Допомога по Теле2, тарифи, питання

Дослідження процесів поділу з використанням молекулярних сит дозволило виділити мембранний метод як найбільш перспективний для тонкого очищення. Цей метод характеризується високою чіткістю поділу сумішей речовин. Напівпроникна мембрана - перегородка, що має властивість пропускати переважно певні компоненти рідких або газоподібних сумішей. Широко мембранний метод використовують для обробки води та водних розчинів, очищення стічних вод, очищення та концентрації розчинів.

При ультрафільтрації відбуваються поділ, фракціонування та концентрування розчинів. Один із розчинів збагачується розчиненою речовиною, а інший збіднюється. Мембрани пропускають розчинник та певні фракції молекулярних сполук. Рухаюча сила ультрафільтрації - різниця тиску з обох боків мембрани. Ця сила витрачається на подолання сил тертя та взаємодії між молекулами рідкої фази та полімерними молекулами мембрани. Зазвичай процес ультрафільтрації проводять за порівняно низьких робочих тисках 0,3 - 1 МПа. Збільшення тиску вище зазначеного призводить до ущільнення мембрани, зменшення діаметра пор, зміни селективності поділу і, як правило, зниження продуктивності.

Ультрафільтрації зазвичай піддаються речовини, в яких молекулярна маса розчинених компонентів набагато більша за молекулярну масу розчинника. Ефективність поділу залежить від структури мембран, швидкості течії і концентрації розчину, форми, розміру і дифузійної здатності розчинених молекул.

Нестача процесу - сильна концентраційна поляризація, тобто. на поверхні мембрани може утворюватися щільний осад – шар гелю. Гідравлічний опір цього шару у ряді випадків може бути вищим, ніж опір самої мембрани. Способи зниження концентраційної поляризації різні: збільшення швидкості омивання поверхні мембрани потоком рідини, що розділяється, робота в пульсуючому режимі подачі розчину, турбулізація потоку. Точка гелеутворення залежить від його хімічних та фізичних властивостей.

Ультрафільтрація - нова технологія. Результат поділу - два розчини, один з яких є збагаченим, а інший - збідненим розчиненим речовиною, що міститься у вихідному, що підлягає поділу речовині. Велике значення має використання цього процесу при поділі речовин, чутливих до температурного режиму, так як при ультрафільтрації розчини не нагріваються і не піддаються хімічному впливу. Звідси дуже низькі енергетичні витрати приблизно в 20 - 60 разів нижче, ніж при дистиляції.

Зі всіх видів мембранного поділу ультрафільтрація знайшла найбільш різноманітне застосування. Важливе промислове застосування ультрафільтрації - поділ емульсії олії та води.

Ультрафільтраційні системи за рахунок поверхонь фільтрації та міцної структури матеріалу мембран забезпечують поділ розчинів без втрат та відокремлення чистого фільтрату від суспензій. Тому ультрафільтрацію часто використовують для уловлювання волокон та частинок з фільтрату після використання волокнистих та зернистих фільтрів іонообмінних та сорбційних систем. Область використання ультрафільтрації постійно розширюється. Причина - можливість відновлення зі стічних вод цінних компонентів, які іншим способом відновити дуже важко чи взагалі неможливо.

Стійкість матеріалу, з якого виготовлені мембрани, визначає їх довговічність та працездатність.

Мембрани на основі похідних целюлози нестійкі до дії кислот та лугів. Ацетатні мембрани найбільш стійкі у сфері pH=4,5-5; при pH=6 термін служби цих мембран скорочується майже вдвічі, а за pH=10 становить лише кілька днів. Ацетатні мембрани нестійкі до дії органічних розчинників та активних речовин, оскільки вони утворюють сольвати з ацетатами целюлози, викликаючи їхнє набухання.

Діаліз - звільнення колоїдних розчинів та розчинів високомолекулярних речовин від розчинених у них низькомолекулярних сполук за допомогою напівпроникної мембрани. При діалізі молекули розчиненої низькомолекулярної речовини проходять через мембрану, а нездатні діалізувати (проходити через мембрану) колоїдні частки залишаються за нею. Найпростіший діалізатор являє собою мішечок з колодію (напівпроникного матеріалу), в якому знаходиться рідина, що діалізується. Мішечок занурюють у розчинник (наприклад у воду). Поступово концентрації діалізуючої речовини в рідині, що диалізується, і в розчиннику стають рівними. Змінюючи розчинник, можна досягти практично повного очищення від небажаних домішок. Швидкість діалізу зазвичай дуже низька (тижня). Прискорюють процес діалізу збільшуючи площу мембрани та температуру, безперервно змінюючи розчинник. Процес діалізу заснований на процесах осмосу та дифузії, що пояснює способи його прискорення.

Діаліз застосовують для очищення колоїдних розчинів від домішок електролітів та низькомолекулярних неелектролітів. Діаліз застосовують у промисловості для очищення різних речовин, наприклад, у виробництві штучних волокон, при виготовленні лікарських речовин.

Матеріал, що пройшов через мембрану, називається діалізатом.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) – поділ розчинів низькомол. з'єднань завдяки різноманітній рухливості компонентів у порах мембран. У разі мимовільного переходу розчинника через мембрану розчин тиск, при якому настає рівновага, називається осмотичним. Якщо з боку розчину прикласти тиск, що перевищує осмотичний, розчинник переноситься у зворотному напрямку (звідси назва процесу). Оскільки мембрани зазвичай не мають ідеальної проникності, спостерігається деяке проникнення через них розчиненої речовини. Тому рушійна сила зворотного осмосу (а також ультра- та мікрофільтрації) Dр = р - (p1 - p2) = р - Dp, де р - тиск над вихідним розчином, p1 та p2-осмотич. тиску розчину та пермеату. Робочий тиск процесу 1-10 МПа. Розміри молекул або іонів розчиненої речовини, а також розчинника та розміри мембранних пір мають однаковий порядок (1 - 5).10-3 мкм.

Селективність та проникність мембран для зворотного осмосу визначаються робочими температурою та тиском і, крім того, рН, концентрацією та природою вихідної суміші. При високій т-рі відбувається поступове ущільнення (усадка) мембран, що знижує їхній ресурс. З підвищенням тиску проникність перегородок проходить через максимум, а селективність зазвичай зростає. Під дією робочого тиску мембрани також ущільнюються, що сприяє зменшенню G (G – проникність), але практично не викликає зміни j (селективність). Швидкість ущільнення дещо знижується, якщо процес здійснюють при невеликих т-рі та тиску або при використанні композитних мембран. Найкращі умовироботи полімерних перегородок досягаються у разі поділу сумішей у нейтральному середовищі при кімнатній т-рі.

Процес зворотного осмосу широко використовується для опріснення морської водита очищення питної води для різних цілей з початку 1970-х років.

Мембранні технології (мембранологія, мембраника) - це авангардний напрямок розвитку науки та сучасних технологій. Мембранні методи поділу газових та рідких середовищ вже зайняли міцне місце серед промислових технологічних процесів, хоча повне становлення та віддача мембранної науки та техніки очікуються пізніше.

Сутність процесу мембранного поділу полягає у наступному. Розділяється в апараті вихідна (газова або рідка, бінарна або багатокомпонентна) суміш речовин стикається з напівпроникною мембранною з одного її боку, і внаслідок особливих властивостей мембрани, що пройшов через неї, фільтрат (пермеат - Permeate) збагачується одним з компонентів вихідної суміші. Поділ може бути настільки повним, що у фільтраті практично не містяться домішки тих компонентів вихідної суміші, які затримуються мембраною та відводяться з апарату з іншого боку мембрани у вигляді потоку концентрату (ретентата – Retentate). Мембранний поділ характеризується насамперед наступними головними параметрами всіх мембран: проникністю, селективністю та стабільністю у часі. Проникність - це питома продуктивність мембрани, яка дорівнює кількості фільтрату (кг/год), через одиницю поверхні мембрани (м2), або це швидкість процесу мембранного поділу (кг/(м2-год)). Селективність мембрани (фактор поділу) характеризує ефективність (повноту) процесу мембранного поділу стосовно цільового (ключового) компонента. Серед існуючих гіпотез для опису масопереносу в мембранах використовуються дифузійна, капілярна, сорбційна теорія та ін.

