Cтраница 1
Задерживание растворенного вещества диффузионной ультрафильтрационной мембраной повышается с давлением. Мембраны фирмы РеШсоп пред-ставляют собой, по-видимому, анизотропные микропористые мембраны, более проницаемые для воды, лучше задерживающие растворенные вещества и с меньшей тенденцией к закупориванию по сравнению с микропористыми мембранами. [1]
Задерживание растворенного вещества обычно не зависит от времени: и поток воды и поток растворенного вещества снижаются при уплотнении мембраны примерно в равной мере. Наклон кривой, описывающей процесс уплотнения, сильно зависит от температуры. [2]
Задерживание растворенных веществ в этом случае является функцией концентрации обрабатываемого раствора и выше для двухвалентных ко-ионов ( ионов с тем же знаком заряда, что и у фиксированных в мембране зарядов), чем для одновалентных. Однако потоки воды, измеренные в работе / 81 /, были слишком малыми. Это обусловлено отчасти тем, что проницаемость ионообменных мембран по отношению к воде низка, и тем, что эти мембраны гораздо толще анизотропных ацетатцеллюлоз - ных мембран. [3]
Вследствие задерживания растворенного вещества у поверхности мембраны концентрация вещества в этой области и, следовательно, локальное осмотическое давление обычно больше, чем в объеме раствора. В результате этого поток воды уменьшается. Скоплению растворенного вещества вблизи мембраны ( концентрационной поляризации) противодействуют диффузия растворенного вещества в объем жидкости, турбулентные завихрения потока и сдвиг жидкости вблизи мембраны. Наблюдающееся при обработке пищевых продуктов повышение вязкости ослабляет действие этих механизмов и приводит к усилению концентрационной поляризации и значительному снижению потока пенетранта через мембрану. [4]
В обоих случаях наблюдаемые значения задерживания растворенного вещества значительно ниже значений, обычно достигаемых с анизотропными ацетатцеллюлозными мембранами. Поток воды обратно пропорционален задерживанию, по крайней мере для найлоновых полых волокон, но возможно некоторое улучшение мембран путем их доводки ( фиг. Непосредственное сравнение трех типов мембран может привести к ошибочным выводам, особенно когда состав обрабатываемых растворов различен. [5]
В общем случае на основании одной лишь зависимости потока или задерживания растворенного вещества от давления невозможно отличить перенос по механизму растворения и диффузии от переноса по механизму течения в порах. [6]
Энергия активации переноса соли зависит от природы соли, однако она обычно превышает энергию активации переноса воды, поэтому при снижении рабочей температуры задерживание растворенного вещества улучшается. [7]
Следует отметить, что в уравнениях ( 2) - ( 9) потоки воды и растворенного вещества обратно пропорциональны толщине мембраны, но задерживание растворенного вещества, которое выражается отношением потоков, не зависит от толщины мембраны. Однако очевидно, что толщина мембраны - важная характеристика, поскольку она определяет поток воды на единицу поверхности мембраны, а этот параметр сильно влияет на стоимость процесса. [8]
При оценке значения данных по задерживанию для определения характеристик обратноосмотической системы следует учитывать изменения обрабатываемой жидкости в результате выделения воды. Большая часть данных по задерживанию растворенных веществ получена в условиях, когда выделялась лишь незначительная доля воды. [9]
Применимость метода обратного осмоса зависит, конечно, от способности мембран удерживать нужные растворенные пищевые вещества в концентрированном продукте. В действительности во многих случаях применения обратного осмоса в пищевой промышленности, как мы покажем ниже, скорость проникания воды ограничивается не самой мембраной, а замедленностью массопереноса в жидкой фазе. Функция мембраны в этом случае сводится к обеспечению задерживания растворенных веществ. [10]
Краткое изложение методов, используемых для вычисления радиусов пор в ультрафильтрационных мембранах, приведено в работе / 24 /; уравнение Пуазейля ( 15) дает самые низкие значения. Средние размеры радиусов пор целлофановых мембран изменяются от 1 5 1О - з - 2 5 - Ю 3 ( в зависимости от используемого для расчета радиусов метода) до 8 10 3 - 1010 3мкм; радиусы увеличиваются с повышением содержания воды. Как и ожидалось, задерживание возрастает с повышением молекулярной массы растворенного вещества и при уменьшении размера пор. Имеет место значительное задерживание растворенных веществ мембранами, средние значения радиусов пор которых в несколько раз превышают радиусы молекул растворенного вещества. Диапазон изменения значений постоянной для этих целлофановых мембран аналогичен интервалу изменения постоянной для анизотропных ацетатцеллю-лозных мембран, термообработанных при разной температуре. [11]
Очевидно, что между обратным осмосом и ультрафильтрацией нет принципиальных различий. В обоих случаях для осуществления разделения используются давление и полупроницаемые мембраны. Однако достигаемые на практике величины разделения, применяемые мембраны и рабочие условия, как правило, различны. Обычно обратноосмотическими мембранами считаются те мембраны, которые показывают высокую степень задерживания растворенных веществ с низкой молекулярной массой, включая такие соли, как хлорид натрия. [12]
Это соотношение по ряду причин оказывается слишком простым для адекватного описания реальных мембран. В нем не учитываются извилистость пор, глухие поры и разброс пор по радиусам. Если ввести коэффициент извилистости ( который можно вычислить, воспользовавшись моделью плотно упакованных шаров) и стеричес-кий фактор ( для учета того, что приближающаяся молекула может войти в пору в том случае, если она не удаляется в края поры), уравнение ( 15) можно с большей уверенностью использовать для описания реальных мембран. Но даже если введены поправки и учтена гетеропористость мембраны, эта модель вязкого потока не описывает адекватно большинство результатов по ультрафильтрации. Модель предсказывает, что задерживание растворенного вещества не будет зависеть от давления или скорости потока, что противоречит экспериментальным наблюдениям, за исключением тех случаев, когда размеры частиц растворенного вещества резко отличаются от размера пор. Кроме того, значения радиусов пор, вычисленные по уравнению ( 15), изменяются, если эксперименты проводятся с различными растворенными веществами: эти значения снижаются при увеличении размера частиц растворенного вещества. [13]