструкции с некоторым диапазоном свойств. Наружная ткань, в первую очередь, определяет прочность, толщину, жесткость, внешний вид вдт. Ткань так же уменьшает, в какой-то степени, паропроницаемость результирующей конструкции, так как волокна ткани перекрывают часть площади мембраны.
Конструкции мембранных тканей.
Сама мембрана является лишь основным рабочим компонентом тканей, которые имеют многослойную конструкцию. Эта послойность позволяет ткани не только выполнять функции мембраны, но и долгое время не терять своих свойств и первоначального внешнего вида.
База — наружная тканая поверхность с нанесенной водоотталкивающей пропиткой (Durable Water Reppelence) защищает мембрану от внешних повреждений и загрязнений, служит дополнительным барьером для влаги. Именно база определяет основную толщину мембранной ткани, свойства на ощупь и внешний вид (цвет, фактуру и др.) База может быть практически любым материалом. Есть ограничения по эластичным материалам, т.к. при сильном растягивании мембранный слой может повреждаться.
Таким образом мембранная ткань состоит, как минимум, из двух компонентов это база и мембранный слой нанесенный на нее.
Количество слоев мембранной ткани:
Двухслойные (2 layer).
База склеена с мембраной и она защищена только с наружной стороны. В изделиях из этих тканей для защиты мембраны изнутри используется свободно висящая подкладочная ткань (сеточки или нейлоновые подклады). Двухслойную мембрану также применяют в изделиях с утеплителем.
Двух-с-половиной-слойные (2.5 layer).
Конструкция представляет собой двухслойный сэндвич — база, на которую наносится собственно мембрана. В данном варианте, дополнительно, на мембране, c изнаночной стороны, делается объемное тиснение («рифление», «вдавленный рисунок») или полиуретановые «пупырышки». это уменьшает зону контакта мембраны с другими слоями одежды и предметами — т.е. косвенно защищает мембрану от повреждений. отсюда и это «0.5». но реальных слоя два!
Трехслойные (3 layer).
База, на которую наносится собственно мембрана. К мембране ламинируется мелкая защитная сетка, изолирующая мембрану от контакта с предметами, деталями одежды и телом.
Четырехслойные (4 layer).
Это значит, что база состоит из двух функциональных слоев. Например, такие ткани используют для матрасов в больницах: первый слой базы выводит влагу во второй, удерживающий эту влагу, слой. Мембрана не позволяет ей попасть внутрь матраса. Сейчас некоторые производители спортивного снаряжения используют мембрану 4 слоя, которая имеет 2 слоя мембраны, которые нанесены друг на друга, а сверху и снизу, по аналогии с трехслойной мембраной защищены базой и нейлоновой сеточкой. Технологически получить такой сендвич несложно, но вот параметры дышимости должны отсутствовать, один мембранный слой будет задерживать работу другого, считайте, что у вас вместо одной перфорированный полиуретановой пленки с нано-размером отверстий, целых две и естественно они будут очень плохо отводить влагу и пар, но так же они будут отлично справляться с водонепроницаемостью. Если 4-ый слой в мембранной ткани это не маркетинг, то это очень интересная технология.
Что такое мембранная ткань?
Мембранная ткань или, как её еще часто называют, «мембрана» – это современный искусственный материал, который сравнительно недавно стал использоваться для производства верхней одежды, но быстро заслужил большую популярность благодаря своим превосходным характеристикам.
Структура мембранной ткани.
Среди мембранных тканей наибольшее распространение получили двухслойные мембранные ткани. Главным элементом в такой ткани является слой тонкой плёнки из полимерного материала (непосредственно сама мембрана), которая напаивается на внутреннюю сторону внешнего слоя ткани. В качестве внешнего слоя в мембранной ткани чаще всего используют синтетические материалы, такие как полиэстер или нейлон, которые защищают мембранный слой от физических повреждений.