Мембраною називають плівку, плоске тіло, довжина якого за двома координатами значно перевищує довжину третьої координати. Мембрана виконує роль деякої перегородки, що забезпечує під дією рушійної сили перебіг фізичного процесу селективного (виборчого) поділу сумішей речовин. В даний час існує безліч штучно приготовлюваних мембран, які можуть бути представлені різноманітними структурами - від грубих типу сита до тонких полімерних плівок і волокон. Вони виготовляються з різних як пористих, так і непористих органічних (полімерні плівки, трубки, капіляри, порожнисті волокна, плоскі тонкі листи) та неорганічних (цеолітні, вуглецеві, скляні, керамічні, металеві) матеріалів. Це з тим, що універсальних мембран немає.

Для виготовлення напівпроникних мембран застосовують різні матеріали: полімерні плівки (поліетиленові, поліпропіленові, полікар-бонатні, фторопластові та ін.); металеву фольгу (зі сплавів платини, паладію, срібла, молібдену та ін.); пористі скла (натрійборосилі-катні) та ін. Пористі полімерні мембрани отримують зазвичай шляхом видалення розчинників або вимиванням попередньо введених добавок з розчинів полімерів при їх формуванні. Отримані таким способом мембрани мають тонкий (0,25-0,50 мкм) поверхневий шар мікропористої підкладці товщиною 100-200 мкм. Процес мембранного поділу здійснюється у поверхневому активному шарі, а підкладка забезпечує механічну міцність такої композитної мембрани.

Металеві пористі мембрани виготовляють вилуговуванням або сублімацією одного з компонентів сплаву фольги. При цьому отримують висопористі мембрани з порами одного діаметра в межах 0,1-5,0 мкм. Інший спосіб отримання пористих металевих мембран - спікання металевого дрібнодисперсного порошку при високій температурі. Пористі полімерні та металеві мембрани застосовують для проведення процесів зворотного осмосу та ультрафільтрації. Мембрани збираються у мембранні модулі (системи); вони можуть бути напівпроникними для газів та рідин або непроникними.

Нині синтетичні полімерні мембрани є основою технологічних процесів, які використовують принципи мембранного поділу. Перенесення речовини (масоперенесення) через мембрани часто (але не завжди) відбувається під дією рушійної сили процесу - різниці тисків з обох боків мембрани - це так звані баромембранні процеси поділу (Baromembrane Separation Processes): мікрофільтрація, ультрафільтрація, нанофільтрація та зворотний осмос. Якщо рушійною силою є різниця концентрацій речовини (компонента) на межах до та після мембрани, то мембранний метод називається діалізом. Мембранний метод, який використовує як рушійну силу процесу різницю електричних потенціалів по обидва боки мембрани, називається електродіалізом. Діаліз широко застосовується в наші дні в медицині для введення в організм лікарських речовин, що поміщаються в капсулу із селективної мембрани. При цьому дифузійний перехід ліків із капсули в організм стає тривалим і, головне, з постійною концентрацією активного компонента. Широко поширений сьогодні і гемодіаліз - використання в медицині мембран як штучна нирка, коли через мембрану токсини виводяться з організму. Діаліз застосовується також у промисловості для видалення кислот та основ зі стічних вод. Мембранні процеси діалізу дозволяють очищати стічні та виробничі розчини (потоки, суміші) від ртуті, свинцю, цинку, міді, срібла, нікелю, кадмію, хрому. Світовими лідерами з виробництва мембран та мембранних елементів є фірми "Dow Chemical", "Filmtec", "Hydranautics", "Osmonics" (США).

Фільтрування (Filtration) – гідромеханічний процес відділення твердих частинок із газів та рідин. Звичайне фільтрування дозволяє відокремити від газу або рідини завислі частинки розміром більше 10 мкм (0,01 мм). Для здійснення цього процесу використовують перепад тиску до і після фільтра до 0,2 МПа, при цьому тиск процесу лімітується міцністю фільтра - пористого матеріалу (тканини, волокна, металеві плетені сітки з тонкого дроту і т.п.). Фільтрування застосовується у технологіях практично всіх галузей промисловості.

При мікрофільтрації (Microfiltration) мембранні фільтри рідких розчинів мають менші розміри часу, ніж при звичайному фільтруванні, і тому потрібна велика різниця тиску (до 0,5 МПа). В цьому випадку вдається відокремити з розчину частинки розміром від 0,1 до 10 мкм при розмірі пор 0,05-10 мкм. Як фільтрувальний матеріал ефективно застосовують мембрани на основі синтетичних полікарбонатних плівок, що володіють рівністю радіусів пор (ізопористість). Мікрофільтрація успішно застосовується для отримання стерильної води (у цьому випадку дисперсні частинки затримуються мембраною), для освітлення та стабілізації вин, заміни пастеризації та ін.

Ультрафільтрація (Ultrafiltration) дозволяє відокремити частинки розміром від 0,001 до 0,02 мкм (1-20 нм) з розміром пор 1-100 нм при надмірному тиску 0,3-1,0 МПа. Вона може відокремлювати колоїдні розчини та розчини високомолекулярних сполук (для яких мембрани непроникні) від електролітів тощо. Ультрафільтрація застосовується також для концентрування молока до вершків, фруктових соків, кави та іншого екстракту та ін. Ультрафільтраційні модулі здатні відокремити від розчинів не лише бактерії, а й віруси. Воду, пропущену через мембранні ультрафільтри, можна пити навіть тоді, коли вихідна вода була заражена біологічно. Композитна ультрафільтраційна мембрана може мати шар, що розділяє, товщиною 0,05-3,00 мкм і один-два шари підтримуючих підкладок товщиною по 100-110 мкм.

При нанофільтрації (Nanofiltration) мембрани можуть затримувати частинки розміром близько 1 нм при досить високих тисках - 0,8-3,0 МПа. Нанофільтрація застосовується для очищення водних розчинів від органічних речовин та мінеральних домішок.

Виборча (селективна) дифузія, наприклад води через мембрани називається осмосом. Присутні у воді частки уловлюються мембраною, а вода, очищаючись, проникає через мембранну поверхню. Через осмос проникнення води через спеціально підібрану мембрану відбувається навіть тоді, коли тиск з обох боків мембрани однаковий. Рушійна сила, під дією якої вода проходить через мембрану, називається осмотичним тиском, який залежить від природи розчиненої речовини та її концентрації. Явище осмосу є основою обміну речовин всіх живих організмів; завдяки йому в кожну живу кліткупідводяться поживні речовини і, навпаки, виводяться з неї шлаки.

Процес зворотного осмосу (Reverse Osmosis) полягає у фільтрації рідких розчинів через селективно проникні мембрани під тиском, що перевищує осмотичний, при цьому через мембрани проходить переважно вода, а розчинені речовини залишаються в розчині. Рушійною силою такого процесу є різниця прикладеного та осмотичного тиску. Мембранні методи зворотного осмосу дозволяють відокремити рідкого розчину частинки розміром від 0,0001 до 0,001 мкм (0,1-1,0 нм) при надмірному тиску 3-10 МПа. Цей процес вимагає створення з боку розчину або забрудненої (солоної) води надлишкового тиску: зазвичай 0,2-1,7 МПа для питної та солонуватої води та 4-7 МПа для морської та океанської води з власним осмотичним тиском близько 2,4 МПа, яке потрібно подолати. При зворотному осмосі відбувається поділ лише на рівні молекул та іонів.

Перші промислові системи зворотного осмосу з'явилися на початку 1970-х років XX ст., і в даний час зворотний осмос став одним з економічних, універсальних і надійних методів очищення води, що дозволяє знизити концентрацію колоїдних і розчинених компонентів на 96-99% і практично на 100% позбутися мікроорганізмів та вірусів. Як зворотноосмотичні композитні тонкошарові мембрани застосовують синтетичні поліамідні, полісульфонові, поліії-мідні мембрани. З мембран для компактності роблять рулонні мембранні модулі, мембрани формують також із порожніх волокон, що суттєво збільшує продуктивність мембранних установок.

