Membránové metody separace biologických systémů. Membránové separační metody

PROCESY ODDĚLOVÁNÍ MEMBRÁN, na základě preim. propustnost jednoho nebo několika. složky kapalné nebo plynné směsi, stejně jako koloidní systém přes dělící přepážkovou membránu. Fáze, která jím prošla, se nazývá. permeát (někdy - filtrát), zadržený - koncentrát. Hnací silou membránových separačních procesů je chemický rozdíl. nebo elektrochemické. potenciály na obou stranách přepážky. Membránové procesy m. B. způsobené tlakovými gradienty (baromembránové procesy), el. potenciál (elektromembránové procesy), koncentrace (difuzně-membránové procesy) nebo kombinace několika. faktory.

Oddělení membránami je výsledkem konkurenčních interakcí. složky směsi s překrytím přepážky. Účinnost separace se hodnotí pomocí stopy. indikátory: selektivita j = 1 - c 2 / c 1, kde c 1 a c 2 jsou koncentrace složek výchozí směsi a permeátu; koef. separace Kp = (s A, 1 / s A, 2) / (s B, 1 / s B, 2), kde s A, 1, s B, 1 a s A, 2, s B, 2 jsou koncentrace složky A a B ve výchozí směsi a permeátu; permeabilita (převyšuje produktivitu) membrán G = V / Ft, kde K je množství směsi, které prošlo membránou za čas t a je určeno ur-tionem V 2 + 2VC = Kt, v K-rum C a K- empirický... konstanty, F je plocha povrchu přepážky.

Vzhledem k různé rychlosti průchodu složek směsi membránou, tzv. koncentrační "polarizace", kdy se řez v mezní vrstvě v blízkosti povrchu přepážky akumuluje dovnitř, přičemž má nejnižší rychlost průniku. V důsledku toho se při oddělování kapalných směsí snižuje hnací síla procesu a tak dále. selektivita, výkon a životnost membrán. Kromě toho je možné vysrážení těžko rozpustných solí na membráně a také gelovatění vysoce hrudkovitých. spojů, což vede k nutnosti čištění membrán (viz níže). Pro snížení vlivu koncentrační polarizace a zlepšení funkce membrán se separovaný systém míchá, což pomáhá vyrovnat koncentrace složek na povrchu přepážky a v jádru toku. Míchání se provádí zvýšením průtoku (až 3-5 m / s); turbulizace roztoku pomocí speciálních perforované síťované vložkynebo vlnité plechy, spirály, koule; použití ultrazvuku atd. Při oddělování směsí plynů díky vysokému koeficientu. difúze složek přes membrány, koncentrační polarizace je malá a lze ji ignorovat.

Dr. faktorem ovlivňujícím procesy membránové separace je podélné (reverzní) míchání systému. Jak jsou složky distribuovány mezi počáteční tok a permeatom, vzniká odpovídající koncentrační profil, který vede k podélnému vyrovnávání koncentrací v důsledku molekulární difúze. Při použití turbulizačních vložek naib. podélný transport je ovlivněn konvektivní difuzí.

M Procesy membránové separace mohou být komplikovány například řadou dalších faktorů. nedostatečná odolnost membrán vůči agresivním médiím a působení mikroorganismů. Chem. odolnost membrán např. vůči hydrolýze je zajištěna pečlivým výběrem materiálu, charakteristikami pracovního média a procesními podmínkami. Aby se zabránilo biol. znečištění a někdy i destrukci membrán určitými typy mikroorganismů, výchozí směs je například chlorována. Cl 2 nebo chlornany, ošetřené roztokem CuSO 4 nebo formaldehydem a také vystavené ozonizaci a UV záření.

Hlavní typy membrán a jejich čištění. Rozlišujte monolitické (pevné), porézní, asymetrické (dvouvrstvé), kompozitní (kompozitní) membrány atd., dále kapalné membrány a iontoměničové membrány (pro získání membrán a jejich vazeb viz Oddělovací membrány).