Мембранный слой состоит из большого количества микроскопических отверстий – пор. Эти поры очень малы, чтобы пропускать капли воды, но достаточно велики, чтобы сквозь них свободно проходил водяной пар – та влага, которая испаряется с поверхности кожи человека. Благодаря такой структуре мембрана может выполнять две своих основных задачи: не пропускать воду и при этом «дышать», то есть выводить наружу испарения тела.
Размеры пор в мембранном слое намного меньше размеров капель вводы, что в значительной степени препятствует попаданию влаги под мембрану, обеспечивая тем самым водонепроницаемость одежды.
Молекулы воды в парообразном состоянии легко проходят через мембрану и выводятся наружу, позволяя одежде «дышать» и обеспечивая тем самым её паропроницаемость.
Структура пор в виде разветвленных каналов препятствует проникновению внешнего холодного воздуха под одежду, обеспечивая тем самым хорошую ветрозащиту.
Характеристики мембранной ткани.
Как Вы наверное уже поняли, основными характеристиками мембранной ткани являются её водонепроницаемость (водостойкость) и воздухопроницаемость (паропроницаемость).
- Водонепроницаемость. Данный показатель определяется давлением водяного столба, которое определённое время может выдержать ткань с мембраной, не промокая. Чем выше данный параметр, тем лучше. Измеряется он в миллиметрах. Так, например, в одежде с показателем 3000 мм можно некоторое время находиться под слабым моросящим дождём, одежда 5000-7000 мм выдержит дождь средней силы и мокрый снег, в куртке 10000-15000 мм можно длительно находится под сильным ливнем.
- Воздухопроницаемость. Показатель определяет количества пара, которое пропускает ткань за определенный период времени, т.е. насколько хорошо мембранная ткань «дышит». Измеряется в граммах на квадратный метр ткани за 24 часа. При низкой активности, например, ходьбе пешком достаточно 3000 гр/м2/24ч. При средней активности (легкий бег) нужна одежда 5000-7000 гр/м2/24ч. Для активных видов спорта мембрана с параметрами 10000 гр/м2/24ч.
Применение мембраны в производстве детской одежды.
Мембранная ткань идеально подходит для пошива детской верхней одежды. Из неё шьют куртки, брюки, комбинезоны варежки и перчатки. Одежда из этого материала легкая и прочная, обеспечивает хорошую защиту от влаги, ветра и холода, подходит, как спокойным, так и очень активным детям.
Большинство малышей физически активны. Во время бега или других интенсивных нагрузок ребенок начинает потеть. Если влагу в виде пота не вывести наружу, то нательная одежда и утеплитель в составе верхней одежды намокнут и перестанут сохранять тепло, а ребенок быстро замерзнет. Мембранная ткань помогает убрать с поверхности кожи пары пота, выводя их наружу. Утеплитель при этом остается сухим и эффективно сохраняет тепло под одеждой.
Ещё один немаловажный плюс детской одежды из мембраны — это хорошая износостойкость и устойчивость к загрязнениям. Вещи на детях долго остаются чистыми, а грязь с внешней поверхности одежды можно легко удалить влажной губкой не прибегая к стирке.
Типы мембранных фильтрующих материалов
Опубликовано RJ Twiford на | Комментарии к записи Типы мембранных фильтрующих материалов
отключены В пищевой промышленности и производстве напитков мембранная фильтрация широко используется для повышения ценности различных растительных и молочных продуктов и облегчения повторного использования воды. Многие продукты производятся методом мембранной фильтрации, в том числе концентрат сывороточного белка и йогурты. Он также используется для концентрирования растительных белков и извлечения воды из фруктов и молочных продуктов для повторного использования.
Существует несколько типов материалов, которые используются в зависимости от метода мембранной фильтрации. Здесь мы рассмотрим эти материалы и их роль в процессе мембранной фильтрации.
Мембранные фильтрующие материалы
Некоторые из синтетических материалов, используемых в мембранной фильтрации, включают:
Полиэфирсульфон (ПЭС)
Нажмите, чтобы развернуть
PES представляет собой гидрофильную по своей природе мембрану , которая быстро и полностью смачивается, что обеспечивает быструю фильтрацию с превосходной скоростью потока и высокой пропускной способностью. ПЕС 9Мембрана 0021 также имеет чрезвычайно низкое связывание с белками, что сводит к минимуму вероятность связывания целевого анализируемого вещества.