Мембранний поділ газів успішно застосовується, наприклад, при поділі компонентів повітря. Фракції, збагачені киснем до 60%, знайшли застосування в кисневому дутті в сталеливарній промисловості, в медицині, для оксигенації (тимчасове відключення серця та легенів при складних хірургічних операціях), а фракції, збагачені азотом, - у синтезі аміаку. Мембранні методи поділу газових сумішей використовуються при синтезі аміаку, поділ ізотопів водню, виділення гелію з природного та нафтових газів. Впроваджується мембранний метод виділення діоксиду сірки (сірчистого газу) S02 із викидів теплових електростанцій, очищення газів від діоксиду вуглецю С02 та сірководню H2S. Мембрани для поділу газів виготовляють із полімерних органічних та неорганічних матеріалів. Ізотопи урану вперше були розділені за допомогою мембрани із заліза, водень вибірково пропускає паладієва мембрана, гелій – плавлений кварц. Для поділу газів застосовують мембрани із силіконів, тетрафторетилену, поліефіримідів, ацетилцелюлози, кераміки, скла.

Метод первапорації (Pervaporatiori) ґрунтується на випаровуванні рідини через мембрану. Першапорація протікає як незворотний процес при спільній дії кількох рушійних сил, що викликають масоперенос: різниці тисків, концентрацій та температур по обидва боки мембрани. Багатоступінчаста первапорація у вигляді багатьох мембранних щаблів в одному вертикальному апараті іноді називається мембранною дистиляцією (Membrane Distillation). Першапорація знайшла застосування для концентрування молока, кавового екстракту; для поділу вуглеводнів у процесах нафтопереробки (сумішей ізомерів ксилолу, бензол-циклогексанових сумішей); для виділення фракцій із різними октановими числами; для дегідратації етанолу та ін. У майбутньому первапорація може частково замінити ректифікацію, проте в даний час вона її доповнює в тих випадках, коли утворюються азеотропні суміші (наприклад, суміші етанол-вода), що киплять при одній температурі, не можуть бути розділені ректифікацією спіральних рулонів , між якими розмішають дренажні шари-прокладки, що «намотуються» на перфоровану центральну дренажну трубу. Всі елементи шарів мембрани герметизуються для створення певного напрямку руху вихідного рідкого розчину через поверхню мембрани, для збирання та відведення фільтрату та концентрату. Міцний корпус апарату дозволяє створювати підвищений тиск процесу.

Апарати з половолоконним модулем (Hollow Fibers) для процесів зворотного осмосу та ультрафільтрації більш досконалі у частині вищої щільності укладання напівпроникних мембран до (20 000-30 000 м2/м3). Це досягається застосуванням мембранних порожнистих трубок-волокон довжиною 1,5-2,0 м, діаметром 45-200 мкм (0,045-0,200 мм) та товщиною стінки трубки 10-50 мкм (0,01-0,05 мм). Порожні трубки-волокна здатні витримувати робочий тиск, що дорівнює десяткам мегапаскалів. Є різні конструкційні рішення складання та герметичного кріплення (зазвичай епоксидною смолою) кінців трубок-волокон у круглій плоскій перегородці, яка затискається між фланцями корпусу та кришки апарату. Така конструкція дозволяє з'єднати в U-подібний пучок кінці порожніх трубок-волокон та закріпити їх в одній трубній решітці. Вихідна суміш може проходити всередині трубок, так і омивати їх зовнішню поверхню. В інших конструкціях кінці порожніх трубок кріпляться у різних трубних решітках, що розміщуються в циліндричному корпусі апарату.

Для мембранного поділу промислових газів, таких, наприклад, як «швидкі» гази, тобто швидко проникні мембрани: пари води Н20, гелій Не, водень Н2 аміак NH3, діоксид вуглецю С02, кисень 02, та «повільні» гази, або повільно проникні мембрани: оксид вуглецю СО, азот N2, метан СН4, етан С2Н6, пропан С3Н8 застосовують синтетичні полімерні половолоконні мембрани, що складаються з пористих мембранних трубок-волокон, з нанесеним на їх зовнішню поверхню газорозділювальним шаром товщиною не більше 0, 0,0001 мм. Застосування пористих підкладок дозволяє підвищувати тиск процесу до 6,5 МПа. Мембранний модуль виконується у вигляді змінного газорозділювального картриджа з щільністю укладання мембрани 500-700 м2/м3, що монтується в циліндричному корпусі, який надходить газова суміш і з нього виводяться два потоки розділених компонентів. Такі процеси мембранного поділу дозволяють отримувати з повітря кисень чистотою до 50 % тиском 0,003-0,1 МПа та азот чистотою до 99,9 % тиском 0,5-4,0 МПа, з водневмісних газів, наприклад, на НПЗ отримувати водень чистотою 90 -99% тиском до 5 МПа. Для отримання кисню, азоту та водню вищої чистоти застосовують адсорбційні та кріогенні технології.

Як приклад наведемо коротку інформаціюпро застосовувані з 80-х років XX ст. деяких мембранних процесах "Separex" фірми "UOP", США. Процеси «Separex» можуть використовуватися для очищення водню, гелію, а також природного та попутного газів від діоксиду вуглецю С02, сіро-водню H2S, пари води та важких вуглеводнів відповідно до вимог трубопровідного транспорту. Мембранні системи «Separex» прості, працюють без застосування рідких поглиначів та з мінімальним використанням машинного обладнання. Тому вони успішно застосовують як для наземних установок, так і на морських платформах. Ці системи можуть мати один або два ступені очищення. Вихідну газову суміш із вмістом С02 в межах 3-75 % при надмірному тиску 3-11 МПа пропускають над полімерною мембраною, при цьому вихідна суміш газів поділяється на два потоки. Діоксид вуглецю, сірководень та пари води легко продавлюються через мембрану та збираються у просторі низького тиску мембранного апарату (цей потік називається пермеатом). Метан, етан, інші вуглеводні та азот накопичуються в залишковому газі вищого тиску, який таким чином збагачується цими компонентами. У двоступінчастій системі пермеат низького тиску компрімується для подальшого мембранного поділу в другому ступені з метою вилучення з нього вуглеводнів. Коефіцієнт вилучення вуглеводнів може досягати 95% для одноступінчастої системи та 99% для двоступінчастої (залежно від складу вихідного газу та вимог до очищення). Продуктивність установок – від 28 тис. до 28 млн м3/добу. При облагородженні природного газу перед його трубопровідним транспортом витрати на його мембранне очищення нижче або порівняні з витратами на встановлення амінового очищення газу.

Процес "Polysep" фірми "UOP" призначений для вилучення та очищення водню з газових потоків процесів нафтопереробки, нафтохімії та хімії. Інший областю його застосування є приведення у відповідність складу синтез-газу та виділення оксиду вуглецю СО. Вихідною газовою сировиною можуть бути потоки газів НПЗ, включаючи газ, що відходить каталітичного риформінгу, каталітичного крекінгу, продувний газ гідроочищення і гідрокрекінгу, а також потоки газів з нафтохімічних і хімічних процесів: відпрацьований газ етиленових і метанольних установок, продувний газ аміа парової конверсії, неповного окиснення чи інших процесів газифікації. Досягається очищення водню з коефіцієнтом його вилучення від 70 до 95% за ступенем чистоти 70-99% (за кількістю) залежно від складу сировини, тиску та вимог до продукту. Мембранні системи «Polysep» проектуються також для одержання оксиду вуглецю СО високої чистоти для синтезу поліуретанів та полікарбонатів, для коригування співвідношення СО/Н2 у синтез-газі виробництва метанолу та оксиспиртів. Нова сфера застосування процесу «Polysep» - вилучення водню з газу в циклах спільного виробництва газу та електроенергії (1GCC).

Система "Polysep" заснована на сучасних композитних полімерних мембранах у вигляді порожнистих волокон. Ці волокна збирають в особливі пучки, що працюють в режимі протитечії, що дозволяє мати максимальну рушійну силу процесу поділу і звести до мінімуму необхідну робочу деталь і вузлів, матеріалів, хімічних реагентів та ін; великі енергетичні витрати; екологічна небезпека у процесі експлуатації установок; необхідність у будівництві додаткових установок для попередньої дорогої водопідготовки; Великі експлуатаційні витрати. Серйозною проблемою для великих опріснювальних комплексів є необхідність створення потужних теплових котелень ТЕЦ і навіть застосування атомних реакторів, оскільки вартість тепла становить близько 40-50 % від вартості всіх витрат опріснювального комплексу. Великі кошти витрачаються на вирішення екологічних завдань та технічне обслуговування таких комплексів.