Během provozu se povrch membrány kontaminuje, což vede k prudkému zhoršení výkonnosti procesů membránové separace. Jedním ze způsobů, jak snížit zanášení membrány, je předběžná. čištění systému (viz např. Vodopádové vaření, Tvrdost vody). Metody čištění membrán se běžně dělí na mechanické, hydromechanické, fyzikální a chemické. Srst. čištění - ošetření povrchu příček elastickou houbou (často s použitím saponátů), která nemá abrazivní vlastnosti, polyuretanové kuličky apod. Hydrodynamický čištění - vystavení kontaminovaného povrchu membrány pulzacím směsi nebo promývací kapaliny (obvykle voda), turbulizace proudění; proplachování emulzí plyn-kapalina (obvykle směs vody a vzduchu); zpětné proplachování membrán (zejména mikrofiltrů) stlačeným vzduchem; zpětný tok směsi, prudký pokles tlaku v systému (nečistoty se odlupují z přepážky a jsou vyplavovány silným proudem vody). Phys. čištění - dopad na příčky elektr., magn. a ultrazvuková pole. Chem. čištění-propláchnutí pracovní plochy membrán demontováno. roztoky to-t nebo alkálií, roztok I 2 atd.

Baromembránové procesy(reverzní osmóza, ultrafiltrace, mikrofiltrace) jsou způsobeny především tlakovým gradientem přes tloušťku membrán. polymerní a používají se k separaci roztoků a koloidních systémů při 5-30 °C. První dva procesy se zásadně liší od klasické filtrace. Pokud se s ním produkt ukládá ve formě krystalu. nebo amorfní sraženina na povrchu filtru, poté reverzní osmózou a ultrafiltrací vzniknou dva roztoky, z nichž jeden je obohacen rozpuštěnou hmotou. Při těchto procesech je akumulace této látky na povrchu membrány nepřijatelná, protože vede ke snížení selektivity a permeability membrány (viz dále rozdíl mezi mikrofiltrací a filtrací).

Baromembránové procesy se používají v mnoha. odvětví národního hospodářství a v lab. praxe: například pro odsolování solného roztoku a čištění odpadních vod. separace azeotropních a termolabilních směsí, zahušťování roztoků atd. (reverzní osmóza); pro čištění odpadních vod z vysoce hrudkovité. sloučenin, koncentrace řídkých suspenzí, například. latexy, izolace a čištění biologicky aktivních látek, vakcín, virů, čištění krve, zahušťování mléka, ovocných a zeleninových šťáv atd. (ultrafiltrace); pro čisticí techniku. roztoků a vody z jemně dispergovaných látek, separace emulzí, předběžná příprava kapalin, například. mořské a brakické vody před odsolováním atd. (mikrofiltrace).

Elektromembránové procesy kvůli gradientu el. potenciál přes tloušťku membrány. Naíb. aplikace byla nalezena elektromotorickou a z-separací roztoků působením elektromotorické síly, okraje jsou vytvořeny na obou stranách polymeru a anorganické. septa [velikost pórů (2-8). 10 -3 mikronů], propustné pro jakékoli ionty (oddělení elektrolytů od neelektrolytů), nebo iontoměničové membrány, propustné pouze pro kationty nebo pouze pro anionty (odsolovací vodné roztoky nebo frakcionace solí). Například přístroje s iontoměničovými přepážkami (elektrodialyzátory). pro odsolovací roztoky NaCl (obr. 2), sestávají z řady komor (článků), po kterých se pohybují roztoky elektrolytů. V nejvzdálenějších komorách jsou elektrody. Vzhledem k tomu, že kationtoměničové membrány propouštějí pouze kationty a aniontoměničové membrány pouze anionty, jsou komory střídavě obohacovány a ochuzeny o elektrolyt. V důsledku toho se výchozí roztok rozdělí na dva proudy - odsolený a koncentrovaný. K separaci iontů se stejným znaménkem náboje dochází v důsledku rozdílu mezi rychlostmi jejich přenosu přes přepážku.