Ацетат целлюлозы
Мембрана для фильтрации из ацетата целлюлозы обладает особенно низкой способностью связывать белок. Этот прочный материал используется в мембранных фильтрах благодаря своей прочности, термостойкости до 180°С и способности подвергаться стерилизации всеми методами мембранной фильтрации.
Тефлон (политетрафторэтилен)
Тефлоновые фильтрыобразуют трехмерную форму, похожую на паутину, состоящую из миллиардов микроскопических пор. Благодаря своей пористой структуре тефлон идеально подходит для применений, требующих антипригарных и водостойких фильтров для удаления частиц с поверхностей мембран. Этот материал может собирать мельчайшие частицы и обеспечивает оптимальный поток воздуха и поступление воды для надежной фильтрации.
Полиамид (нейлон)
Нейлон обладает высокой устойчивостью к растворителям и гидрофильностью, что делает его пригодным для фильтрации воды наряду с органическими растворителями. Более крупные поры материала делают его полезным для изоляции одноклеточных или некоторых многоклеточных организмов, таких как бактерии и круглые черви.
Нитрат целлюлозы (коллодий)
Нитрат целлюлозы часто используется для контроля качества в виде стерильных мембранных фильтров. Эти фильтры доступны с различными размерами пор и смесями материалов, что позволяет эффективно контролировать рост микробов. Некоторые фильтры сочетают нитрат целлюлозы с ацетатом целлюлозы, последний из которых может обеспечить дополнительную термическую стабильность и более высокие скорости потока. В зависимости от цвета фильтра он также может обеспечить достаточную контрастность, чтобы упростить идентификацию и классификацию микробных колоний.
Поликарбонат
Мембранные фильтры из поликарбоната часто используются для электронной или оптической микроскопии из-за их гладкой и прозрачной поверхности и определенной пористой структуры. В поликарбонатных фильтрах поры создаются путем травления дорожек, что позволяет более точно разделять частицы по размеру и улавливать микроорганизмы или частицы для облегчения визуализации. Поликарбонатные фильтры подходят для многих применений, включая микроскопию, мониторинг воздуха, хемотаксис, миграцию клеток и фракционирование частиц или клеток по размерам.
Партнер Membrane System Specialists, Inc.
КомпанияMembrane System Specialists, Inc. предлагает системы мембранной фильтрации и материалы для удовлетворения ваших потребностей в разделении жидкостей при соблюдении строгих санитарных норм. Наши системы мембранной фильтрации способны удалять частицы размером от менее 0,001 микрона до 10 микрон. Мы производим наше оборудование, используя прочные материалы, которые легко чистить и требуют минимального обслуживания.
В Membrane Specialists, Inc. мы охватываем каждый этап процесса проектирования, чтобы разработать идеальный конечный продукт на основе ваших конкретных требований. Мы также обеспечиваем установку, обучение, ввод в эксплуатацию и поддержку, чтобы вы могли максимально эффективно использовать свое оборудование.
Чтобы получить дополнительную информацию или начать работу с решением для мембранной фильтрации, свяжитесь с нами или запросите расценки сегодня.
Последние сообщения
- Оптимальная обработка молочных продуктов
- Основные аспекты пастеризации HTST
- Как правильно выбрать системы безразборной мойки
- Каковы преимущества мембранной фильтрации?
- Преимущества мембранной фильтрации
Архив:
- Март 2023 г.
- Февраль 2023
- Январь 2023
- Октябрь 2022
- март 2022
Категории:
- Системы безразборной мойки
- Молочная промышленность
- Мембранная фильтрация
- Без категории
Мембраны — Визуальная энциклопедия химического инженерного оборудования
Мембрана представляет собой тонкий барьер, который позволяет транспортировать определенные виды через него из одной жидкости в другую. Мембраны можно классифицировать по действующей движущей силе транспорта.
