Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Физическая сущность мембранных процессов



2015-11-27 1953 Обсуждений (0)
Физическая сущность мембранных процессов 0.00 из 5.00 0 оценок




 

Если два раствора различной концентрации (растворитель один и тот же) разделены между собой полупроницаемой мембраной, то под действием осмотического давления растворитель начинает переходить из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Движение растворителя осуществляется до тех пор, пока не наступает равновесие. Движение растворителя в обратном направлении можно осуществить, подействовав на раствор с большей концентрацией давлением, превышающим по величине осмотическое. Это явление получило название «обратного осмоса». Принципиальных отличий между микрофильтрацией, ультрафильтрацией, нанофильтрацией и обратным осмосом нет. Общим является то, что для разделения используют специальные полупроницаемые мембраны, процесс ведется под давлением, жидкость разделяется на 2 потока, один из которых называется концентратом, или ретентатом (то, что задерживается мембраной), а другой – фильтратом, или пермеатом (компоненты, проходящие через поры мембраны). Различия между этими процессами в получаемой величине разделения, типах мембран, рабочих условиях.

Микрофильтрация позволяет фракционировать белки по молекулярной массе – низкомолекулярные белки проходят через мембрану, а высокомолекулярные остаются в ретентате. Рабочее давление процесса – менее 105Па. Размер пор мембраны 10-1-10 мкм.

 

Рис.7. Принцип разделения молекул при микрофильтрации

 

 

вода

минеральные вещества

лактоза

белки

бактерии, молочный жир

 

Ультрафильтрация – это процесс молекулярной фильтрации через мембрану, имеющую настолько мелкие поры, что через них не проходят высокомолекулярные вещества (ММ > 2000). Например, при ультрафильтрации сыворотки можно получить белковый концентрат, не содержащий или почти не содержащий лактозы, солей, кислот и др. Рабочее давление процесса (2…15)∙105 Па. Размер пор мембраны 10-2-10-1 мкм.

 

Рис.8. Принцип разделения молекул при ультрафильтрации

 

Диафильтрация – частный случай ультрафильтрации, при такой обработке происходит «вымывание» низкомолекулярных компонентов из раствора, а концентрации веществ не происходит.

Нанофильтрация – частичное обессоливание, когда часть солей (низкомолекулярных) проходит через мембрану, а часть остается в ретентате. Рабочее давление процесса (2…4) ∙106 Па. Размер пор мембраны 10-3-10-2 мкм.

 

Рис.9. Принцип разделения молекул при нанофильтрации

 

Процесс обратного осмосаили гиперфильтрации также относится к молекулярной фильтрации, но через мембрану, имеющую очень мелкие поры, не проходят и низкомолекулярные вещества. Рабочее давление процесса до 107 Па. Поры мембраны имеют размеры в пределах 10-4-10-3 мкм.

Рис.10. Принцип разделения молекул при гиперфильтрации

 

Обратный осмос позволяет осуществлять полную концентрацию раствора, т.к. мембраны пропускают только воду, а при ультрафильтрации происходит одновременно концентрирование и фракционирование жидкости по величине и структуре молекул. Причем при концентрировании обратным осмосом полностью сохраняются нативные свойства продукта, в отличие от выпаривания. Обратный осмос применяют самостоятельно и в сочетании с ультрафильтрацией.

Полупроницаемые мембраны изготовляют на основе ацетатов целлюлозы, целлофана, найлона, полиакрилнитрата, полиамида и др. Ядерные фильтры получают обработкой полимера пучком ионов, которые как микроиглы пронизывают полимер, оставляя треки. В процессе работы происходит частичная закупорка капилляров и необратимое уплотнение мембран, их гидролиз. Средний срок службы мембран около 1 года. Не решена проблема очистки мембран.

К мембранам, используемым в молочной промышленности, предъявляются следующие основные требования:

­ высокая скорость фильтрации и селективность;

­ отсутствие токсичных компонентов;

­ высокая химическая и термическая стойкость в широком диапазоне рН и температуры;

­ стойкость к воздействию микроорганизмов.

Мембраны второго поколения готовят из тефлона; они выдерживают температуру до 150оС, хорошо моются.

В промышленности применяют главным образом 4 типа аппаратов, отличающихся формой фильтрующей поверхности:

1) аппараты спирального или рулонного типа, образованные путем спиральной намотки мембран вокруг трубы;

2) аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами, имеющие цилиндрические мембраны, расположенные внутри или снаружи поддерживающих пористых труб;

3) аппараты с плоскими фильтрующими элементами, аналогичны фильтр-прессам;

4) аппараты с полыми волокнами, в которых мембраны образованы из очень тонких трубок капиллярного сечения.

Электродиализ – это перенос ионов из одного раствора в другой через ионоселективные мембраны под действием электрического поля, создаваемого между электродами, погруженными в продукт и расположенными по обе стороны мембраны (рис. 11).

Рис.11. Принцип разделения заряженных частиц при электродиализе

 

Электронейтральные вещества (лактоза, сахароза) в электродиализе не участвуют. В молочной промышленности электродиализные установки используют для деминерализации сыворотки (минеральные соли не нужны в продуктах для детей).

Катионитовые мембраны (отрицательный заряд) пропускают катионы и задерживают анионы; и наоборот – на анионитовых мембранах (положительный заряд).

 



2015-11-27 1953 Обсуждений (0)
Физическая сущность мембранных процессов 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: Физическая сущность мембранных процессов

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1953)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.008 сек.)