Rýže. 2. Vícekomorový elektrodialyzátor pro odsolování vaniya roztoky NaCl: A, K-acc. aniontové a kationtoměničové membrány.

Hlavní charakteristiky zařízení skládajících se z n buněk: tepy. výkon G = mIFn / 95,24. 10 3 mol / s, kde I je hustota proudu (v A / cm 2), F je plocha povrchu membrány (v cm 2), t je počet chem. ekvivalenty původní látky na 1 mol; totální diferenciál el. potenciály DE = = E D + I (RM + R p) n (v kV), a E D je součet rozkladných a přepěťových potenciálů na elektrodách, RM a R p si odpovídají. elektrický odolnost membrány a řešení; příkon N = 10 -3 IFE D + 1I (RM + R p) n (v kW); bije spotřeba energie Nyd = 0,02651 (Rm + Rp) (v kW / mol). Elektrodialýza je široce používána pro odsolování mořských a brakických vod, cukerných roztoků, mléčné syrovátky atd., jakož i pro extrakci minerálů ze slaných vod.

Difúzně-membránové procesy(separace membránových plynů, odpařování přes membránu, dialýza) jsou způsobeny koncentračním gradientem napříč tloušťkou porézních nebo neporézních membrán na bázi polymerů nebo s tuhou strukturou. Používá se k oddělení plynných a kapalných směsí.

DIVIZE MEMBRÁNOVÉHO PLYNU - rozdělení nasložky plynných směsí nebo jejich obohacení o jednu zkomponenty. Při použití porézních příček s preim. velikost pórů (5-30). 10 -3 µm k separaci plynu dochází v důsledku tzv. Knudsenova difúze. Pro jeho realizaci je nutné, aby délka byla volná. dráha molekul byla větší než průměr pórů membrány, tj. četnost srážek molekul plynu se stěnami pórů převyšovala četnost vzájemných srážek molekul. Vzhledem k tomu, že průměrná rychlost molekul v souladu s kinetickou. Podle teorie plynů jsou nepřímo úměrné druhé odmocnině jejich hmotností, složky separované směsi pronikají póry membrány různou rychlostí. Tím je permeát obohacen o složku s nižším mol. hmotu, soustřeďte se více. Coef. separace směsi Kp = n 1 / n 2 = = - (M 2 / M 1) 0,5, kde n 1 a n 2 jsou počet molů složek. s molem hmotnosti M1 a M2. V reálných podmínkách je velmi obtížné poskytnout čistě Knudsenův mechanismus pro separaci složek pomocí porézních membrán. To je způsobeno jejich adsorpcí nebo kondenzací na stěnách pórů přepážky a vznikem dodatečného tzv. kondenzace nebo povrchové proudění plynu, jehož přítomnost vede ke snížení Kp.

Při použití neporézních membrán se separace plynů provádí díky rozdílné rychlosti difúze složek přes přepážky. U takových membrán je propustnost plynů a par o 2-3 řády nižší než u porézních, ale selektivita je mnohem vyšší. Množství plynu procházející jednotkou plochy povrchu pevné přepážky za jednotku času je určeno f-le: V = K rxx [(c 1 -c 2 / d)] = K r [(p 1-p 2) / d] , kde s 1, s 2 a p 1, p 2 - přísl. koncentrace a parciální tlaky penetrující složky v proudu plynu na obou stranách membrány o tloušťce d; K r -koeff. propustnost plynu. S nárůstem t-ry roste hodnota G pro neporézní přepážky, zpravidla však klesá j, což lze v první aproximaci vyjádřit jako poměr koef. například propustnost čistých složek směsi pro plyny. pro vzduch j O2 = K r, O2 / K r, N2.