Table of Contents
- Hydrostatic Pressure
- Microfiltration
- Ultrafiltration
- Reverse Osmosis
- Gas Separation
- Vapor Pressure
- Pervaporation
- Membrane Distillation
- Electrical Potential
- Electrodialysis
- Концентрация
- Диализ
- Облегченный транспорт
- Благодарности
- Каталожные номера
- Разработчики
Гидростатическое давление
Микрофильтрация
Показанная здесь микрофильтрационная мембрана используется для концентрирования и очистки белков и нуклеиновых кислот.
(Millipore Corporation, Billerica, MA)
Общая информация
При микрофильтрации эффект просеивания разделяет частицы в зависимости от их размера. Смесь компонентов разного размера выносится на поверхность полупроницаемой мембраны, что означает, что мембрана позволяет проникать только определенным видам. Под действием движущей силы градиента гидростатического давления одни компоненты проникают через мембрану, тогда как другие нет, что приводит к разделению.
(Copyright Sterlitech Corporation, Kent, WA)
Конструкция оборудования
Симметричная микропористая мембрана (мембрана, состоящая из пор одинакового диаметра) используется для разделения компонентов в системах микрофильтрации, таких как показанная здесь. Микропористые мембраны состоят из твердой матрицы с отверстиями или порами. При микрофильтрации эти поры имеют диаметр от 0,1 до 10 микрометров.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
При разделении с использованием прямоточных фильтров, известном как тупиковая фильтрация, весь исходный раствор проталкивается через мембрану под действием приложенного давления. Практически вся жидкость проходит через мембрану за один проход. В приложениях с высокой концентрацией твердых частиц могут возникать пробки.
Мембраны для микрофильтрации также могут работать в режиме перекрестного потока, когда исходный раствор прокачивается через мембрану параллельно ее поверхности. Поддерживая высокую скорость через мембрану, удержанное твердое вещество смывается с поверхности мембраны, как показано ниже. Это делает режим поперечного потока идеальным, когда на мембране задерживается значительное количество материала. Однако этот способ разделения не очень эффективен, и может потребоваться цикл рециркуляции.
Примеры использования
Микрофильтрация используется для очистки технической воды и очистки сточных вод. Показанная здесь мембранная система микрофильтрации используется для очистки сточных вод.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Мембраны для микрофильтрации также используются в широком спектре медицинских приложений, таких как диагностика, фильтрация, приложения с контролируемым высвобождением и компоненты электромеханических ячеек. Системы микрофильтрации также можно использовать в различных отраслях промышленности, таких как фармацевтическая, пищевая и молочная промышленность. Показанная ниже пилотная система микрофильтрации будет использоваться для удаления бактерий и жира из обезжиренного молока или сыворотки. Это даст точные результаты, которые можно воспроизвести для полномасштабного производства.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Преимущества
- Эффективен для разделения мелких частиц разного размера или молекулярной массы.
Недостатки
- Неэффективен при разделении частиц одинакового размера или молекулярной массы.
- Соли и макромолекулы могут проходить через мембрану.
- Тупиковые фильтры могут забиваться.
- Поперечные фильтры неэффективны, требуют повторного использования контуров.
Ультрафильтрация
Системы ультрафильтрации, подобные показанной здесь, отличаются от систем микрофильтрации только тем, что в них используются мембраны с меньшими порами.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Общая информация
Ультрафильтрация предполагает использование просеивающего механизма для разделения компонентов. Разница между ультрафильтрацией и микрофильтрацией заключается в размере частиц компонентов, которые можно отфильтровать: ультрафильтрация задерживает частицы диаметром менее 0,1 микрометра. Ниже приведены примеры мембран для систем ультрафильтрации со спиральной навивкой. Слева полимерные мембраны, а справа примеры мембран из нержавеющей стали и керамики.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Конструкция оборудования
На приведенном ниже рисунке показана мембранная система ультрафильтрации. Ультрафильтрационные мембраны представляют собой асимметричные микропористые мембраны, то есть диаметр пор увеличивается от одной стороны мембраны к другой. Эти мембраны обычно изготавливаются из полимеров. Большинство процессов ультрафильтрации работают в режиме перекрестного потока, как описано выше в разделе «Микрофильтрация». Существует три основных типа ультрафильтрационных мембран: спиральные, трубчатые и полые волокна.
(Авторские права GEA Process Engineering, www. niroinc.com)
Спиральные мембраны изготавливаются путем намотки мембраны на перфорированную центральную трубу, в которой собирается пермеат. Питательная вода очищается, когда она проходит через один слой мембраны и поступает в пермеатную трубу. Спиральные мембраны обладают такими преимуществами, как широкий диапазон размеров мембран, более низкие затраты на электроэнергию из-за снижения потребности в перекачивании и более высокая плотность упаковки. Они также могут работать при повышенном давлении и температуре.
(Авторское право Excel Water Technologies Inc., Форт-Лодердейл, Флорида)
Трубчатые мембраны состоят из опорной трубы с мембраной, отлитой внутри. Эти трубки часто собираются в модули, как показано ниже. Внутренний диаметр обычно находится в диапазоне от 1/4 дюйма до 1 дюйма. Мембрана обычно наносится на внутреннюю часть трубки. Подаваемый раствор течет по внутренней части от одного конца к другому. Пермеат проходит через мембрану и собирается снаружи трубы. Эти мембраны могут быть изготовлены из нескольких различных материалов, включая керамику, углерод, нержавеющую сталь и различные термопласты. Трубчатая конструкция особенно удобна для операций с высокой концентрацией твердых частиц, поскольку закупорка сведена к минимуму, а выход продукта высок. Эта конструкция может быть использована практически во всех промышленных приложениях. Ниже показаны некоторые примеры трубчатых мембран, а также схема трубчатой мембраны.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
(Авторское право Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
Мембраны из полых волокон, также называемые капиллярными мембранами, позволяют разместить мембрану с большой площадью поверхности в компактном модуле , обеспечивающий высокую пропускную способность. Эти мембраны имеют в целом меньший диаметр внутренней трубки, чем трубчатые мембраны, и состоят из мембранных полимеров без носителя. Такие полимеры требуют жесткой опоры на каждом конце трубки. Эта поддержка обеспечивается эпоксидной заливкой пучка волокон внутри. Каждое полое волокно имеет диаметр около 0,5 миллиметра. Поток сырья может проходить внутри волокон или вокруг их снаружи. На приведенной ниже диаграмме показаны различные участки полой или капиллярной мембраны, а на приведенном ниже рисунке показаны примеры различных капиллярных мембран.
(Авторские права Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
(Авторские права GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Примеры использования
Ультрафильтрация используется во многих областях, от очистки промышленных стоков и технологических потоков до разделение, концентрирование и очистка фармацевтических препаратов. Показанная здесь спиральная система ультрафильтрации используется для концентрирования сыворотки.
(Авторское право GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Преимущества
- Эффективен для отделения мелких частиц разного размера.
- Отделяет частицы меньшего размера, чем микрофильтрация.
Недостатки
- Неэффективен при разделении частиц одинакового размера.
Обратный осмос
При обратном осмосе применяется давление для отделения воды от раствора соли.
(Авторское право Excel Water Technologies Inc., Форт-Лодердейл, Флорида)
Общая информация
При традиционном осмосе (рис. 2) вода со стороны мембраны с высокой концентрацией воды будет естественным образом диффундировать на сторону с низкой концентрацией воды, стремясь к равновесию. Разница концентраций создает осмотическое давление, которое заставляет воду течь от высокой концентрации к низкой. При обратном осмосе (рис. 3) частицы, макромолекулы и низкомолекулярные соединения отделяются от растворителя, обычно воды. Избыточное давление создает управляемый давлением поток через мембрану от низкой до высокой концентрации, что позволяет достичь высокой чистоты воды. Это избыточное давление должно быть достаточно сильным, чтобы преодолеть осмотическое давление в системе.
(Авторское право Excel Water Technologies Inc., Форт-Лодердейл, Флорида)
Системы обратного осмоса, подобные показанным на рисунках ниже, в основном используются для удаления ионных солей, органических соединений и других примесей из воды.
