Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Где/. — избыточное давление над раствором; я — осмотическое давление, которое определяется по формуле (9. 13).
Рис. 12.7. Схема осмоса (а), обратного осмоса (б), диализа и ультрафильтрации (в): 1 — дисперсионная среда (чистая жидкость); 2 — коллоидный или истинный раствор; 3 — мембрана (полупроницаемая перегородка); 4 — поток чистой жидкости (растворителя); 5 — поток примесей Из равенства (12.13) следует, что р>п. (12.14) Условие (12.14) определяет избыточное давление, необходимое для осуществления обратного осмоса. Значение этого давления зависит от осмотического давления, которое для некоторых растворов приведено в параграфе 9.4. Обратный осмос можно использовать, например, для опреснения морской воды. Осмотическое давление морской воды, содержащей 3,5% растворенных солей, составляет 25-105 Па, или примерно 25 атм. Для осуществления обратного осмоса в процессе опреснения морской воды внешнее давление Р должно превышать 25 атм. Морская вода помещается в сосуд 2, в котором в дальнейшем концентрируются примеси (см. рис. 12.7, б), задерживаемые мембраной. Чистая вода проходит через мембрану и собирается в полости 1. Возможности мембранных процессов не исчерпываются обратным осмосом. Так, при помощи диализа, схема которого приведена на рис. 12.7, в происходит очистка дисперсной системы (коллоидного раствора) или раствора ВМС от содержащихся в них примесей в виде ионов или молекул. Очистка обеспечивает устойчивость дисперсных систем. Коллоидный раствор или раствор ВМС помещают в правую часть 2 сосуда, отделенную от левой части 1 мембраной 3. Мембрана проницаема для молекул и ионов, но задерживает частицы дисперсной фазы и макромолекулы ВМС. Примеси в результате диффузии из области большей концентрации (правая часть сосуда) самопроизвольно будут переходить в область меньшей концентрации (левая часть сосуда); поток примесей на рис. 12.7, в показан стрелками 5. Если периодически менять внешний раствор 7, то процесс диффузии и очистки можно ускорить. В результате в области 1 будут соби- раться примеси, которые ранее находились в области 2, а коллоидный раствор или раствор ВМС очистится от них. Интенсифицировать очистку коллоидного раствора при помощи диализа можно путем приложения внешнего давления р (см. рис. 12.7, в). В этом случае процесс называют ультрафиль- траицией: Некоторые важные функции почек человека (выделение отработанных продуктов из крови, регулирование кровяного давления, а также водного и электролитного баланса) достаточно полно воспроизводит искусственная почка, которая работает по принципу диализа и ультрафильтрации. В искусственной почке вследствие диализа и ультрафильтрации происходит удаление из плазмы крови ядовитых продуктов (мочевины, мочевой кислоты, токсинов и др.).
Обратный осмос, диализ и ультрафильтрация хотя и применяются для различных целей (см. рис. 12.7), но имеют много общего: используются аналогичная аппаратура и внешнее давление (за исключением диализа). Особенности этих процессов заключаются в механизме и в размере пор. Обратный осмос (см. рис. 12.7, б) в отличие от диализа и ультрафильтрации служит для концентрирования истинных и коллоидных растворов и извлечения растворителя. При обратном осмосе из раствора через полупроницаемую перегородку движется чистый растворитель. По этой причине размер пор мембран должен быть небольшим, менее 1 нм, чтобы через них могли проходить молекулы растворителя и задерживаться молекулы примесей. При диализе и ультрафильтрации (см. рис. 12.7, в) очистки от примесей подвергается коллоидный раствор (высокодисперсные системы типа Т/Ж и Ж/Ж) или раствор ВМС. Через полупроницаемую перегородку движутся примеси, которые находятся в растворенном виде. Размеры частиц дисперсной фазы коллоидных растворов и макромолекул относительно большие. По этой причине поры мембраны должны пропускать примеси и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы ВМС. В связи с этим для осуществления диализа и ультрафильтрации размер пор должен быть в пределах от 1 до 10 нм, т.е. большим, чек в случае обратного осмоса. Таким образом, основной принцип действия мембран заключается в избирательной проницаемости, которая определяется размерами пор мембран, свойствами очищаемых систем и внешним давлением. Эффективность мембранных процессов разделения оценивается следующими показателями:
— селективностью где с и с2 — концентрация компонентов исходной смеси и прошедших мембрану:
Рис. 12.9. Схема мембранного равновесия Доннана: а — начальное положение; б — после установления равновесия: 7 — мембрана, полупроницаемая перегородка
— коэффициентом разделения к где cAl, cBj и Сд2, Съ2 — концентрация компонентов А и В в исходной смеси и прошедших через мембрану; — Проницаемостью, или удельной производительностью Пу=У/Вт, (12.14, в) где V — объем смеси, прошедшей через мембрану за время т.; В — площадь поверхности мембраны. В процессе обычной фильтрации продукт в виде осадка закрепляется на поверхности фильтра, что приводит к необходимости его периодической регенерации. При использовании мембран раствор и примеси проходят через поровое пространство, а возможность создания избыточного давления в случае обратного осмоса и особенно при ультрафильтрации позволяет избежать или, во всяком случае, резко сократить накопление примесей на поверхности мембран и тем самым исключить необходимость их частой очистки. Для интенсификации процесса очистки с помощью мембран применяют электродиализ, схема которого дана на рис. 12.8. Коллоидный раствор или раствор ВМС / помещают между двумя полупроницаемыми перегородками 2, пропускающими ионы дисперсионной среды. В корпус вмонтированы электроды 3. Совместным воздействием электрического поля и внешнего давления обеспечивают более полное удаление примесей из жидкой дисперсионной среды. Кроме очистки растворов, мембраны способствуют равновесию электролитов в присутствии частиц или ионов, размеры которых не позволяют им проникать через поры этих перегородок; возникает так называемое мембранное равновесие. Схема мембранного равновесия показана на рис. 12.9..По обе стороны полупроницаемой перегородки 1 могут находиться два раствора с концентрациями сх и с2 причем с2> cv Перегородка способна пропускать ионы Na+ и СГ и непроницаема для катионов Kz+, размеры которых соответствуют высокодисперсным системам. Концентрация ионов Na+ и СГ в растворе, находящемся справа от перегородки, больше, чем в растворе слева. Поэтому часть ионов Na+ и С\~ (см. рис. 12.9, а) пройдет через мембрану из области большей концентрации в область меньшей концентрации, т.е. справа налево. В условиях равновесия (см. рис. 12.9, б) концентрация ионов Na+ и СГ справа от мембраны уменьшится на х, слева от мембраны концентрация ионов Кх+ останется неизменной, а концентрация ионов СГ возрастет на х, и появятся ионы Na+ с концентрацией х. Изменение концентрации ионов Na+ и СГ, на величину х и можно определить из условий, когда произведение концентраций диффундирующих ионов в обоих растворах одинаково, т.е. (zcl+x)x=(c2-x)2, (12.15) откуда определится величина х: (12.16) Доля электролита NaCl x/c2 составляет (12.17) Для анализа уравнений (12.16) и (12.17) следует рассмотреть два крайних случая. Первый из них, когда концентрация электролита значительно превышает концентрацию коллоидного раствора, т.е. с2» с, и величиной с, можно пренебречь. В этих условиях из уравнения (12.17) следует х/с2 =1/2 (12.18)
|
||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 154; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.238.143.70 (0.025 с.) |