SRHA ULTRAILTRACIJA Služ za koncentrranje komponent velke molekularne težne. Takve molekule ne prolaze kroz membranu, gdje prolaz samo permeat s manjm molekulama. Ne dolaz do promjena u topln nt faz. NAČIN RADA AKTOR RETENCIJE Proces ultrafltracje aktvra se tlakom Korste se tlakov od 1 15 bara. Korsno za komponente osjetljve na toplnu (proten, škrob ) jer se postupak provod na temperatur okolne. Il faktor zadržavanja: c c p R = c c koncentracja komponente u ulaznom toku c p koncentracja komponente u permeatu R varra zmeđu 0 1 c p = 0 R = 1; sve ostaje u ulaznom toku c p = 1 R = 0; komponenta slobodno permera AKTOR REJEKCIJE SOJSTA MEMBRANA Il faktor odbacvanja. Računa se sto kao retencje, samo gledano sa druge strane membrane (sa strane ulaznog toka). Govor nam kolk je postotak tvar ostao u ulaznom toku, tj. nje prošao kroz membranu. Idealna membrana za neku namrncu: aktor rejekcje za velke molekule: R = 1.0 aktor rejekcje za male molekule: R = 0.0 Stvarne membrane: aktor rejekcje za velke molekule: 0.9 < R < 1.0 aktor rejekcje za male molekule: 0.0 < R < 0.1 (za mneralne tvar može bt do 0.5) 1
AKTOR KONCENTRIRANJA PRINOS Prnos fltracje (Yeld): f = Omjer volumena ulaznog toka volumena koncentrata C masa komponente u fnalnom koncentratu c cc Y = = masa tvar u ulaznom toku c c, volumen ulaznog toka koncentrata c c, c koncentracje tvar u ulaznom toku koncentratu Za komercjalno zdvajanje neke komponente, nužno je da proces ma vsok prnos. PRINOS Občno je proces ultrafltracje kontnuran, te je prnos: 1 Y = f R ( f 1) Pr čemu je: c c C C = c = c Y f f R ODIJANJE PRIJELAZA Ultrafltracja se smatra procesom prosjavanja, te su mehanzm jednostavnj nego kod drugh separacjskh procesa. Separacja se ne vrš u cjelom volumenu tekućne, već samo u malom području blzu membrane. Dolaz do polarzacje koncentracje u grančnom sloju. ODIJANJE PRIJELAZA ODIJANJE PRIJELAZA Dva djela prjelaza molekula kroz membranu Probjanje molekula kroz grančn (polarzacjsk) sloj, koje ovs o: Hdrodnamc Brzn protoka prema membran (tok permeata) Sastavu fluda Svojstvma prjenosa Probjanje molekula kroz membranu ovs o: Jačn prmjenjenog prtska zkalnm svojstvma membrane (velčna dstrbucja pora) Kemjskm svojstvma membrane 2
POLARIZACIJA KONCENTRACIJE POLARIZACIJA KONCENTRACIJE c J = k ln c m b Do polarzacje dolaz kada prevelka molekula ne može proć kroz membranu. Omjer c m c b predstavlja stupanj polarzacje membrane Dolaz do značajnog porasta otpora toku. Kao posljedca, moguća je pojava taložnog (foulng) sloja na površn membrane, te smanjenja njene funkcje. POLARIZACIJA KONCENTRACIJE Pad protoka zbog polarzacje koncentracje zagađenja membrane 1 protok vode 2 umjeren pad protoka 3 rapdn pad protoka TALOŽENJE NA MEMBRANI Najveć problem kod ultrafltracje. Pojavljuje se na unutar površne membrane. Dolaz do laganog opadanja toka permeata. Skraćuje radn vjek membran Potreba za upotrebom većh tlakova Potreba za češćm čšćenjem membrane TALOŽENJE NA MEMBRANI Nje ga moguće u potpunost zbjeć. Smanjuje se prethodnm uklanjanjem koloda partkulata. Događa se čak upotrebom čste (demneralzrane) vode. Problem je u samoj nterakcj otopljenh tvar membrane. ezvanje protena na membranu zbog hdrofobnost Prjenos naboja (vodkove veze) elektrostatske nterakcje PROTOK ULAZNE TEKUĆINE Protok se zračunava pomoću formule: Δp J = μ ( R + R + Rp ) Gdje su: μ vskoznost otapala R f otpor nataloženog sloja R p otpor polarzacjskog sloja R m otpor membrane m f 3