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
Конструкция оборудования
Тремя основными факторами, влияющими на эффективность обратного осмоса, являются мембраны, насосы и устройства рекуперации энергии. Мембраны должны иметь высокую водопроницаемость и низкую солепроницаемость, большую площадь поверхности, низкий перепад давления на мембране, быть очень тонкими и бездефектными. В большинстве случаев используются тонкопленочные композитные (ТПК) мембраны, поскольку они обладают многими из этих качеств. Насосы высокого давления часто используются для создания потока исходных растворов, а иногда они также используются для создания перекрестного потока. Циркуляционные насосы могут использоваться для создания поперечного потока, что снижает необходимый перепад давления на насосе высокого давления. Бустерные насосы могут быть добавлены на более поздних этапах, чтобы противодействовать увеличению осмотического давления в системе. Устройства рекуперации энергии в основном используются при работе с морской водой. Они восстанавливают часть гидравлической энергии, вырабатываемой в системе, чтобы ее можно было использовать для утилизации рассола и сбора большего количества питательной воды.
(Авторские права GEA Process Engineering, www.niroinc.com)
Ниже представлена анимация обратного осмоса с нормальным потоком, поток, подлежащий очистке, поступает через верхнее впускное отверстие, а поршень проталкивает жидкость через мембрану (синяя). Затем частицы выбрасываются. Обратный осмос также может работать с поперечным потоком, когда исходный раствор прокачивается через мембрану параллельно ее поверхности.
Примеры использования
Обратный осмос наиболее широко используется для очистки воды. Обычно этот процесс включает удаление солей из морской воды. Другие области применения включают производство промышленной технологической воды, воды для медицинских целей и очистку воды для использования в паровом цикле угольных электростанций. На изображении ниже слева показан пример системы обратного осмоса под прилавком, используемой для получения чистой водопроводной воды, как показано справа.
(Авторское право Excel Water Technologies Inc., Форт-Лодердейл, Флорида)
Обратный осмос также используется для производства сверхчистой воды для изготовления микроэлектроники, такой как полупроводники, плоские дисплеи и дисководы. Кроме того, обратный осмос также можно использовать в системах умягчения воды, например, для повышения эффективности мыла при мойке автомобилей. Показанные ниже системы обратного осмоса можно использовать для очистки воды для всего домашнего хозяйства или для различных коммерческих и промышленных применений, таких как фармацевтика и пищевая промышленность.
(Авторское право Excel Water Technologies Inc., Форт-Лодердейл, Флорида)
Преимущества
- Эффективен при опреснении воды.
- Низкие затраты на замену, долгий срок службы при правильной эксплуатации.
- Обратный осмос можно использовать при высоких значениях pH, чтобы уменьшить загрязнение и обеспечить более высокую степень извлечения.
- Надежный метод очистки воды.
- Дешевле, чем более традиционные методы добычи воды.
Недостатки
- Часто требуется высокое давление для противодействия осмотическому давлению системы.
- Затраты на утилизацию рассола и потребление энергии высоки.
- Может произойти загрязнение мембраны.
- Может потребоваться предварительная очистка питательной воды для снижения концентрации частиц, вызывающих загрязнение.
- Дополнительная обработка необходима для удаления нежелательного солевого раствора в конце процесса.
Разделение газов
При мембранном разделении газов мембрана используется для разделения смеси газов. Мембрана, показанная ниже, может отделять углекислый газ от дымовых газов для повторного использования.
(Авторское право Ок-Риджская национальная лаборатория, Ок-Ридж, Теннесси)
Общая информация
В мембранных системах газоразделения выделяют один или несколько компонентов газового потока. Мембрана действует как фильтр молекулярного масштаба, разделяя смесь. Существует четыре типа газоразделительных мембран: мембраны Кнудсена, ультрамикропористые мембраны, растворно-диффузионные мембраны и ионно-транспортные мембраны. На рисунке ниже показан пример лабораторной мембраны, используемой для отделения водорода от смесей углеводородных газов.