Досвід експлуатації мембранних опріснювальних установок у всьому світі свідчить, що тенденції щодо зниження їх експлуатаційних витрат не спостерігається, оскільки залишаються найважчі проблеми з подолання наслідків забруднення та накипівтворення як фільтрувального, так і мембранного обладнання. Тому рівень попереднього очищення сировинної морської води стає одним із домінуючих аспектів мембранних методів опріснення води, а вартість попередньої підготовки води іноді істотно вища за вартість самих мембранних установок. Наприклад, перед подачею в мембранні модулі морську воду необхідно ретельно очистити від суспензії, колоїдних забруднень, солей жорсткості, металів, активного хлору, бору, її потрібно пом'якшити інгібіторами; необхідно провести знезараження, відмивання та санітарну обробку мембран, термін служби яких зменшується до 0,5-1,0 року. Повна регенерація мембран зазвичай неможлива", часто застосовується механічна та хімічна (кислотна, лужна та ін.) промивання мембран при зниженні продуктивності установки на 10-15% або при збільшенні перепаду тиску на мембранному контурі на 0,20-0,25 МПа. В даний час капітальні та експлуатаційні витрати мембранних установок залишаються високими, особливо при великій продуктивності технологічних установок.

Токар А.Ю.

Петербурзький державний технологічний інститут (технічний університет)

МЕМБРАНІ ПРОЦЕСИ РОЗДІЛУ

Анотація

У статті розглянуто сутність мембранних процесів поділу через знайомство з основними публікаціями в періодичних наукових фахових виданнях, ознайомлення з навчально-методичною літературою з даної тематики.

Ключові слова:мембранні процеси, поділ рідких та газових сумішей, мембрани.

Tokar AJ.

St. Petersburg State Technological Institute (technical university)

MEMBRANE SEPARATION PROCESS

Abstract

Матеріали дискусії є принципи меблевої separation process через familiarity with basic publications in scientific periodicals, familiarization with instructional literature on the subject.

Keywords:мембрани процесів, відокремлення liquid і gas mixtures, membrane.

Процеси поділу рідких та газоподібних систем відіграють важливу роль у багатьох галузях народного господарства. Так, для здійснення процесів поділу рідких сумішей, наприклад, застосовують такі методи як перегонка, ректифікація, екстракція, адсорбція та ін. Однак найбільш універсальним методом поділу є поділ з використанням напівпроникних мембран (мембранні методи).

Значення мембранної технології в останні роки різко зросло, насамперед, як технології, здатної навести міст через прірву, що розділяє промисловість та екологію.

Глобальний характер впливу та впливу мембранної технології на реалізацію інших російських та світових науково-технологічних пріоритетів останнім часом отримали своє подальше підтвердження. Критична технологія федерального рівня «Мембрани» увійшла до 17 пріоритетних для російської наукинапрямів, у яких російські вчені випереджають світовий рівень, причому без використання мембранних процесів неможливо забезпечити підтримку необхідного науково-технічного рівня 12 пріоритетів. До цього необхідно додати серйозні можливості мембранних процесів у вирішенні найважливішого завдання сучасного етапу розвитку нашого суспільства – технологічного поновлення вітчизняної промисловості.

Життєва необхідність широкомасштабного впровадження мембранних процесів визначається багатьма факторами і, насамперед, їх прямим впливом на забезпечення національно-економічних проблем та перспектив їх практичного використання.

За останні десятиліття мембранні методи поділу інтенсивно розвиваються і реалізуються в різних сферах діяльності людини. Особливо ці методи використовуються для опріснення солоних вод. Так, у 1980 р. більше половини всієї опрісненої води на землі отримували мембранними методами, причому продуктивність деяких мембранних установок досягла кількох десятків тисяч м 3 опрісненої води на добу.

У хімічній та нафтохімічній промисловості мембранні методи застосовують для поділу сумішей високомолекулярних та низькомолекулярних сполук, азеотропних сумішей, для виділення гелію та водню з природних газів, кисню з повітря тощо. .

У харчовій промисловості – для одержання високоякісного цукру, пастеризації пива, стабілізації виноградних вин, переробки та консервування молока з метою одержання основних молочних продуктів; консервування фруктових та овочевих соків тощо. .

У біотехнології та медичній промисловості – для виділення та очищення біологічно активних речовин, вакцин, ферментів тощо; у харчовій промисловості – для концентрування фруктових та овочевих соків, молока, отримання високоякісного цукру тощо.

Найбільш широке застосування мембранні процеси знаходять при обробці води та водних розчинів, очищенні стічних вод.

Дуже перспективне застосування напівпроникних мембран для проведення екологічного моніторингу, здійснення контролю та прогнозу за станом довкілля, при освоєнні космосу та вод світового океану

Ведуться роботи зі створення синтетичних мембран, що сприяють відтворенню деяких фотохімічних реакцій. Що відбуваються у зелених рослинах. При цьому головне завдання полягає не так в отриманні вуглеводів, протеїнів, жирів, нуклеїнових кислот, що виробляються за участю природних мембран, як в отриманні водню та інших «енергетичних» речовин. Ці мембрани здатні за допомогою енергії сонячного світла розщеплювати воду і виробляти водень, який можна накопичувати і використовувати як паливо.

Подальша широка реалізація мембранних процесів пов'язана з необхідністю розробки аналітичних та графоаналітичних методів розрахунку апаратури для їх здійснення, розробки нормалей, номограм, стандартів, довідкових та систем для вирішення конкретних технологічних завдань, а також створення методів оптимізації мембранної апаратури із застосуванням електронно-вимірювальної техніки.

Звичайно, короткий перелік основних напрямів використання мембранних методів не вичерпує всіх можливих областей їх застосування.

Розрахунки та накопичений великий фактичний матеріал показують, що застосування напівпроникних мембран може дати значний економічний ефект у традиційних виробництвах, що відкриваються, відкриває широкі можливості для створення принципово нових, простих, малоенергоємних та екологічно чистих технологічних схем (особливо при поєднанні з такими широко поширеними методами поділу, як ректифікація, адсорбція, екстракція та ін.).

Однак ще не вирішено всіх проблем дослідження мембран та мембранних процесів. Актуальним завданням і зараз залишається розробка теорії спрямованого отримання мембран із заздалегідь заданими властивостями та технологічний розрахунок мембранних процесів та апаратів.

Метоюцієї роботи стало всебічне вивчення сутності мембранних процесів поділу через знайомство з основними публікаціями в періодичних наукових виданнях, ознайомлення з навчально-методичною літературою з цієї тематики.

Мембранна технологія – це один із нових напрямків розвитку хімічних технологічних процесів, метою яких є поділ рідких та газових сумішей за допомогою напівпроникних мембран.

Процеси мембранного поділу сумішей здійснюються за допомогою напівпроникних мембран. Рушійною силою мембранного процесу може бути: градієнт хімічного (для незаряджених частинок потоку) або електрохімічного (для заряджених частинок потоку) потенціалу, а також градієнт фактора, що визначає швидкість цього процесу (тиск, температура тощо). Процеси мембранного поділу характеризуються параметрами: проникністю та селективністю. Основні мембранні методи розподілу: зворотний осмос, ультрафільтрація, першопарація, діаліз, електродіаліз, дифузійний поділ газів.

Механізм перенесення атомів, молекул або іонів різних речовин через напівпроникні мембрани можна пояснити наступними теоріями .

Теорія просіюванняпередбачає, що напівпроникної мембрані існують пори, розміри яких достатні у тому, щоб пропускати розчинник, але занадто малі у тому, щоб пропускати молекули чи іони розчинених речовин.

Теорія молекулярної дифузіїзаснована на неоднаковій розчинності і на відмінності коефіцієнтів дифузії компонентів, що розділяються, в полімерних мембранах.

Теорія капілярно-фільтраційної проникностізаснована на відмінності фізико-хімічних властивостей граничного шару рідини на поверхні мембрани та розчину в обсязі.

Основними факторами, що істотно впливають на швидкість і селективність мембранних процесів поділу, є: концентраційна поляризація, робочий тиск і температура, гідродинамічні умови всередині мембранного апарату, природа та концентрація суміші, що розділяється.

