Procesy membranowe (membrane processes)

Podobne dokumenty
Klasyfikacja procesów membranowych. Magdalena Bielecka Agnieszka Janus

Wykład 1. Wprowadzenie do metod membranowych

Mikrofiltracja, ultrafiltracja i nanofiltracja. Katarzyna Trzos Klaudia Zięba Dominika Stachnik

Ciśnieniowe techniki membranowe (część 2)

Ciśnieniowe techniki membranowe

TECHNIKI MEMBRANOWE W OCHRONIE ŚRODOWISKA. Procesy separacji membranowej pozwalają na:

ELEKTRODIALIZA. Karina Rolińska Aleksandra Sierakowska Beata Ulmaniec r.

ODWRÓCONA OSMOZA. Separacja laktozy z permeatu mikrofiltracyjnego serwatki

Utylizacja i neutralizacja odpadów Międzywydziałowe Studia Ochrony Środowiska. Ćwiczenie 14. Zastosowanie metod membranowych do oczyszczania ścieków

POLITECHNIKA GDAŃSKA

ODWRÓCONA OSMOZA ODSALANIE SOLANKI

Odwrócona osmoza (RO) PATRYCJA WĄTROBA

TECHNIKI ROZDZIELANIA

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Wykład 9. Membrany jonowymienne i prądowe techniki membranowe (część 1) Opracowała dr Elżbieta Megiel

UZDATNIANIE WODY W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM TECHNIKI MEMBRANOWE. 26 marca 2010 Woda i Ścieki w Przemyśle Spożywczym - Białystok 2010

KONGRES SEROWARSKI ŁOCHÓW 2018

BADANIE ZDOLNOŚCI PERMEACJI GAZU PRZEZ MEMBRANĘ POROWATĄ

Stacje odwróconej osmozy Technika membranowa

Wykład 2. Wprowadzenie do metod membranowych (część 2)

Zastosowanie technik membranowych jako przyszłościowy kierunek w uzdatnianiu wody

WODA I ŚCIEKI W PRZEMYŚLE MOŻLIWOŚĆ OBNIŻENIA KOSZTÓW EKSPLOATACYJNYCH W STACJI UZDATNIANIA WODY W PRZEMYŚLE

Oczyszczanie wody - A. L. Kowal, M. Świderska-BróŜ

ODNOWA WODY. Wykład 11 PROCESY MEMBRANOWE

Wykład 7: Metody permeacyjne - wiadomości wstępne


Ćwiczenie 5 A-2, p Podstawowe procesy jednostkowe w technologii chemicznej Studia I stopnia (inżynierskie), stacjonarne, Rok III, semestr V

Wykład 9: Dializa i Elektrodializa

Technika membranowa MF UF NF - RO

Wykład 8. Dyfuzyjne techniki membranowe (część 3) Opracowała dr Elżbieta Megiel

ul. Grabska 15A, Niepołomice NIP Niepołomice, DOTYCZY: zakupu Elektrodializera pilotowego ED/EDR

METODY DEMINERALIZACJA SERWATKI

Zrównoważony rozwój przemysłowych procesów pralniczych. Moduł 1 Zastosowanie wody. Rozdział 3b. Zmiękczanie wody

Elektrodejonizacja i jej zastosowanie w procesie uzdatniania wody dla celów przemysłowych

MEMBRANOWE OCZYSZCZANIE WÓD KOPALNIANYCH STUDIUM PRZYPADKU. Membrane treatment of mine water case study

Membranowe Procesy Ciśnieniowe

Metody demineralizacji wody oraz zabezpieczenia mikrobiologicznego

Księgarnia PWN: Apolinary L. Kowal, Maria Świderska-Bróż - Oczyszczanie wody

TECHNIKI MEMBRANOWE W OCHRONIE ŚRODOWISKA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

TECHNIKI MEMBRANOWE W PRZETWÓRSTWIE MLEKA Lidia Zander, Zygmunt Zander

Czy równowaga jest procesem korzystnym? dr hab. prof. nadzw. Małgorzata Jóźwiak

Podstawowe pojęcia 1

Lublin Stacja Uzdatniania Wody w ZAK S.A.

ZAŁĄCZNIK ROZPORZĄDZENIA DELEGOWANEGO KOMISJI

FLOTACJA HYBRYDOWA METODA OCZYSZCZANIA TRUDNYCH, WYSOKOSTĘŻONYCH I ZAOLEJONYCH ŚCIEKÓW TECHNIKA PRZEMYSŁOWA

PL B1. ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL BUP 24/15

Pytania do egzaminu z przedmiotu Gospodarka wodno ściekowa w sektorze paliwowo energetycznym

Wykład 7. Anna Ptaszek. 13 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 7.

Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

Nowe wyzwania. Upowszechnianie zasad ROZWOJU ZRÓWNOWAŻONEGO pociąga za sobą konieczność:

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Podstawy biogospodarki. Wykład 7

WYKŁAD 7. Diagramy fazowe Dwuskładnikowe układy doskonałe

Karbonowy filtr sorpcyjny K870

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW I WÓD TECHNOLOGICZNYCH Z RÓŻNYCH GAŁĘZI PRZEMYSŁU Z ZASTOSOWANIEM ZAAWANSOWANYCH TECHNOLOGII: BIOLOGICZNEJ I ULTRAFILTRACJI

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ I NAWOZÓW MINERALNYCH. Ćwiczenie nr 6. Adam Pawełczyk

Systemy membranowe Pall Microflow do pielęgnacji solanek serowarskich. M. Jastrzębski, P. Ziarko Pall Poland, Warszawa

OCZYSZCZANIE WODY METODĄ ODWRÓCONEJ OSMOZY. 1. Wprowadzenie do technik membranowych

Odpady ciekłe z zakładowej regeneracji srebra inne niż wymienione w * Kwas siarkowy *

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

Kryteria oceniania z chemii kl VII

Utylizacja i neutralizacja odpadów Międzywydziałowe Studia Ochrony Środowiska

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

4 Ogólna technologia żywności

MIKROFILTRACJA ZAGĘSZCZANIE BIAŁEK SERWATKOWYCH

NANO SYSTEM NANOFILTRACYJNY ECOPERLA NANO. original product of Ecoperla INSTRUKCJA UŻYTKOWNIKA

METODY PRZECHOWYWANIA I UTRWALANIA BIOPRODUKTÓW METODY ODWADNIANIA

Spis treści. Przedmowa do wydania trzeciego /11 CZĘŚĆ I. WPROWADZENIE / Procesy podstawowe w technologii żywności /14

ZASTOSOWANIE MEMBRAN DO OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO

Oczyszczanie wody i jej ponowne użycie w Gazie. NFO igw, Forum XXVII 18/11/2011

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Spis treści. asf;mfzjf. (Jan Fiedurek)

Rada Unii Europejskiej Bruksela, 1 lutego 2017 r. (OR. en)

- Kompaktowa instalacja RO wydajności ltr/h. - Kompaktowa instalacja RO wydajności ltr/h

Ćwiczenie 2: Właściwości osmotyczne koloidalnych roztworów biopolimerów.

ZARYS LINIOWEJ TERMODYNAMIKI NIERÓWNOWAGOWEJ UKŁADÓW CIĄGŁYCH I MEMBRANOWYCH

C330 Demineralizacja (całkowite odsalanie wody)

Kierunek: Biotechnologia Kod przedmiotu: 4.3 Rodzaj przedmiotu: treści kierunkowych. Poziom kształcenia: II stopnia. Liczba godzin/tydzień: 1W, 1Ć

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 01/12

Część I. Wprowadzenie. Część II. Procesy mechaniczne. Zawartość. 1. Procesy podstawowe w technologii żywności Pojęcie procesu podstawowego

Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym. Maj 2015

Urządzenia Watersystem do uzdatniania wody dla gastronomi

PRZEGLĄD PROCESÓW MEMBRANOWYCH WYKORZYSTYWANYCH DO USUWANIA CHROMU Z ROZTWORÓW WODNYCH

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 01/12

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

Filtracja membranowa w procesach sanitarnych. Kompletna oferta Alfa Laval

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH WYMIANA JONOWA

POLIMERY W OCZYSZCZANIU WODY, POWIETRZA ORAZ OCHRONIE GLEBY. Helena Janik, Katedra Technologii POLIMERÓW WCH, PG

Kolumnowa Chromatografia Cieczowa I. 1. Czym różni się (z punktu widzenia użytkownika) chromatografia gazowa od chromatografii cieczowej?

Przedmiot do wyboru dla studentów I USM w wymiarze 120 godz. dla specjalności Chemia polimerów ( zalecany przez kierownika specjalności)

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej

PL B1. INSTYTUT METALI NIEŻELAZNYCH W GLIWICACH, Gliwice, PL BUP 15/17

11) Stan energetyczny elektronu w atomie kwantowanym jest zespołem : a dwóch liczb kwantowych b + czterech liczb kwantowych c nie jest kwantowany

Pytania z Wysokosprawnej chromatografii cieczowej

(54) Sposób przerobu zasolonych wód odpadowych z procesu syntezy tlenku etylenu

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

WYKAZ ODPADÓW PODDAWANYCH UNIESZKODLIWIENIU LUB ODZYSKOWI

Transkrypt:

Procesy membranowe (membrane processes) ROZDZIAŁ STRUMIENIA W PROCESIE MEMBRANOWYM Koncentrat CELE: zatężanie oczyszczanie frakcjonowanie Membrana Pod pojęciem membrany rozumiano pierwotnie półprzepuszczalną błonę naturalną, najczęściej roślinną lub zwierzęcą, która umożliwiała selektywne przenikanie składników roztworów. Zgodnie z definicją Europejskiego Towarzystwa Membranowego membrana jest to trzecia faza, rozdzielająca dwie inne fazy, a działająca jako pasywna lub aktywna bariera dla transportu między tymi fazami. 1

Schemat membranowego rozdziału składników Membrana może być uważana za półprzepuszczalną barierę rozdzielającą dwie fazy ciekłe lub gazowe, a transport przez nią zachodzi dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły napędowej. Membrana nadawa permeat siła napędowa: P, C, T, E Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja MF - Ultrafiltracja UF - Nanofiltracja NF - Odwrócona osmoza RO - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne Materiał użyty do wytwarzania membran Organiczne Polimery celulozowe (celuloza i jej pochodne) - C, CA Poliamid (PA) Polisulfon (PS), polieterosulfon (PES) Politetrafluoroetylen (teflon) Polichlorek winylu (PVC) 2

Materiał użyty do wytwarzania membran (c.d.) nieorganiczne - metale (pallad, stal szlachetna, wolfram) - szkło - grafit - materiały ceramiczne Właściwości: stabilność termiczna odporność chemiczna wytrzymałość mechaniczna Struktura i morfologia membran Porowate Nieporowate Ciekłe membrana asymetryczna porowata membrana symetryczna porowata membrana nieporowata Mechanizm transportu: sitowy Mechanizm transportu: rozpuszczania i dyfuzji Morfologia membran membrany symetryczne - o jednakowej strukturze w całym przekroju poprzecznym 3

Morfologia membran (c.d.) membrany asymetryczne - zbudowane z warstwy naskórkowej o grubości 0,1-0,5 m oraz suportu (podłoża) o grubości 50-200 m skórka warstwa podtrzymująca 0,1/0,5 μm 50/200 μm Parametry charakteryzujące membrany - strumień permeatu, charakteryzujący wydajność membrany - (J v ) określa objętość, masę lub liczbę moli substancji, która przechodzi przez jednostkową powierzchnię membrany w jednostce czasu (m 3 /m 2 d, kg/m 2 d, mol/m 2 d). Często w przypadku procesów ciśnieniowych wydajność procesu opisuje się przy pomocy przepuszczalności hydraulicznej membrany L p (m 3 /m 2 dmpa) gdzie L p =J v / P - współczynnik retencji opisujący skuteczność separacji - definiuje się jako: c0 c1 R 100% c0 gdzie :c 0 - stężenie składnika w nadawie, c 1 - stężenie składnika w permeacie. Selectivity vs. Permeability of Membranes Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja - Ultrafiltracja - Nanofiltracja - Odwrócona osmoza - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne 4

Ciśnieniowe procesy separacji membranowej Mikrofiltracja < 0,2 MPa Ultrafiltracja 0,1-1,0 MPa Nanofiltracja 0,5-2,0 MPa Odwrócona osmoza 1,0-6,0 MPa cząstki zawieszone makrocząsteczki cukry sole dwuwartościowe kwasy zdysocjowane sole jednowartościowe kwasy niezdysocjowane woda Ciśnieniowe procesy separacji membranowej MF UF NF RO 0,1 1,0 10 100 1000 Wielkość cząsteczek, nm Zasada zjawiska osmozy i procesu odwróconej osmozy membrana P Solanka Solanka Ciśnienie osmotyczne Woda Woda Solanka Woda Osmoza Stan równowagi Odwrócona osmoza (RO) 5

Ciśnienie osmotyczne w temp. 25 C Związek mg/l Stężenie mol/l Ciśnienie osmotyczne, atm NaCl 35000 0,6 29,34 NaCl (58,5) 1000 0,0171 0,84 NaHCO 3 (84) 1000 0,0119 0,58 CaCl 2 (111) 1000 0,009 0,66 Sacharoza (342) 1000 0,00292 0,07 D-glukoza (180) 1000 0,00555 0,14 Ciśnienie osmotyczne - ciśnienie zewnętrzne równoważące przepływ osmotyczny w układzie roztwór-membrana-rozpuszczalnik, charakterystyczne dla danego roztworu i jego stężenia, a niezależne od membrany mającej właściwości półprzepuszczalne: = i c R T c - stężenie molowe substancji rozpuszczonej i współczynnik van Hoffa (zależny od ilości cząsteczek na które dysocjuje związek NaCl i=2; CaCl2 i=3; cząsteczki niedysocjujące (sacharoza) i=1 Odwrócona osmoza (RO) Membrany Grubość membrany Średnica porów Siła napędowa Mechanizm separacji Materiał membrany Główne zastosowania asymetryczna lub kompozytowa ok. 150 m Membrana nieporowata lub Ø< 0,2 nm ciśnienie: 1,5-2,5 MPa - wody słonawe 4-8 MPa - wody morskie rozpuszczania-dyfuzji polimerowe odsalanie wód morskich i słonawych produkcja wody ultraczystej (elektronika) zatężanie soków i cukrów (przem.spożywczy) oraz mleka (mleczarstwo) Nanofiltracja (NF) Membrany Grubość membrany Średnica porów Siła napędowa Mechanizm separacji Materiał membrany Główne zastosowania asymetryczna porowata ok. 150 m ok. 1 nm ciśnienie ( 1-3,0 MPa) Sitowy, rozpuszczania i dyfuzji, oddziaływania elektrostatyczne Polimerowy, ceramiczny Usuwanie substancji o masach cząsteczkowych 200-300 Da Usuwanie jonów dwuwartościowych Zmiękczanie wody 6

Ultrafiltracja (UF) Membrany asymetryczna porowata Grubość membrany ok. 150 m Średnica porów ok. 1-100 nm Siła napędowa ciśnienie ( 0,1-1,0 MPa) Mechanizm separacji sitowy Materiał membrany polimerowy, ceramiczny Główne zastosowania przem.mleczarski (prod. mleka, serwatki, serów) przem. spożywczy (prod. skrobii, odzysk białek) metalurgia (emulsje olejowe, elektropigmenty) przem. tekstylny (barwniki) farmaceutyka (enzymy, antybiotyki) oczyszczanie wody (usuwanie koloidów, pyrogenów) Mikrofiltracja (MF) Membrany symetryczna porowata Grubość membrany ok. 10-150 m Średnica porów ok. 0,05-10 m Siła napędowa ciśnienie (<0,2 MPa) Mechanizm separacji sitowy Materiał membrany polimerowy, ceramiczny Główne zastosowania analityka sterylizacja (przem.spożywczy, farmaceutyka) klarowanie (produkcja napojów) hodowla komórek, bioreaktory (biotechnologia) separacja metali (koloidalne tlenki i wodorotlenki) separacja emulsji olejowych Moduły membranowe Moduł membranowy jest najmniejszym powtarzalnym i integralnym elementem instalacji membranowej i w razie uszkodzenia może być wymieniony na nowy. Oprócz wymagań stawianych samym membranom, tj. wysoka selektywność separacji składników oraz duża przepuszczalność względem składnika moduł membranowy powinien: zapewniać korzystne warunki hydrodynamiczne, tak aby składniki zatrzymywane na membranie były z niej ciągle usuwane, tak by utrzymana była wysoka wydajność procesu, szczelność pomiędzy rozdzielanymi strumieniami permeatu i koncentratu, duży stosunek powierzchni membran do objętości modułu, krótki czas przebywania roztworu, łatwość mycia i sterylizacji, niskie koszty eksploatacji, niskie koszty własne, duża odporność membran na działanie czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych. 7

Moduły membranowe Konstrukcje dostępnych modułów membranowych opierają się na dwóch podstawowych formach membrany: płaskie arkusze rurki Konfiguracje modułów membranowych: moduły płytowo-ramowe, moduły spiralne płaskie moduły rurowe, moduły kapilarne, moduły z włókien kanalikowych (hollow-fibre) (czasami ta konfiguracja zaliczana jest do kapilarnej). rurki Fouling membran FOULING - odkładanie się substancji na powierzchni membrany i/lub w porach ograniczające jej przepuszczalność. Fouling wywołany jest przez: substancje organiczne (substancje wielkocząsteczkowe, substancje biologiczne), substancje nieorganiczne (wodorotlenki metali, sole wapnia, krzemionka), cząstki zawieszone. Fouling membran mikroorganizmy makrocząsteczki cząsteczki jony 8

Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja MF - Ultrafiltracja UF - Nanofiltracja NF - Odwrócona osmoza RO - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne Rodzaje procesów elektromembranowych ELEKTRODIALIZA - polega na transporcie jonów w stałym polu elektrycznym przez ułożone na przemian membrany aniono- i kationowymienne elektrodializa monopolarna (klasyczna) (ED) elektrodializa z membraną monoselektywną elektrodializa z membraną bipolarną elektrodializa odwracalna (EDR) ektrodejonizacja Elektrodailiza ED 9

ZASADA PROCESU ELEKTRODIALIZY KONWENCJONALNEJ (ED) transport jonów przez ułożone na przemian membrany aniono- i kationowymienne przepływ jonów wywołany jest różnicą potencjałów elektrycznych po obu stronach membrany efekt procesu 2 strumienie: odsolony i zatężony Zasada procesu elektrodializy (ED) woda odsolona (dializat) koncentrat (solanka) anoda katoda membrana anionowymienna woda zasolona membrana kationowymienna Właściwości membran jonowymiennych wysoka selektywność w stosunku do jednego rodzaju jonów mała oporność elektryczna duża zdolność wymienna duża odporność mechaniczna (kształtu) duża odporność chemiczna 10

Zalety i wady procesu elektrodializy Zalety -łatwość powiększania skali poprzez dokładanie nowych komór lub stosów membranowych, -łatwa wymiana pojedynczej komory lub stosu w razie awarii, -wysoki stopień odzyskania wody (nawet do 90% dla EDR), -membrany mniej podatne na blokowanie, mniejszy zakres wstępnego oczyszczania, mniejsza ilość środków chemicznych (w porównaniu do RO), -możliwość produkcji przenośnych instalacji. Wady -konieczność wymiany kosztownych elektrod co 2-3 lata a membran co 10 lat, -konieczność okresowego chemicznego czyszczenia membran, -usuwanie tylko składników jonowych z wody, - konieczność wstępnego oczyszczania roztworów -przy stężeniu soli > 10 000 g/m 3 proces zdecydowanie nieekonomiczny. stopień odzyskania wody (woda słonawa): dla ED: 40-50% (I o ), 65-75% (II o ), 82-88 (III o ) dla EDR: 85-94% Proces ED jest najbardziej ekonomiczny przy odsalaniu wody słonawej 3000 mg/dm 3 do poziomu wody do picia ZASTOSOWANIE PROCESU ELEKTRODIALIZY Otrzymywanie wody otrzymywanie wody do spożycia otrzymywanie wód technologicznych z wód słonawych (przy uzdatnianiu wody do kotłów ED/EDR może zastąpić wymianę jonową, przy stężeniach powyżej 0,2 g/dm 3 ), Otrzymywanie soli zatężanie wody morskiej Oczyszczanie ścieków popłuczyn z procesów galwanicznych ścieków z przemysłu chemicznego Przemysł spożywczy odsalanie serwatki uszlachetnianie wina odkwaszanie soków owocowych 11

ELEKTRODEJONIZACJA (EDI) Nowa metoda ciągłej produkcji wody o stałej wysokiej czystości Połączenie procesu elektrodializy (ED) i demineralizacji na złożach jonitowych (IE) Wyeliminowanie wad poszczególnych procesów jednostkowych: - wysokie zużycia energii (ED) - niska jakość produktu końcowego (ED) - cykliczność procesu (IE) - konieczność dodawania reagentów chemicznych (IE) - powstawanie agresywnych ścieków (IE) ELEKTRODEJONIZACJA Końcowa jakość diluatu: oporność 18 M cm (przewodność 0,055 μs/cm) zawartość krzemionki < 5 μg/dm 3 zawartość substancji organicznej (TOC) < 10 μg/dm 3 Rozdział strumieni: diluat (produkt) 90-95% koncentrat 5-10% elektrolit 1-2% 12