Дистилляция растворов неэлектролитов с помощью обратноосмотических гидрофильных мембран

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработана математическая модель мембранной дистилляции водных растворов органических веществ (спиртов) с помощью гидрофильных мембран. Мембрана моделируется как капиллярно-пористое тело, все поры которого являются прямолинейными капиллярами одинаковой длины и радиуса. Исследование проведено для умеренно интенсивных процессов, когда радиус кривизны мениска цилиндрической поры превосходит радиус капилляра, то есть не происходит заглубления фронта испарения. Получена аналитическая формула, проведено ее параметрическое исследование и выявлено экстремальное поведение коэффициента задержания наиболее задерживаемого мембраной компонента смеси в зависимости от концентрации пара растворителя в сдувающем потоке газа, что качественно соответствует поведению этого коэффициента в процессе первапорации водных растворов этанола с помощью сшитых гидрофильных пуллулановых мембран и гидрофильных хитозановых мембран, а также хитозановых мембран, сшитых глутаровым альдегидом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Филиппов

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: filippov.a@gubkin.ru
ORCID iD: 0000-0001-9903-2405
SPIN-код: 7388-6159
Scopus Author ID: 35613864900
ResearcherId: C-5326-2014

кафедра высшей математики, лаборатория “Физико-химическая гидродинамика двухфазных течений в пористых средах”

Россия, Ленинский проспект, 65, корп. 1, Москва, 119991

Список литературы

  1. Брык М.Т., Нигматуллин Р.Р. Мембранная дистилляция // Успехи химии. 1995. Т. 63 (12). С. 1114–1129.
  2. Uragami T., Saito M., Takigawa K. Comparison of permeation and separation characteristics for aqueous alcoholic solutions by pervaporation and new evapomeation methods through chitosan membranes // Macromol. Chem., Rapid Commun. 1988. V. 9. P. 361–365.
  3. Okuno H., Ikeda N., Nishimoto H., Matsumoto A., Uragami T. Preparation of Copolymer Membranes from Hydrophilic and Hydrophobic Monomers and Permselectivities of Their Membranes for Aqueous Ethanol Solutions by Pervaporation and Evapomeation // SEN-I GAKKAISHI Transaction. 1991. V. 47 (12). P. 650–656.
  4. Uragami T., Matsuda T., Okuno H., Miyata T. Structure of chemically modified chitosan membranes and their characteristics of permeation and separation of aqueous ethanol solutions // J. Membr. Sci. 1994. V. 88. P. 243–251.
  5. Виноградов И.И., Дрожжин Н.А., Кравец Л.И., Россоу А., Вершинина Т.Н., Нечаев А.Н. Формирование гибридных мембран для обессоливания водных растворов методом мембранной дистилляции // Коллоидн. журн. 2024. Т. 86 (5). С. 533–548.
  6. Kujawska A., Kujawski J.K., Bryjak M., Cichosz M., Kujawski W. Removal of volatile organic compounds from aqueous solutions applying thermally driven membrane processes. 2. Air gap membrane distillation // J. Membr. Sci. 2016. V. 499. P. 245–256.
  7. Lee C.H., Hong W.H. Effect of operating variables on the flux and selectivity in sweep gas membrane distillation for dilute aqueous isopropanol // J. Membr. Sci. 2001. V. 188. P. 79–86.
  8. Troshkin A.R., Khanukaeva D.Yu., Aleksandrov P.A., Filippov A.N. Mathematical modeling of stationary thermopervaporation through hydrophobic membrane // J. Mol. Liq. 2025. V. 417. Article 126585.
  9. Derjaguin B.V., Churaev N.V., Martynov G.A. The theory of the reverse osmosis separation of solutions using fine-porous membranes // J. Colloid & Interface Sci. 1980. V. 75 (2). P. 419–434.
  10. Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. Т. 2. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.
  11. Uragami T., Takigawa K. Permeation and separation characteristics of ethanol-water mixtures through chitosan derivative membranes by pervaporation and evapomeation // Polymer. 1990. V. 31 (4). P. 668–672.
  12. Uragami T., Matsuda T., Okuno H., Miyata T. Structure of chemically modified chitosan membranes and their characteristics of permeation and separation of aqueous ethanol solutions // J. Membr. Sci. 1994. V. 88. P. 243–251.
  13. Okuno H., Uragami T. Characteristics of permeation and separation of aqueous alcohol solutions through crosslinked pullulan membranes // Polymer. 1992. V. 33 (7). P. 1459–1463.
  14. Uragami T. Pervaporation and Evapomeation with Si-Containing Polymers // Membrane Materials for Gas and Vapor Separation: Synthesis and Application of Silicon-Containing Polymers. 1st ed. Ed. by Yu. Yampolskii and Eu. Finkelshtein. John Wiley & Sons Ltd., 2017. P. 335–372.
  15. Nawawi M.G.M., Hassan H. Pervaporation separation of isopropanol-water mixtures using crosslinked chitosan membranes // Jurnal Teknologi. 2003. Keluaran Khas. Dis. 39 (A). P. 55–64.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема процесса дистилляции: 0 – область интенсивного перемешивания постоянной концентрации компонентов смеси; 1 – область концентрационной поляризации; 2, 3 – ОО мембрана с порами одинакового радиуса rc; 4 – диффузионный слой в пермеате; 5 – область парообразных продуктов в пермеате (сдувающий поток).

Скачать (497KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схематичное изображение расположения корня z* < z₀ = − ln α̅  уравнения (7/): линия 1 – экспонента y = exp(−z), линия 2 – прямая y = α̅  + β̅ z.

Скачать (114KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схематичное поведение коэффициента концентрирования молекул примеси в пермеате: γ̅ > 1

Скачать (104KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости коэффициента задержания φs от числа Пекле Pe при f = 0.1 (1), 0.5 (2), 2 (3), 0.15 (4); C̅g₀ = 0, γ̅   = 5, η = 10, ∆ = 1, λ = 0.2, s = 5.

Скачать (147KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схематичное поведение коэффициента задержания примеси φₛ от безразмерной концентрации растворителя α̅  = C̅₀/C̅ₛ  в сдувающем потоке газа, φ* – значение коэффициента задержания при отсутствии паров примеси и растворителя (α̅  = 0 ) в сдувающем потоке газа.

Скачать (176KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025