(Авторское право Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси)
Конструкция оборудования
Селективность мембраны количественно определяет ее способность удалять желаемый компонент из смеси. Диффузионные мембраны Кнудсена имеют низкую селективность, что приводит к неэффективному разделению. Поры в барьерном слое этих мембран меньше в диаметре, чем расстояние, которое молекула прошла бы между столкновениями. Меньшие частицы, такие как водород, отскакивают через поры, в то время как большинство (но не все) более крупных молекул этого не делают. Это обеспечивает низкий коэффициент разделения.
(Copyright CO2CRC, Австралия)
Мембраны молекулярного сита или ультрамикропористые мембраны разделяют молекулы по размеру. Они имеют непрерывную сеть проходов, соединяющих верхнюю и нижнюю стороны мембраны. Эти поры должны быть меньше определенного критического размера, чтобы быть эффективными, и должны оставаться открытыми для непрерывного потока к выходной стороне мембраны.
(Авторское право Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN)
В растворно-диффузионных мембранах газ растворяется в материале мембраны и диффундирует от высокой концентрации к низкой концентрации. Поскольку на входной стороне мембраны концентрация газа выше, газ диффундирует на сторону пермеата. Некоторые газы проникают через мембрану, тогда как другие нет, что приводит к разделению.
(Авторское право Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN)
Ионотранспортные мембраны изготовлены из керамического материала, который ионизируется под давлением и температурой. Молекулы кислорода отделяются от газа, когда они образуют ионные связи с ионизированным материалом мембраны. Мембрана для переноса ионов отделяет кислород, используя меньше энергии, поскольку не требует внешнего источника электроэнергии.
Примеры использования
Примеры выделения чистых газов из смеси включают извлечение водорода на нефтеперерабатывающих заводах, извлечение диоксида углерода из закачиваемых скважин и удаление сероводорода из высокосернистого газа. На картинке ниже изображен автомобиль с водородным двигателем. Некоторые микропористые мембраны можно использовать для выделения водорода из смешанных газовых потоков, что позволяет использовать их в автомобилях.
(Copyright Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN)
Advantages
- Effective in separating a gas mixture of unwanted components
Disadvantages
- Low selectivity
Vapor Pressure
Pervaporation
General Информация/Конструкция оборудования
При испарении беспористая мембрана используется для разделения смешивающихся жидких смесей на два концентрированных потока. К пермеатной стороне мембраны прикладывается вакуум. Это удерживает парциальное давление пермеата ниже давления насыщения, создавая движущую силу для разделения. Пермеат удаляют в виде пара и затем конденсируют.
Примеры использования
Первапорация используется главным образом при дегидратации органических растворителей, а также при очистке сточных вод.
Мембранная дистилляция
Общая информация/Конструкция оборудования
Мембранная дистилляция очень похожа на первапорацию в том смысле, что пермеат выходит в виде пара, а перепад давления создает движущую силу. Пористая мембрана используется для разделения жидкой смеси путем испарения в устье пор с последующим переносом пара через поры. Паровой пермеат затем конденсируется на охлаждаемой поверхности, расположенной относительно близко к мембране. На показанной здесь анимации исходный раствор течет вниз, а поток охлаждающей воды течет вверх.
Примеры использования
Мембранная дистилляция используется для очистки и деминерализации морской, солоноватой, слабосоленой и сточных вод.
Электрический потенциал
Электродиализ
При электродиализе электрический заряд используется для выделения ионных частиц из раствора.
(Авторское право Eurodia Industrie SA, Rungis Cedex, Франция)
Общая информация
В электродиализе электрически заряженные мембраны и разность электрических потенциалов используются для разделения ионных компонентов водного раствора. На рисунке ниже показано приготовление анионных и катионных мембран.
(Авторское право Eurodia Industrie SA, Rungis Cedex, Франция)
Конструкция оборудования
Блок электродиализа состоит из чередующихся анионообменных (красный) и катионообменных (синий) мембран, используемых для разделения растворов солей. Эти мембраны пропускают только ионы с соответствующим зарядом (например, анионы проходят через анионообменные мембраны). Движущей силой является электрически приложенный постоянный ток, протекающий от анода к катоду.