Мембрани повинні задовольняти наступним основним вимогам, а саме, мати: високу роздільну здатність (селективність); високою питомою продуктивністю (проникністю); хімічною стійкістю до дії середовища системи, що розділяється; механічною міцністю, достатньою для їх збереження при монтажі, транспортуванні та зберіганні. Крім того, властивості мембрани в процесі експлуатації не повинні суттєво змінюватися. Для виготовлення мембран застосовують різні полімери. ацетати целюлози, поліаміди, полісульфонта ін.), кераміку, скло, металеву фольгута ін. Залежно від механічної міцності використовуваних матеріалів мембрани поділяють на: рідкі, ущільнюючі(полімерні), з жорсткою структурою, пористі, непористі(Дифузійні).

При вивченні та аналізі будь-якого мембранного процесу необхідно враховувати три основні фактори та їх взаємозв'язок: 1) структуру мембрани за товщиною(пориста, непориста, ізотропна); 2) фізико-хімічні властивості системи, що розділяється(Для розчинів дуже важливо враховувати їх основні термодинамічні властивості); 3) взаємодія суміші, що розділяється, з матеріалом мембрани. Якщо хоча б один із перерахованих факторів не буде враховано, можна припуститися принципової помилки при розробці моделі механізму того чи іншого мембранного процесу.

Залежно від виду основної рушійної сили процесу розрізняють такі типимембранних процесів: баромембранні процеси, дифузійно-мембранні процеси, електромембранні процеси, термомембранні процеси.

Баромембранні процесиобумовлені градієнтом тиску за товщиною мембран, в основному полімерних, і використовуються для поділу розчинів та колоїдних систем при 5-30 °С. До баромембранних відносять такі процеси: зворотний осмос, ультрафільтрація, мікрофільтрація.

Дифузійно-мембранніпроцеси обумовлені градієнтом концентрації або тиску по товщині пористих або непористих мембран на основі полімерів або матеріалів з жорсткою структурою. Їх використовують для поділу газових та рідких сумішей.

Електромембранні процесиобумовлені градієнтом електричного потенціалу товщиною мембран. Серед електромембранних методів найбільше практичне застосування знайшов електродіаліз - поділ розчинів під дією електрорушійної сили, створюваної в розчині по обидва боки перегородки-мембрани, що розділяє його.

Термомембранні процеси– градієнтом температур по товщині пористої мембрани на основі полімерів або матеріалів із жорсткою структурою. В даний час найбільш повно розроблений процес мембранної дистиляції . Мембранну дистиляцію доцільно використовувати для вирішення наступних основних завдань: концентрування та знесолення водних розчинів електролітів; опріснення морської води; отримання води для підживлення парових казанів тощо; отримання особливо чистої води та апірогенної води для медичних цілей. Процес мембранної дистиляції проводять практично при атмосферному тиску, тому апарати цього процесу можуть виготовлятися з дешевих полімерних матеріалів. Мембрани в апаратах для мембранної дистиляції тривалий час працюють без їх помітного забруднення.

Для успішного вирішення конкретних технологічних завдань, пов'язаних із застосуванням мембранних процесів, необхідно проведення розрахунку мембранних установок та апаратури. Повний розрахунок включає проведення технологічного, гідравлічного та механічного звітів із застосуванням сучасного електронного програмного забезпечення.

Сучасні апарати для мембранних процесів поділяють на чотири основні типи, що розрізняються способом укладання мембран: - апарати з плоскими мембранними елементами; із трубчастими мембранними елементами; із мембранними елементами рулонного типу; з мембранами як порожнистих волокон. Але необхідно враховувати, що для кожного конкретного процесу поділу слід підбирати апарат такої конструкції, яка б забезпечувала найбільше вигідні умовипроведення процесу.

Література

1. Калекін, В.С. Гідравліка та теплотехніка: навч. посібник [Текст]/В.С. Калекін, С.М. Михайлець. Київ: ОмГТУ, 2007. 320 с.
2. Абдуллін, І.Ш. Композиційні мембрани [Текст]/І.Ш. Абдулін, Р.Г. Ібрагімов, В.В. Парошін, О.В. Зайцева// Вісник Казанського технологічного університету. 2012. Т. 15. №15. С. 67-75.
3. Степанов, С.В. Дослідження з біомембранного очищення та знесолення стічних вод Сизранського НПЗ [Текст]/С.В.Степанов, Ю.Є.Сташок, Н.В. Ноєв // Вісник ВДАСУ. Містобудування та архітектура. 2012. №1. С. 55-58.
4. Хванг, С.-Т. Мембранні процеси розподілу: пров. з англ. [Текст]/С.-Т. Хванг, К. Каммермейєр / За ред. Проф. Ю.І. Дитнерського. М: Хімія, 1981. 464 с.
5. Колзунова, Л.Г. Мембранні методи поділу речовин та нові мембрани для цих процесів [Текст]/Л.Г.Колзунова, В.П.Гребень, М.А.Карпенко, І.Г. Родзик // Вісник Далекосхідного відділення Російської академії наук. 2009. № 2. С. 13-17.
6. Лазарєв, С.І. Вплив тиску на формування динамічних мембран при ультрафільтрації водних розчинів дріжджових та спиртових виробництв [Текст]/С.І.Лазарєв, В.Л. Головашин// Вісник Тамбовського університету. Серія: Природні та технічні науки. 2011. Т. 16. №1. С. 227-229.
7. Остроухів, Д.В. Ультрафільтрація - революція у виробництві м'яких сирів [Текст] / / Сироделіє та маслоробство. 2010. № 2. С. 42-43.
8. Андріанов, А.П. Мембранні методи очищення поверхневих вод [Текст]/А.П.Андріанов, Д.В.Спіцов, А.Г.Первов, Є.Б. Юрчевський // Водопостачання та санітарна техніка. 2009. № 7. С. 29-37.
9. Спіцов, Д.В. Використання мембранних установок для поліпшення якості водопровідної води у міських будинках // Інтернет-Вісник ВолгДАСУ. 2011. №4 (19). З. 10.

В даний час при розділенні, виділенні, концентруванні та очищенні радіоактивних речовин все частіше застосовуються методи мембранної технології.

Мембранна технологія - промислові процеси, засновані на мембранних методах поділу та використовують мембранні апарати для поділу розчинів, газових сумішей та колоїдних систем.

Мембранні процеси поділу засновані на переважній проникності одного або декількох компонентів рідкої або газової суміші, а також колоїдної системи через роздільну перегородку-мембрану.

Рушійна сила мембранних процесів поділу - різниця хімічного чи електрохімічного потенціалів з обох боків перегородки. Мембранні процеси можуть бути обумовлені градієнтами: тиску (зворотний осмос, нано-, ультра- та мікрофільтрація), електричного потенціалу (електроосмос, електродіаліз, електродеіонізація), концентрації (осмос, діаліз, дифузійний поділ газів, випаровування через мембрану), температури або комбінацією декількох факторів. Залежно від природи фаз, що розділяються, мембранні процеси діляться на рідкофазні (баромембранні, діаліз, електродіаліз), газофазні (дифузійний поділ газів) і фазоінверсіопні (первапорація, мембранна дистиляція, мембранна екстракція).

Основним функціональним елементом мембранної технології поділу речовин є мембрана.

Мембрана - плівка, що виступає зазвичай як напівпроникний роздільник середовищ - активний або пасивний бар'єр, що розділяє дві фази, через який під дією прикладеного силового поля здійснюється перенесення речовини між цими фазами.

Частково проникна мембрана - штучна мембрана, що розділяє дві рідкі або газоподібні фази, що забезпечує під дією рушійної сили селективне перенесення компонентів цих фаз.

За типом структури мембрани ділять на пористі та непористі (дифузійні); але агрегатного станувони можуть бути твердими та рідкими; за особливостями морфології розрізняють гомогенні, асиметричні, композитні мембрани тощо; за типом речовини мембрани поділяють на полімерні, металеві, скляні, керамічні, цеолітні і т.п. Відомі пористі мембрани (здатні розділяти частинки за розміром), непористі (здатні розділяти один від одного молекули приблизно однакового розміру), симетричні, асиметричні складові, композиційні, імрегновані (рідкі мембрани на пористій підкладці). Пористі мембрани з чималими порами (1 - 10 мкм) зазвичай називаються фільтрами. Мембрани можуть бути виконані у вигляді плоских листів, труб, капілярів та порожніх волокон.