PROTOK ULAZNE TEKUĆINE aktor koj utječu na protok: Unos energje W = m' h g Energja se uglavnom dspra u fludu, te dolaz do povećanja toplne Povećanjem tlaka povećava se brzna toka do određene grance. Nakon toga, tok postaje neovsan o povećanju tlaka š tlakov uzrokuju ubrzavanje taloženja PROTOK ULAZNE TEKUĆINE Brzna protoka Povećanjem brzne dolaz do povećanja turbulencje. Smanjuje se šrna grančnog sloja. eć gubc energje na trenju Za lamnarno strujanje: pad tlaka (brzna toka) 1.0 Za turbulentno strujanje: pad tlaka (brzna toka) 1.8 PROTOK ULAZNE TEKUĆINE PODRUČJE RADA MEMBRANA Temperatura Povećanjem temperature lnearno se povećava brzna toka. Kod namrnca: 5 45 o C se ne korst jer je područje pogodno za razvoj m.o. 50 60 o C je najčešće koršteno područje 70 90 o C se korst za čšćenje deznfekcju. Kod ultrafltracje, membrane se dzajnraju za fltracju komponent molekularne težne zmeđu 2000 30000. Na donjoj granc dolaz do preklapanja sa nanofltracjom. Na gornjoj granc se preklapa sa mkrofltracjom. PRIMJENA ULTRAILTRACIJE Prednost u aplkacjama kod kojh je potreban rad na temperatur okolša, bez promjene ph l onskog okolša. Koncentrranje uklanjanje vrjednh tvar z otpada pr procesranju hrane. Najveća prmjena u mljekarstvu. 4
PRIMJENA DIJAILTRACIJA Prlkom ultrafltracje, koncentracja neke komponente u retentatu se ne može smanjt, eventualno ostat konstantna. Tme se značajno smanjuje prnos. Djafltracja je proces razrjeđvanja retentata sa vodom. Upotrebljava se zbog utjecanja na smanjenje koncentrranja, jer dolaz do spranja vše komponent sa manjom molekularnom težnom. Dva osnovna prncpa rada: Dskontnurana djafltracja (DD) Kontnurana djafltracja (CD). Kod DD se voda odmah vraća natrag u retentat. Ultrafltracjom dolaz do koncentrranja neke manje komponente u retentatu. Dovođenjem vode, retentat se vraća na orgnaln volumen. rš se djafltracja smanjuje se volumen retentata Ponovo se dovod voda, te se cklus ponavlja vše puta. Kod CD postupka, voda se kontnurano dovod u onom volumenu kolko se permeata odstranjuje. Uobčajena metoda djafltracje Matematčk se može opsat: c 0 ln = (1 R) c 0 PRIMJENA U INDUSTRIJI Korst se za uklanjanje komponent male molekularne težne Anone Katone Šećere Alkohole Antnutrtvne tvar, td. Prmjena u hemodjalz Procesranje alkoholnh pća (smanjvanje koncentracje alkohola) MIKROILTRACIJA 5
SRHA Mkrofltracja je najstarja membranska tehnologja Poput ultrafltracje, proces je pokretan tlakom, značajno manjm nego kod RO. U teorj nema velke razlke zmeđu mkrofltracje ultrafltracje. Razlka lež u velčn materjala koj se fltrra, te kod M dolaz do separacje dsperznh čestca poput koloda, globula mast l stanca. SRHA M spada u područje zmeđu U standardne fltracje. elčne pora membrana kreću se zmeđu 0.01 10 μm. Do nedavno takva fltracja je bla sključvo dead end, tj. veće čestce su se zadržavale na membran, te je dolazlo do stvaranja sloja fltarskog kolača. To je dovodlo do smanjenja toka, te pada tlaka. SRHA Kod pada tlaka na krtčnu vrjednost, membrana se čst l zamjenjuje regenerra. Prsutnost kolača značajno mjenja karakterstke fltracje, djelujuć kao predflter koj uklanja čestce koje b nače prošle kroz membranu. SRHA U stvarnost, M postaje U kroz sekundarnu membranu koja se sastoj od nataloženh makromolekula. To občno predstavlja problem, al se ponekad uspješno prmjenjuje, npr. prlkom koncentrranja mljeka (postgnuto je potpuno zadržavanje protena). M je bla korsna samo za fltrranje male kolčne prsutnh čestca. ILTRACIJA S UNAKRSNIM TOKOM PRIKAZ PROCESA MIKROILTRACIJE Novja tehnka mkrofltracje, oslanja se na prncp rada U RO. Mnmzra (al ne uklanja) probleme u deadend M. Omogućuje procesranje fluda sa velkm kolčnama suspendranh tvar. Stvaranje kolača onemogućuje efekt posmcanja koj nastaje tokom ulaznog fluda paralelno sa membranom. 6