В электродиализную батарею подается солевой раствор. Ток заставляет катионы мигрировать к катоду, а анионы — к аноду. При контакте с ионообменной мембраной соответствующие ионы проходят, а другие отторгаются. Это дает обессоленный продукт и концентрированные соли.
(Авторское право Eurodia Industrie SA, Rungis Cedex, Франция)
Примеры использования
Электродиализ используется для обессоливания и очистки органических кислот и растворителей, обессоливания пищевых продуктов, снижения кислотности пищевых продуктов и минимизации сточных вод. Процесс, очень похожий на электродиализ, расщепление воды, распространен в производстве органических и аминокислот. При разделении воды ионообменная мембрана разделяет ионные частицы, а биполярная мембрана разделяет воду на ионы водорода и гидроксида. Ниже приведено изображение электродиализных стеков с биполярной мембраной, используемых для производства уксусной кислоты.
(Copyright Eurodia Industrie SA, Rungis Cedex, France)
Преимущества
- Высокая селективность для заряженных компонентов
- Стоимость энергетики и инвестиции
- Противостояние
- . с заряженными частицами
Концентрация
Диализ
Общая информация
Диализ — это мембранный процесс, управляемый разницей концентраций растворенного вещества между входной стороной мембраны и стороной пермеата, также известной как сторона диализата. Компоненты диффундируют через избирательно проницаемую мембрану. Показанные здесь мембраны используются для концентрирования разбавленных антител, ферментов и вирусов.
(Millipore Corporation, Billerica, MA)
Примеры использования
Диализ используется в медицине для очистки плазмы и в искусственных почках. Ниже приведена иллюстрация искусственной почки. Кровь, показанная красным цветом, течет по системе трубок, состоящих из избирательно проницаемых мембран. Диализирующая жидкость, по составу аналогичная крови, но с низкой концентрацией отходов, течет в противоположном направлении, показанном синим цветом. Отходы диффундируют из крови в диализирующую жидкость.
Преимущества
- Простой процесс
- . Избегает затраты, связанные с высоким давлением
Недостатки
- Относительно медленная процедура
- СПАСИБО СЕЛИКА
2
7. включает химические реакции при разделении смеси. Мембрана содержит селективные носители, которые обратимо реагируют с одним из компонентов, но не с другим. Реагирующий компонент будет поглощаться мембраной и транспортироваться со стороны с более высокой концентрацией на сторону с более низкой концентрацией. Затем происходит обратная реакция, высвобождая отделенный компонент из мембраны на стороне пермеата.
Благодарности
- Центр совместных исследований технологий производства парниковых газов (CO2CRC), Австралия
- Eurodia Industrie SA, Rungis Cedex, Франция
- Excel Water Technologies Inc. , Ft. Lauderdale, FL
- GEA Process Engineering
- Millipore Corporation, Billerica, MA
- Oak Ridge National Laboratory
- Sterlitech Corporation, Kent, WA
References
- E.L.W Baker, 9005. Касслер. В. Эйкамп, В. Дж. Корос, Р. Л. Райли и Х. Стратманн. Системы мембранной сепарации. Нью-Джерси: Noyes Data Corporation, 19 лет.91. Печать.
- Лепри, Джой. «Мембраны для разделения газов» Химическое машиностроение. Февраль 2012: 17-20. Распечатать.
- Маклвейн, Роберт. Химическая технология «Обратный осмос». август 2008 г.: 20–24. Распечатать.
- Перри, Роберт Х. и Дон В. Грин. Справочник инженера-химика Перри. 7-е изд. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1997: 22–42 – 22–69. Распечатать.
- Швейцер, Филип А. Справочник по методам разделения для инженеров-химиков. 3-е изд. Нью-Йорк: McGraw-Hill: 1997. Печать.
- Скотт К. и Р. Хьюз. Технология промышленной мембранной сепарации. Нью-Йорк: Чепмен и Холл, 1996. Печать.
Ваш комментарий будет первым