Мембранні апарати поділяють на плоскокамерні, трубчасті, рулонні, з порожніми волокнами та електродіалізаторами. Мембранні процеси поділу мають безперервний характер, їх здійснюють при кімнатній температурі без фазових перетворень та застосування хімічних реагентів, що поряд із простотою апаратурного оформлення та його обслуговування визначає їх економічність та широкі перспективи для створення ресурсозберігаючих, малоенергоємних та екологічно чистих виробництв.

Ефективність поділу визначається продуктивністю мембрани (величина потоку цільового компонента на виході з мембрани - параметр, що визначає кількість одержуваного продукту) та її селективністю (ставлення потоків компонентів, що розділяються, на виході з мембранного модуля - параметр, що визначає чистоту одержуваного продукту). Матеріал мембрани повинен мати термічну, хімічну, радіаційну та механічну стійкість.

У лабораторній радіохімічній практиці полімерні пористі мембрани дозволяють вивчати колоїдний стан радіонуклідів у розчинах. Так, методом послідовної фільтрації через ядерні фільтри з діаметром пір, що послідовно зменшується, вдається визначити розмірний спектр колоїдних частинок і вивчити вплив на його форму різних факторів. У промисловій радіохімії мембранна технологія знайшла застосування в переробці рідких радіоактивних відходів: мікрофільтрація (розмір пор 0,1 - 10 мкм) видаляє суспензії і великі колоїдні частки, ультрафільтрація здійснює повне очищення скидних вод від колоїдних частинок будь-яких розмірів, нанофільтрація (1) -0,1 мкм) дозволяє видалити великі молекули (А> 500), наприклад великі органічні комплекси важких металів, зворотний осмос застосовується видалення солей радіонуклідів та отримання чистої води.

Останнім часом для переробки рідких високорадіоактивних відходів почали застосовувати реагентну ультрафільтрацію, що дозволяє об'єднати високу продуктивність при низькому робочому тиску зі здатністю очищати воду від іонних компонентів з їх селективним поділом. Метод заснований на перекладі розчинених низькомолекулярних компонентів в новий асоційований молекулярний або колоїдний стан з подальшим відділенням асоційованих форм, що утворюються, на мікропористій неорганічній мембрані. Тут на першій стадії в розчин, що переробляється, вводять акумулюючі радіонукліди речовини (луг, і (або) осаджувач, і (або) поліелектроліт, і (або) сорбенти радіонуклідів), що забезпечують переклад радіонуклідів в асоційований стан у вигляді колоїдних і макромолекулярних частинок. На другій стадії частинки і воду розділяють пористими ультрафільтрацією (розмір пор приблизно становить 0,15 мкм) радіаційно стійкими керамічними мембранами.

Для поділу ізотопів 137 Cs і 90 Sr вихідний розчин вводять диспергований адсорбент на основі ферроціаніду нікелю з середнім розміром частинок 20 мкм, при цьому після мембранного поділу 137 Cs виявляється в концентраті, a 90 Sr - у фільтраті. При переробці розчину з ізотопним складом |44 Се, 154 Еі, 243 Am, 13 "Cs як коригуюча добавка у вихідний розчин вводять луг (гідроксид амонію) до pH 8,7. Тут вже 137 Cs виявляється у фільтраті, а всі інші нукліди - в концентраті Це пояснюється неучастю іонів цезію в гідролізі, в який активно вступають іони РЗЕ і ТУЕ.

Як уже згадувалося, екстракція широко застосовується у радіохімічній промисловості. Останнім часом перспективним вважається використання одного з варіантів цього способу – мембранної екстракції, заснованого на використанні рідких мембран.

Мембрани рідкі - напівпроникні рідкі плівки або шари, що забезпечують селективне перенесення речовин у процесі масообміну між рідкими та (або) газоподібними фазами.

Розрізняють вільні, імпрегновані та емульсійні рідкі мембрани.

Імпрегновані рідкі мембрани є просочені рідиною пористі плівки або волокна (рис. 3.6). Такі мембрани можуть бути однокомпонентними та багатокомпонентними. Однокомпонентна мембрана є для проникає через неї речовини лише селективним розчинником (пасивне перенесення). Багатокомпонентні рідкі мембрани містять хімічні сполуки-переносники, розчинені в мембранній рідині і здатні вибірково зв'язувати п переносити через мембрану дифузну речовину (активний транспорт).

Мембранна екстракція екстракція з використанням рідких мембран (ЖМ), що складається з твердої матриці-носія, просоченої органічним екстрагентом.

В якості матриці можуть використовуватися, наприклад, пориста полівінілхлоридна або пропіленова плівка, а як екстрагент - ефіри фосфорної кислоти, аміни, органічні кислоти. Мембранна екстракція полягає у перенесенні екстрагованого компонента через ЖМ з більш концентрованого розчину менш концентрований і включає стадії: екстракцію, тобто. утворення у мембрані з боку більш концентрованого розчину органічного комплексу; дифузію комплексу через ЖМ у бік розчину з меншою концентрацією; реекстракцію, тобто. руйнування органічного комплексу з переходом екстрагованого з'єднання розчин (з іншого боку ЖМ); зворотну дифузію екстрагента, що звільнився, в мембрані.

При мембранній екстракції неорганічних речовин як рідку мембрану використовують органічну

Рис. 3.6.

1 - мембрана, у порах якої знаходиться екстрагент; 2 - Реекстрагент; 3 - природна вода; I – водний розчин; II – екстрагент; III - реекстрагент рідина, що містить екстрагент-переносник, яка розділяє вихідний та реекстрагуючий водні розчини. Таким шляхом вдається, наприклад, селективно вилучати іони будь-якого металу з вихідного водного розчину і в одну стадію отримувати в водному реестрагуючого розчині більш високу концентрацію цього металу. Переваги перстракторів: висока селективність, хороша продуктивність, компактність, мала енергоємність апаратури. У мембранній екстракції відсутнє взаємне забруднення екстрагованого та екстрагуючого розчинів, що значно підвищує ефективність способу.

Метод мембранної екстракції дозволяє ефективно отримувати радіонукліди з водних розчинів. Прикладами є:

• екстракція на квазірідких імпрегнованих стабілізованих мембранах з ліпофільними екстрагентами - для селективного вилучення радіоактивних ізотопів стронцію та цезію з водних розчинів;
• мембранна екстракція з використанням іммобілізованих рідких мембран, емульсійних та рідких мембран, а також бислойных ліпідних мембран - для вилучення лантанідів та актинідів з хлоридних та нітратних водних розчинів;
• переробка багатокомпонентних водних розчинів радіонуклідів на пермстракторах із рухомим рідким носієм.

Для аналізу природних вод на присутність у них радіонуклідів використовують мембранно-екстракційні диски ПЕД – прості пристрої для селективного вилучення радіоактивного металу з води. Макрокапсула розміром і формою з дрібну монету є мікрорезервуаром зі стінками з імпрегнованої рідкої мембрани, що містить у порах гідрофобної підкладки ліпофільний селективний але по відношенню до аналізованого металу комплексом - переносник кур'єрного типу. У порожнині резервуару міститься розчин, що реекстрагує, і при необхідності індикатор, що утворює з іонами металу пофарбований комплекс. ПЕД, розміщений у потоці аналізованої води, селективно екстрагує з неї метал, який накопичується у внутрішньому розчині, що реекстрагує. Якщо при цьому в системі реалізований пов'язаний з перенесенням іона металу зустрічний перенесення будь-якого компонента з реекстрагуючого розчину, наприклад протонів (варіант мембранної екстракції з активним протиспрямованим транспортом), то це дозволяє досягти багаторазового концентрування аналізованого металу в реекстрагуючому розчині, причому ступінь концентрування може досягати 10 000. Аналіз кількості металу, поглиненого мембранно-екстракційним диском, виконується традиційними методами після його розкриття або радіометрування без руйнування, з можливістю подальшого використання.

Мембранні методи знайшли застосування в аналітичній практиці, зокрема в якісному та кількісному аналізі радіонуклідів у природних середовищах. Як відомо, труднощі радіохімічного аналізу полягають у тому, що концентрація радіонуклідів в об'єктах навколишнього середовища надзвичайно мала, а більшість найнебезпечніших а-випромінювачів не має ізотопних носіїв. Мембранні методи значно полегшують трудомісткі операції відділення від великої маси матриці аналізованого зразка. Наприклад, для концентрування радіонуклідів під час аналізу природних вод оптимальним виявилося застосування комплексоутворювальної ультрафільтрації.

Виділення мінорних актинідів (Np, Am, Cm) з рідких відходів радіохімічного заводу можна здійснити рідкими мембранами, в яких екстрагент знаходиться на підкладці з порожнистого волокна (наприклад, гідрофобного поліпропілену). Диглікольні екстрагенти ефективно отримують тривалентні актиніди їх розчинів, що містять чотири- і шестивалентні актиніди.

Вимірювання розмірних спектрів колоїдних та аерозольних частинок здійснюють з використанням ядерних мембранних фільтрів (рис. 3.7). Мікропористі фільтри отримують опроміненням полімерних плівок прискореними важкими

Рис. 3.7.

Рис. 3.8.

1 - непористий робочий шар (товщина 0,3 нм); 2 - пориста підкладка

іонами з наступним витравленням зруйнованих ділянок полімеру. Вздовж траєкторії іонів виникають наскрізні канали правильної форми. Особливість таких мембран - висока однорідність розмірів пір і можливість варіювати ними у межах (0,01 - 10 мкм). Це дозволяє використовувати їх при сепарації мікрочастинок за розмірами для концентрування, ультратонкого очищення рідких і газоподібних середовищ, стерилізації рідин та ін. рідин та газів.

Для їх виготовлення застосовуються плівки з лавсану товщиною близько 10 мкм та інші полімерні матеріали, стійкі до зовнішніх дій.

Особливо широко мембранні методи застосовуються поділу радіоактивних газів. Пористі металокерамічні мембрани використовують для поділу 235 UF 6 та 238 UF 6 (збагачення урану), а металеві мембрани (наприклад, сплави паладію) – для вилучення тритію з газових здувок. Непористі полімерні асиметричні мембрани з тонким непористим робочим шаром (виготовлені, наприклад, з полівінілтриметилсилана, ПВТМС, рис. 3.8) - для очищення повітря від радіоактивних ізотопів криптону і ксенону, для поділу радіоактивних благородних газів, для очищення радону при проведенні рад.

ДСТУ ISO 15859-7-2010

Група Л21

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

СИСТЕМИ КОСМІЧНІ

Характеристики, відбір проб та методи аналізу плинних середовищ

Частина 7

РАКЕТНЕ ПАЛИВО НА ОСНОВІ ГІДРАЗИНУ

Space systems. Fluid characteristics, sampling and methods of analysis. Part 7. Hydrazine propellant

ГКС 71.080.30*
ОКП 24 7640
________________
* В ІВС 10-2011 наводиться з ГКС 49.140. -
Примітка виробника бази даних.

Дата введення 2012-01-01

Передмова

Цілі та принципи стандартизації в Російської Федераціївстановлені Федеральним законом від 27 грудня 2002 N 184-ФЗ "Про технічне регулювання", а правила застосування національних стандартів Російської Федерації - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизація в Російській Федерації. Основні положення"

Відомості про стандарт

1 ПІДГОТОВЛЕНО ФГУП "ВНІЦСМВ" на основі власного автентичного перекладу російською мовою стандарту, зазначеного у пункті 4

2 ВНЕСЕН Технічним комітетом зі стандартизації ТК 339 "Безпека сировини, матеріалів та речовин"

3 ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Наказом Федерального агентства з технічного регулювання та метрології від 21 грудня 2010 р. N 930-ст

4 Цей стандарт ідентичний міжнародному стандарту ISO 15859-7:2004* "Системи космічні. Характеристики, відбір проб та методи аналізу поточних середовищ. Частина 7. Ракетне паливо на основі гідразину" (ISO 15859-7:2004 "Space systems - Flu sampling and test methods - Part 7: Hydrazine propellant").
________________
* Доступ до міжнародних та зарубіжних документів, зазначених у тексті, можна отримати, звернувшись до Служби підтримки користувачів . - Примітка виробника бази даних.

При застосуванні цього стандарту рекомендується використовувати замість посилальних міжнародних стандартів відповідні їм національні стандарти Російської Федерації та міждержавні стандарти, відомості про які наведено у додатковому додатку ТАК

5 ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ


Інформація про зміни до цього стандарту публікується в інформаційному покажчику "Національні стандарти", що щорічно видається, а текст змін і поправок - у щомісячно видаваних інформаційних покажчиках "Національні стандарти". У разі перегляду (заміни) або скасування цього стандарту відповідне повідомлення буде опубліковано в інформаційному покажчику "Національні стандарти", який щомісяця видається. Відповідна інформація, повідомлення та тексти розміщуються також в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології у мережі Інтернет

Вступ

Вступ

При операціях з ракетним паливом на основі гідразину на космодромі або місці запуску космічних суден можуть бути задіяні кілька операторів та інтерфейсів постачальник-споживач на шляху від заводу-виробника до доставки до ракети-носія або космічного корабля. Мета цього стандарту полягає у встановленні єдиних вимог до компонентів, методів відбору проб та методів аналізу ракетного палива на основі гідразину, що використовується при обслуговуванні космічних суден та обладнання наземного базування. Встановлені обмеження складу ракетного палива на основі гідразину призначені для визначення чистоти та меж домішок ракетного палива на основі гідразину для заправки в космічні апарати і кораблі. Методи відбору проб та методи аналізу ракетного палива на основі гідразину адаптовані для застосування будь-яким оператором. Методи відбору проб та методи аналізу ракетного палива на основі гідразину прийнятні для здійснення контролю за граничними значеннями ракетного палива на основі гідразину.

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на безводний гідразин, що використовується як ракетне паливо в космічних системах, а також в обладнанні літальних апаратів та засобах, системах та обладнанні наземного базування, таких сортів:

- стандартне паливо: звичайне виробництво та контроль якості (придатне для більшості призначень);

- однокомпонентне паливо: звичайне паливо зі строгим контролем вмісту домішок (призначене лише для ракетних двигунів, що працюють на однокомпонентних каталітичних паливах у випадках, коли бажано продовження терміну придатності каталізатора);

- паливо високої чистоти: спеціальне виробництво із суворим контролем кількості домішок.

Цей стандарт поширюється на відбір проб, необхідний для того, щоб переконатися, що ракетне паливо на основі гідразину при надходженні в ракету-носій або космічний апарат або корабель за складом відповідає межам, встановленим у цьому стандарті або технічній документації, погоджених для конкретного застосування.

Цей стандарт встановлює граничні значення вмісту компонентів та Фізичні властивостібезводного гідразину (NH) та вимоги до методів відбору проб та методів аналізу для контролю складу безводного гідразину.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використано нормативне посилання на наступний міжнародний стандарт*:
_______________
* Для датованих посилань використовують лише зазначене видання стандарту. У разі недатованих посилань – останнє видання стандарту, включаючи всі зміни та поправки.
Таблицю відповідності національних стандартів міжнародним див. за посиланням. - Примітка виробника бази даних.


ISO 9000 Системи менеджменту якості. Основні положення та словник (ISO 9000, Quality management systems - Fundamentals and vocabulary)

3 Терміни та визначення

У цьому стандарті застосовані терміни ISO 9000, а також наступні терміни з відповідними визначеннями:

3.1 тверді частки(particulate) (сорт стандартне паливо): Нерозчинні частинки, що залишаються на фільтрувальному папері, номінальним розміром 10 та 40 мкм.

3.2 тверді частки(particulate) (сорти однокомпонентне паливо та паливо високої чистоти): Нерозчинні частинки, що залишаються на фільтрувальному папері, номінальним розміром 2 та 10 мкм.

3.3 контрольне випробування(verification test): Аналіз, що виконується на текучому середовищі в контейнері або на пробі з контейнера, яка є представницькою від постачання, що дозволяє перевірити граничні значення хімічного складуракетного палива на основі гідразину

4 Хімічний склад та фізичні властивості

4.1 Хімічний склад

Якщо іншого не передбачено в технічній документації, що застосовується, хімічний склад ракетного палива на основі гідразину, що поставляється до літального апарату, повинен відповідати межам, встановленим в таблиці 1, при випробуванні відповідно до застосовуваних методів аналізу.


