Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

Átírás

1 Folyadékmembránok Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65 1

2 Folyadékmembrán elválasztás Petróleum víz többszörös emulzió (Boys, 1890) Folyadékmembrán extrakció (Li, 1968) Típusok: víz/olaj/víz olaj/víz/olaj gáz/folyadék/gáz 2

3 Anyagátadás a folyadékmembránon keresztül (I. típus, egyszerő diffúzió, simple uphill transport ) F betáplálás S oldószer R fogadó fázis A célkomponens B reagens Példa: C 6 H 5 OH + NaOH C 6 H 5 O - Na + + H 2 O 3

4 Anyagátadás a folyadékmembránon keresztül (II. típus, reagenssel segített transzport, facilitated transport ) X átvivı anyag (carrier) Példa: A: ecetsav, B: NaOH, X: tercier amin 4

5 Anyagátadás a folyadékmembránon keresztül (III. típus, ioncsere, coupled transport ) X átvivı anyag C csere partner Példa: Cu HX CuX 2 + 2H + ahol X: LIX 63 5

6 Folyadékmembránok létrehozása 1. Rögzített (támasztott) membránok: Membránszeparációs mőveletekhez gyártott membránok: támaszték µm pórusméret 0,02 1 µm Fajlagos felületek: spirális modul 10 3 m 2 /m 3 üreges szál modul 10 4 m 2 /m 3 6

7 BEVPOR MH Liquid Membrane Cartridge Filter Támasztó membránok The cross-section of hollow fiber membrane: (a) the overall crosssection of hollow fiber membrane; (b) the partial cross-section of hollow fiber membrane (magnification: 1000 ); (c) the partial crosssection of hollow fiber membrane (magnification: 3000 ). Close-up Cross Section of a Hollow Fiber 7

8 Réz extrakciója híg vizes oldatból (III. típus) Membrán: Nuclepore vastagság 20 µm átlagos pórusméret 0,5 µm porozitás 15% Membránfolyadék: ACORGA P-5100 (2%) normál paraffin 8

9 Réz extrakciója rögzített folyadékmembránon keresztül 9

10 Problémák Lassú (nagy diffúziós ellenállás, a membránvastagság nem csökkenthetı tovább, mert elszakad) Kimosódás (élettartam nap, kötés a vázszerkezethez) Üreges szálban nagy nyomáskülönbség (kiszorítja a folyadékot a pórusokból) 10

11 Folyadékmembránok létrehozása 2. Emulziós membránok (kétszeres emulziót hoznak létre): Elsı emulzió: víz az olajban (felületaktív anyag, intenzív keverés) Második emulzió: elsı emulzió diszpergálása vízben (mérsékelt keverés) 11

12 Többszörös emulzió szerkezete Jellemzı méretek: Nagy cseppek 0,1 5 mm Kicsi cseppek 0,5 10 µm Fajlagos felület 10 6 m 2 /m 3 12

13 Réz és fenol kinyerése emulziós folyadékmembrán extrakcióval Réz: 2% ACORGA P-5100/paraffin 5% SPAN 80 R: 1,5 mol/l H 2 SO 4 Fenol: normál paraffin 5% SPAN 80 R: 0,5% NaOH Probléma: emulzió megbomlása 13

14 Az emulziós membrán elválasztás technológiai lépései Emulzió készítés 1-2 liter méretben n= /min Anyagátadás 1 2 liter méretben n= /min Megbontás Oldószer regenerálás 14

15 Emulzió megbontás (gravitációs ülepítés nem mőködik!) Centrifugálás Melegítés Ultrahangos megbontás Elektrosztatikus leválasztás 15

16 Elektrosztatikus leválasztás Kevés energiát igényel Nagy mennyiség feldolgozható Nincs kémiai változás Membránfázis visszaforgatható Nincs környezetszennyezés 16

17 Elektrosztatikus emulzióbontás Feszültség: 1 30 kv Frekvencia: 2 khz Fogyasztás: 0,5-5 kwh/m 3 17

18 A folyadékmembránok alkalmazása Fémionok kivonása híg vizes oldatokból (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd, Hg, U, Cs) Szerves szennyezık eltávolítása szennyvízbıl (fenol, krezol stb.) Biotechnológiai termékek kinyerése (ecetsav, propionsav, aminosavak stb.) 18

19 Aminosavak transzportja a membránon keresztül: fenilalanin (Phe) F S R C + : felületaktív anyag 19

20 Aminosavak transzportja a membránon keresztül: lizin (Lys) F S R HA: di-(2-etilhexil)-foszforsav (D2EHPA) 20

21 Ipari példa: cink visszanyerése szennyvízbıl T oldószer tároló; H homogenizáló; P extrakciós oszlop; S elektrosztatikus emulzió bontó; (1) szennyvíz, 75 m 3 /h, 500 mg/l Zn; (2) tisztított szennyvíz, 75 m 3 /h, 1-3 mg/l Zn; (3) fogadó fázis, 0,5 m 3 /h, 250 g/l H 2 SO 4 ; (4) kinyert cink-szulfát, 0,5 m 3 /h, 60 g/l Zn; (5) oldószer fázis, 5 m 3 /h; 21 (6) emulzió, 5,5 m 3 /h.

22 Oszlopok- Keverés Oldshue-Rushton Nehéz fázis Könnyő fázis 22

23 Reagens: di-(2-etilhexil)-ditiofoszforsav (DTPA) 23

24 Felületaktív anyag: SPAN 80 majd ECA felületaktív anyag kémiai szerkezete 24

25 A folyadékmembrán extrakciós üzem megtérülési idejének függése a szennyvíz mennyiségétıl és a cink koncentrációtól Amortizáció (év) cink koncentráció a szennyvízben térfogatáram (m 3 /h) 25

26 Köszönöm a figyelmüket! 26