Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения, страница 5

Несмотря па различия в подходах к расчету концентрации мнения исследователей в целом сходны при объяснении причин резкого уменьшения концентрации от С3 до C3'. Так, можно утверждать, что величина отношения C3'/С3 определяется комплексом физико-химических взаимодействий раствора с мембраной, а также влиянием внешних факторов; значение C3' зависит от концентраций С1 и С3 , природы растворенного вещества и растворителя, размеров пор мембраны и перепада гидростатического давления.

"Скачок" концентрации С2'-C2 обусловлен теми же причинами и определяется величиной константы распределения К2:

К2 = С2'/С2                   (2.12.)

Следует отметить, что изменением концентрации от С2 до C2 часто пренебрегают.

Сопротивление переносу растворенного вещества сосредоточено как в самой мембране, так и в пограничном слое со стороны концентрируемого раствора [8, 9]. Толщины δ1 - пограничного слоя и δ2 - слоя геля зависят не только от кинематической вязкости раствора, коэффициента эффективной диффузии, концентрации растворенных веществ, но и от скоростей потоков, а также соотношения длины и ширины мембранного канала. Следовательно, целью изучения массоотдачи в пограничном слое является поиск путей  направленного воздействия на производительность и эффективность разделения. Поэтому исследование массообменных процессов в системе «ядро потока – мембрана» имеет важное практическое и теоретическое значение.

2.5. Режимы проведения процесса ультрафильтрации.

Как говорилось выше для веществ с большой молекулярной массой (>500) коэффициент диффузии очень мал, влияние КП на процесс ультрафильтрации намного сильнее, чем на процесс обратного осмоса или микрофильтрации [1, 4]. Вследствие этого при ультрафильтрационном разделении растворов ВМС возможны два режима протекания процесса:

a)  режим предгель-поляризации;

b)  режим гель-поляризации.

2.5.1. Предгель-поляризационный режим.

В режиме предгель-поляризации пристеночная концентрация не достигает концентрации геля. Этот режим характеризуется тем, что объёмный поток через мембрану увеличивается с увеличением давления. Изучению области предгель-поляризации посвящено много работ. Дытнерским Ю.И. [1, 7] с соавторами с помощью оптических методов были определены локальные характеристики массообмена в напорном канале при ультрафильтрации желатина. Были получены значения коэффициентов в критериальной зависимости:

                                                                                       (2.13.)

Показано, что при УФ веществ с числом Sc=25000 — 35000 в режиме предгель-поляризации для случая ламинарного потока уравнение (2.13.) хорошо описывает процесс.

2.5.2. Модель концентрационной поляризации гелеобразования.

Экспериментальные исследования давления на проницаемость показали, что при УФ растворов рост проницаемости с повышением давления носит асимптотический характер [3]. Лайторут объяснил это следующим образом: «Вблизи мембранной поверхности может быть достигнуто насыщение раствора белком, в результате чего на мембране образуется более или менее пористый твёрдый слой. Любое дальнейшее увеличение давления ведёт только к утолщению этого слоя без увеличения скорости фильтрации» [4]. В цитируемой работе, как возможные причины предела проницаемости рассматривается также повышение осмотического давления и возникновение бародиффузии при образовании полутвёрдого геля. Из вышесказанного следует, что образование осадка на мембране начинается в асимптотической обрасти изменения проницаемости при этом концентрация на поверхности раздела раствор-осадок постоянна и соответствует обрасти насыщения раствора.

 

Рисунок 2.4. Зависимость объемного потока от давления при УФ для режимов предгель (2) и гель-поляризации (1).

На основании вышеизложенного появилась гель-поляризационная модель, которая наиболее широко применяется для описания массообмена при ультрафильтрации в гелиевом режиме.

Для упрощения в модели принимают следующие четыре условия: