Первапорация воды

Дефицит пресной воды, увеличение стоимости электричества и других энергоносителей требуют поиска новых энергосберегающих и эффективных способов очистки воды.

Мембранная очистка (первапорация) с переходом воды в другое агрегатное состояние обеспечивает глубокую фильтрацию от примесей. Такой метод позволяет использовать низкопотенциальное тепло, снизить влияние осмотических эффектов. Первапорация также позволяет обойтись без дополнительных реагентов и упростить процесс очистки.

Первапорация - это современная технология очистки воды

Испарение с помощью мембраны - разделение жидкой смеси путем создания разности парциальных давлений по обеим сторонам непористой мембраны. Этот метод был впервые описан в 1906 году. В 50-60 годах исследования выявили перспективность и эффективность данного способа. Однако, ввиду отсутствия недорогого материла для мембран, низкой скорости разделения, фильтрация первапорацией не получила широкого распространения.

Промышленное применение метода испарения через мембрану получил после разработки компанией GFT мембраны из полиакрилонитрила с активным слоем из ПВС. В 1982 году были установлены первые первапорационные установки для обезвоживания этилового спирта (первапорация спиртов).

Процесс разделения жидкостей первапорацией протекает следующим образом: под воздействием разницы давлений компонент происходит через мембрану в виде пара. После чего вещество в газообразной форме конденсируется и удаляется. Избирательность или селективность мембраны для первапорации определяется различным коэффициентом диффузии компонентов смеси, другими факторами.

Способы первапорации воды

Для испарения через мембрану необходимо обеспечить условия для быстрой диффузии через мембрану, отведения пара. Для протекания процесса первапорации также нужно предотвратить конденсацию паров на мембране со стороны выходной поверхности.

Для этого применяют 3 метода:

1. Вакуумная первапорация. Наиболее распространенный и простой метод. Для обеспечения тока пара через мембрану и его отвода в камере с выходной стороны создается разряжение. При этом важно, чтобы давление со стороны мембраны было существенно ниже давления насыщенных паров. Наличие воздуха и других неконденсирующихся газов увеличивает время перехода пара в жидкое состояние.
2. Термопервапорация. В этом случае разность давлений до и после мембраны поддерживается подогревом разделяемой смеси и охлаждением прошедшего через мембрану пара. Разность температур существенно увеличивает ток через мембрану.
3. Первапорация с газом-носителем. Для ускорения диффузии через мембрану и отвода пара используется поток химически нейтрального газа.

Метод испарения через мембрану (метод первапорации) выбирают исходя из химических и физических свойств смеси, ее компонентов, других условий.

Сферы применения технологии первапорации

Первапорация широко применяется:

• Для обезвоживания спиртов и эфиров, других жидкостей органического происхождения. Очистка испарением через мембрану активно используется в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Таким методом также можно создавать концентраты.
• Для очистки сточных вод. Первапорация эффективно очищает от органических примесей, позволяет повторно использовать воду и отделенные вещества. Метод эффективен при содержании примесей 10 мг/л до 1%.
• Для опреснения морской воды. Первапорация - перспективный метод получения пресной воды. В Северной Африке и ряде стран ближнего Востока функционирует несколько экспериментальных опреснительных установок, где применяется метод испарения через мембрану.

Преимущества первапорации

Первапорация обладает следующими преимуществами:

• Низкая энергоемкость. В сравнении с другими методами разделения с переходом жидкости в другое агрегатное состояние, испарение через мембрану не требует нагрева исходной смеси до кипения. Энергия тратится только на испарение нужного компонента. Такой способ позволяет использовать низкопотенциальные источники тепла.
• Высокая эффективность. Эффективность разделения растворов главным образом зависит от характеристик мембран и условий технологического процесса. Химические и физические свойства исходной смеси играют второстепенную роль. Метод пригоден для разделения азеотропных смесей.
• Простота конструкции. Для работы первапорационных установок требуется меньшое количество основного оборудования. Производительность можно регулировать включением или отключением мембранных модулей.
• Отсутствие химических реагентов. Для очистки испарением через мембрану не требуются реактивы. Это существенно упрощает процесс разделения и снижает экологическую опасность.

Первапорация - один из самых эффективных и перспективных способов разделения жидкостей. С появлением новых мембранных материалов и выявление факторов, влияющих на эффективность, сфера применения этого способа только расширится.