Таблиця 1 - Межі хімічного складу ракетного палива на основі гідразину

4.2 Фізичні властивості

Ракетне паливо при візуальному огляді в світлі повинно бути безбарвною, гомогенною рідиною.

5 Постачання

Гідразин сортів, встановлених у розділі 1, слід постачати відповідно до цього стандарту.

6 Відбір проб

Попередження- Гідразин у рідкому та газоподібному станах є вогненебезпечним, токсичним, летючим паливом і має високу реакційну здатність при контакті з окислювачем. Слід бути обережними при поводженні з гідразином та його зберіганні, використовувати захисні засоби, а також уникати контакту з матеріалами, не сумісними з гідразином.

6.1 План відбору проб

Щоб забезпечити відповідність хімічного складу ракетного палива на основі гідразину граничним значенням, встановленим цим стандартом, необхідно всім задіяним операторам виробити план відбору проб гідразину від виробництва до заправки в космічний корабель та затвердити його у кінцевого користувача. Відбір проб та методи аналізу повинні відповідати всім регламентам та правилам безпеки. Цей план має встановлювати:

- Точки відбору проб;

- методики відбору проб;

- Частоту проведення відбору проб;

- Об'єм проб;

- Кількість проб;

- методи аналізу;

- Відповідальність за відбір проб кожного оператора.

6.2 Відповідальність за відбір проб

Якщо іншого не встановлено в технічній документації, що застосовується, то постачальник, відповідальний за забезпечення літального апарату паливом на основі гідразину, повинен відібрати проби і провести перевірку якості гідразину, що подається до літального апарату постачальником. Постачальник може використовувати свої або інші ресурси, що підходять для виконання контрольних аналізів, встановлених у цьому стандарті, якщо немає інших вказівок від споживача.

6.3 Точки відбору проб

Якщо іншого не передбачено, то відбір проб рекомендується здійснювати на місці зберігання ракетного палива на основі гідразину або перед заправкою в літальний апарат.

6.4 Частота проведення відбору проб

Відбір проб повинен виконуватись щорічно або відповідно до графіка, узгодженого між постачальником та споживачем.

6.5 Обсяг проб

Кількість палива на основі гідразину в одному контейнері для проб має бути достатньою для проведення аналізу за граничними показниками. Якщо одна окрема проба містить недостатньо палива на основі гідразину для виконання всіх аналізів, необхідних для підтвердження якості, слід відібрати додаткові проби за аналогічних умов.

6.6 Кількість проб

Кількість проб має відповідати наступному:

a) одна проба - із контейнера для зберігання;

b) будь-яка кількість проб - за погодженням між постачальником та споживачем.

6.7 Контейнер для зберігання

Якщо інше не передбачено в плані відбору проб, контейнер для зберігання знову не заповнювати після того, як пробу відібрано.

6.8 Рідкі проби

Рідкі проби мають бути типовими пробами від постачання рідкого гідразину. Проби повинні бути відібрані одним із наступних методів:

a) шляхом заповнення контейнера для проб і контейнерів для зберігання одночасно від одного і того ж колектора та в одних і тих самих умовах з використанням однієї і тієї ж методики;

b) шляхом вилучення проби з поставленого контейнера через зручне з'єднання з контейнером для проб. Між поставленим контейнером і контейнерами для проб не допускається застосування регулятора тиску (допускаються відповідні продувні та дренажні клапани). Для забезпечення безпеки контейнер для проб і система відбору проб повинні мати розрахунковий експлуатаційний тиск, що дорівнює не менше ніж тиску в контейнері, що поставляється.

6.9 Шлюб

Якщо будь-яка проба ракетного палива на основі гідразину, випробувана відповідно до розділу 7, не відповідає вимогам, встановленим у цьому стандарті, ракетне паливо на основі гідразину, представлене цією пробою, має бути забраковано. Порядок утилізації забракованого ракетного палива на основі гідразину встановлює споживач.

7 Методи аналізу

7.1 Загальні положення

Постачальник повинен забезпечувати рівень якості гідразину. Альтернативні методианалізу описані у 7.3-7.12. Інші методи аналізу, не наведені у цьому стандарті, прийнятні за узгодженням між постачальником і споживачем.

Ці випробування є окремим аналізом або серією аналізів, що виконуються на ракетному паливі на основі гідразину, щоб підтвердити здатність складських потужностей забезпечувати необхідний рівень якості. Це можна проконтролювати за допомогою аналізу представницьких проб ракетного палива на основі гідразину, що відбираються зі складів через певні проміжки часу за погодженням між постачальником та споживачем. Випробування можуть виконуватись постачальником або лабораторією, обраною за погодженням між постачальником та споживачем.

Вимоги до аналізів повинні включати визначення всіх показників гідразину, які мають обмеження.

7.2 Параметри аналізу

Параметри аналітичних методів, поданих у розділах 7.3-7.12, наведені нижче:

- чистота та вміст домішок повинні бути виражені у відсотках за масою (% мас.), якщо іншого не передбачено;

- стандартні градуювальні зразки газу, що містять рідкі компоненти, що можуть застосовуватися, можуть знадобитися для градуювання аналітичних вимірювальних приладів, що використовуються для визначення граничних показників ракетного палива на основі гідразину;

- на вимогу споживача точність використовуваного вимірювального обладнання під час підготовки цих стандартних зразків має бути підтверджена офіційним інститутом стандартів;

- аналітичне обладнання має застосовуватись відповідно до інструкцій виробника.

7.3 Чистота гідразину

Чистоту гідразину визначають методом газової хроматографії. Даний метод можна використовувати для визначення не тільки чистоти гідразину, але також для визначення вмісту води, аміаку, аніліну та інших летючих компонентів, що містять вуглець (додаток А.). . Аналізатор повинен бути градуйований у відповідних діапазонах із застосуванням градуювальних стандартних зразків.

Зміст твердих частинок визначають методом гравіметричного виміру. Відомий обсяг палива фільтрують через попередньо зважений випробувальний мембранний фільтр і визначають збільшену масу мембранного фільтра після промивання та просушування. Також визначають зміну маси контрольного мембранного фільтра, розташованого під випробувальним мембранним фільтром. Кількість твердих частинок визначають збільшення маси випробувального мембранного фільтра по відношенню до контрольного мембранного фільтра.

a) методом іонної хроматографії;

b) колориметричним методом з тіоціанатом ртуті;

c) потенціометричним методом з використанням хлоридселективного електрода;

d) потенціометричним методом з використанням титрування нітратом срібла.

Вміст хлоридів не можна визначити прямим методом у пробі рідкого гідразину, але можна визначити в нелетючому залишку після розчинення його у водному розчині кислоти.

a) методом газової хроматографії 7.3;

b) методом ультрафіолетової спектроскопії для гідразину сорту однокомпонентне паливо.

a) методом атомної абсорбції;

b) колориметричним методом;

c) методом емісійної спектрометрії з індуктивно пов'язаною аргоною плазмою.

Вміст заліза не можна визначити прямим методом у пробі рідкого гідразину, але можна визначити у нелетючому залишку після розчинення його у водному розчині кислоти.

Пробу необхідно ввести в сильну кислоту, щоб абсорбувати компоненти гідразину та аміаку та вивільнити діоксид вуглецю. Потім вміст діоксиду вуглецю визначають одним із наступних методів:

a) методом газової хроматографії. Методика має бути вибірковою для поділу та аналізу діоксиду вуглецю;

b) методом інфрачервоного аналізу;

c) колориметричним методом, вибірковим до СО.

7.12 Вміст інших летких компонентів, що містять вуглець

Додаток А (довідковий). Застосування газової хроматографії (ГХ)

Додаток А
(довідкове)

Газову хроматографію (ГХ) рекомендується використовувати як контрольний або кращий метод для аналізу домішок гідразину.

У таблиці А.1 наведено застосування цих методів для аналізу гідразину.


Таблиця А.1 - Застосування ГХ

Додаток ТАК (довідковий). Відомості про відповідність посилальних міжнародних стандартів посилальним національним стандартам Російської Федерації (і чинним у цій якості міждержавним стандартам)

Додаток ТАК
(довідкове)

Таблиця ТАК.1

Електронний текст документа
підготовлений ЗАТ "Кодекс" та звірений за:
офіційне видання
М: Стандартінформ, 2011