Geometrjsk dzajn je st kao kod U, kao kućšta dodatna oprema. rste korštenh materjala su također ste: Celuloze Sntetčk polmer Anorgansk materjal (staklo, metal, legure Al, Zn, T). Membrane se sastoje z dva sloja: Makroporozn nosač Permeat mora prolazt bez hdrodnamčkh otpora. Pore su velčna 10 μm l veće. Izrađen je od ugljka, čelka, nkla sl. Aktvna membrana nanesena na površnu. Debljne 3 5 μm. UČINKOITOST MIKROILTRACIJE Brzna toka drug faktor koj utječu na U vrjede kod M. eće pore kod M omogućuju vrlo velke početne brzne toka, al se također mogu vrlo brzo smanjt zbog nastanka kolača. Brzna se nakon nekog vremena ustal, te su u toj točk sle posmka ( kdanja kolača) u ravnotež sa nastajanjem kolača. UČINKOITOST MIKROILTRACIJE Za svaku prmjenu potrebno je ekspermentalno odredt najprkladnju vrstu membrane, te optmzrat svojstva toka prtsak. Membrane sa manjm porama občno dopuštaju veće početne ravnotežne brzne tlakove. UČINKOITOST MIKROILTRACIJE Nova tehnka za sprečavanje nastajanja taloga (kolača) je backflushng (povratno spranje). Određena kolčna permeata se pod tlakom gura natrag kroz membranu, čme se uklanjaju deponrane čestce, ponštava se polarzacja koncentracje, te stvaranje gel sloja. Može doć do regeneracje toka permeata, al je nužno da je manj volumen skoršten nego što je z toga dobven tok. 7
UČINKOITOST MIKROILTRACIJE Alternatvna metoda je povratno spranje membrane zrakom, čme ne dolaz do gubtaka korsno je kod problematčnh ulaznh otopna. Postoje još metode uklanjanja kolača: elektrčnm pulsovma abrazvnm čestcama jednolkm transmembranskm tlakom kemjskom prpremom ulaznog toka Predprpremom membrane PRIMJENA Tretman sokova Tretman naptaka (pva sl.) Pročšćavanje vna Obrada soka šećerne repe U mljekarskoj ndustrj Precptranje protena UOD Pervaporacja je membransk separacjsk proces koj korst guste, neporozne membrane. PERAPORACIJA Separacjsk koncept pervaporacje zasnva se na molekularnoj nterakcj zmeđu komponent toka gustog membranskog polmera Membrana nje samo mehančka barjera, već ma selektvn utjecaj. Neporozna membrana odvaja ulazn tok (pod atmosferskm prtskom) od donjeg odjeljka. Donj odjeljak je pod vakuumom. Ulazn tok dolaz u kontakt sa membranom, te otopljene tvar sorbraju u površnu membrane (nterakcja otopljena tvar polmer). Sorpcja otopljenh tvar rezultra u njhovom dfuzvnom toku kroz membransk polmer. U dealnom slučaju otopljena tvar koja dođe do površne membrane trenutno desorbra, te se uz pomoć vakuuma uklon s donje strane membrane. Tme je koncentracja otopljene tvar s donje strane membrane uvjek 0. To dovod do održavanja maksmalnog gradjenta koncentracje maksmalne brzne. 8
T X X p (zasćena para) T Ulazn tok tekućne X X A B Komponente Permeat, plnovt Spora permeacja Brza permeacja p (pregrjana para) SORPCIJA DIUZIJA DESORPCIJA OSNONE KARAKTERISTIKE Nska potrošnja energje Nema kontamnacje unkconra neovsno o ravnotež tekućna/para. Podjela na: hdroflne membrane prvlače uklanjaju vodu z otopne polmer sa prjelaznm temperaturama znad sobnh prmjer membrane je polvnl alkohol organoflne membrane zvlače organske tvar z otopne zrađene su od elastomera (polmer sa temperaturom staklastog prjelaza spod sobne temperature) fleksblne su ntrl, butaden guma sl. AKTORI UTJECAJA NA PROCES PERMEABILNOST P = 0 P e E p R T E p energja aktvacje P 0 konstanta permeablnost R plnska konstanta T temperatura. 9
SOJSTA PERAPORACIJE SOJSTA PERAPORACIJE Molekularn tok J = Q At t vrjeme A površna membrane Q Broj mola komponente permerano u vremenu t Permselektvnost Performansa membrane za neku otopnu/tvar α = p f p j, j volumn udjel komponent u otopn f j 10