ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

Transkript

1 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Znázornění odporů způsobujících snižování průtoku permeátu nástřik porézní membrána Druhy odporů R p blokování pórů R p R a R m R a R m R g R cp adsorbce membrána tvorba gelové vrstvy koncentrační polarizace R g R cp

2 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Model sériově řazených odporů R = R + T M M m R MV R = R + R + R = R + MV cp p R g R a J P = µ R T celkový odpor odpory související s membránou odpory u povrchu membrány Model osmoticko-tlakový J = P µ ( R m + π R MV )

3 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Filmový model nástřik mezní vrstva membrána c W J. c J. c P c F D. dc/dx c P x J c = J cp + δ D 0 dc dx

4 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU D - difúzní koeficient, J.c - konvektivní tok separované složky k membráně, J.c P - tok separované složky membránou do permeátu, dc D dx - zpětný tok separované složky difúzí od membrány do hlavního proudu. J D = ln δ c c W F c c P P D/δ - koeficient přestupu hmoty k m (lze stanovit výpočtem z kriteriálních rovnic)

5 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Model gelové polarizace - při vysoké koncentraci separovaných makromolekulárních látek může dojít k vytvoření gelové vrstvy, ve které dosáhne koncentrace hodnoty c g, - vznik gelové vrstvy závisí na velikosti, tvaru, chemické struktuře a botnavosti částic, ne však na jejich koncentraci v hlavním proudu c F. J = k m ln c c F g - c - c P P

6 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU (NE)PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Model Spieglerův Kedemové Transport rozpuštěné látky membránou vyjádřen jako součet difuzního a konvektivního toku: J w J S c W c P P w P σ intenzita objemového toku rozpouštědla membránou, intenzita molárního toku rozpuštěné látky membránou, koncentrace rozpuštěné látky na povrchu membrány, koncentrace rozpuštěné látky v permeátu, permeabilita čisté vody, permeabilita rozpuštěné látky, reflexní koeficient.

7 ZÁKLADNÍ MODELY TOKU (NE)PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Model rozpouštění difuze Nejdříve dochází k sorpci všech látek obsažených v nástřiku na povrch membrány (homogenní a neporézní). Následně všechny tyto složky samostatně difundují membránou (hnací síla = gradient chemických potenciálů). D S K S δ M difuzní koeficient soli v membráně, rozdělovací koeficient, tloušťka membrány.

8 VÝHODY MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ - možnost provádět separaci kontinuálně - obecně nízká energetické náročnost - možnost kombinovat MP s dalšími separačními procesy - separaci lze provádět za mírných podmínek - snadnost měření provozních parametrů - rozmanitost vlastností membrán a jejich přizpůsobivost - možnost pracovat bez přídavku dalších látek

9 NEVÝHODY MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ - koncentrační polarizace a zanášení membrán - nízká životnost membrán - nízká selektivita nebo výkon

10 VYBRANÉ APLIKACE MF, UF, NF a RO MIKROFILTRACE - odstraňování bakterií a kvasinek z piva, vína, surového mléka, - čištění a sterilizace ovocných šťáv, - úprava vody při výrobě velmi čisté vody, - separace velmi jemných krystalů ve farmaceutickém průmyslu, - zahušťování oleje z olejových emulzí, - proces předřazený UF a RO.

11 LIKVIDACE ODPADNÍCH VOD - lze odstraňovat organická barviva, povrchově aktivní látky, soli těžkých kovů, toxické organické látky, netoxické, avšak těžko biologicky odbouratelné látky atd.

12 REGENERACE ODMAŠŤOVACÍCH LÁZNÍ

13 VYBRANÉ APLIKACE MF, UF, NF a RO ULTRAFILTRACE - zpracování olejových emulzí, - získávání elektroforézních barev z oplachových vod, - zpracování odpadních vod z textilního a papírenského průmyslu, - zahušťování latexových disperzí, - zahušťování bílkovin a zpracování syrovátky, - při hemodialýze, - proces předřazený RO.

14 LIKVIDACE OLEJOVÝCH EMULZÍ

15 REGENERACE ELEKTROFORÉZNÍCH BAREV

16 VYBRANÉ APLIKACE MF, UF, NF a RO NANOFILTRACE a REVERZNÍ OSMÓZA - změkčování vody, - odsolování produktů a meziproduktů v chemickém průmyslu, - odsolování mořské a brakické vody při výrobě pitné vody, - výroba velmi čisté vody pro elektrotechnický a farmaceutický průmysl, -čištění odpadních vod z galvanizoven, textilního a papírenského průmyslu, nemocnic apod.

17 DIAFILTRACE A ZKONCENTROVÁNÍ PŘI VÝROBĚ BARVIV

18 ODSTRAŇOVÁNÍ LÉČIV

19 ZPRACOVÁNÍ ODPADNÍCH VOD S OBSAHEM LÉČIV POMOCÍ NANOFILTRACE

20 ZPRACOVÁNÍ SUROVÉ VODY REVERZNÍ OSMÓZOU

21 ČIŠTĚNÍ OPLACHOVÝCH VOD POMOCÍ REVERZNÍ OSMÓZY

22 VYUŽITÍ MEMBRÁNOVÝCH BIOREAKTORŮ Recirkulační MBR Integrovaný MBR

23 TECHNOLOGICKÁ LINKA RECYKLACE VODY S MEMBRÁNOVOU TECHNOLOGIÍ

24 ZÁVĚR Použití tlakových membránových procesů je založeno na: - znalostech popisu základních mechanismů charakterizujících transportní jevy v porézních nebo (ne)porézních membránových strukturách a v rozhraní membrána roztok, - relativně jednoduchém a kompaktním uspořádání, - využitelnosti kombinovaných (hybridních) a integrovaných membránových procesů.

25 LITERATURA PRO DALŠÍ STUDIUM TLAKOVÉ MEMBRÁNOVÉ PROCESY P. Mikulášek a kol. ISBN Vydavatelství VŠCHT v Praze (prosinec 2013) Kniha obsahuje historický vývoj TMP, popis membránových materiálů, zařízení a jeho prvků, teorii transportu látek membránami a shrnutí faktorů ovlivňujících výkonnost procesů, teoretický popis (modelování) toku při separaci, metody intenzifikace, návrh membránových jednotek a aplikace tlakových membránových procesů a zařízení v chemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu, v biotechnologiích a při zpracování odpadních vod.

26 DĚKUJI ZA POZORNOST.