Membránová separace plynů se používá: pomocí porézních membrán - při výrobě obohaceného U, k čištění vzduchu od radioaktivního Kr, k extrakci He z přírody. plyn atd.; pomocí neporézních membrán - pro odsávání Н 2 z čistících plynů výrobního NH 3 a dalších (hlavně kovové přepážky na bázi slitin Pd), pro obohacování vzduchu kyslíkem, regulaci plynného prostředí v komorách skladování ovoce a zeleniny, pro extrakci Н 2, NH 3 a Not z přírody. a technol. plynů, separaci uhlovodíků a dlouhodobě pro regeneraci oxidů S z emisí plynů (kap. polymerní membrány).

I sp a n a e prostřednictvím membránové y-separace kapalinysměsi, jejichž složky mají různé koeficienty. difúze. Zpočáteční roztok přes membránu v proudu inertního plynu nebo evakuací se používá k odstranění par permeátu, které pak kondenzují. Při separaci dochází k sorpci rozpuštěné látky membránou, její difúzi přepážkou a desorpci do plynné fáze; proces popisuje Fickův ur-ni. Složení par závisí na teplotě procesu (vliv tlaku na jeho charakteristiky je nevýznamný), materiálu membrány, složení roztoku atd. Pro zvýšení rychlosti procesu se roztok zahřívá na 30-60°C. Membrány jsou obvykle neporézní polymerní filmy vyrobené z pryže, celofánu, polypropylenu nebo polyethylenu, fluoroplastu atd. Většího separačního účinku se dosahuje při použití lyofilních materiálů pro výrobu membrán. Rychlost pronikání složek přes přepážky je vyšší u částic: a) s menším mol. hmotnost v řadě homologů; b) se stejným molem. hmotnost a menší rozměry; c) se stejným molem. hmota, ale méně složitá ve struktuře; d) s dobrou rozpustností v materiálu a vysokým koeficientem. difúze skrz něj.

Kontinuální difúzní membrány jsou vysoce hydrodynamické. odolnost, proto by měly být používány ve formě ultratenkých filmů o tloušťce 0,02-0,04 mikronů fixovaných na porézních substrátech. Proces se používá k separaci azeotropních směsí, kapalných uhlovodíků, vodných roztoků kyseliny uhličité, ketonů a rozpuštěných látek různými rychlostmi difundují, stanoveno experimentálně, a b 1 a b 2 jsou odpovídající. koef. rychlost přenosu látek v konc. řešení do oddílu a z něj se rozbít. řešení; d je tloušťka membrány; D-koeficient difúze rozpuštěné látky. Proces se využívá při výrobě umělých vláken (oddělování vymačkávací alkálie od hemicelulózy), řada biochem. přípravky pro čisticí roztoky biologicky aktivních látek.

Membránový aparát dále dělené na ploché komorové, trubkové, válečkové, s dutými vlákny a také elektrodialyzátory (viz výše). U zařízení s plochou komorou (obr. 3) se separační prvek skládá ze dvou plochých (plechových) membrán, mezi kterými je porézní drenážní materiál. Prvky jsou umístěny v malé vzdálenosti od sebe (0,5-5 mm), v důsledku čehož se mezi nimi vytvářejí membránové kanály, kterými cirkuluje separovaná směs. Výsledná koncentraceodpad je odstraněn ze zařízení a permeát je vypouštěn přes drenážní materiál do sběrače. K turbulizaci proudění příčným mícháním a zamezení kontaktu propustných prvků se používá síťový separátor. V případě potřeby prostředky. koncentrace výchozího roztoku v přístroji se několikrát nastaví. sekvenčně pracující sekce. Plocha separační membrány na jednotku objemu přístroje, tzn. hustota balení membrány pro zařízení s plochou komorou je nízká (60-300 m 2 / m), proto se používají v instalacích s malou kapacitou pro separaci kapalných a plynných směsí.

solí, jakož i pro separaci plynných směsí.

Rýže. 4. Trubkový aparát: 1-membránový; 2-odvodnění materiál; 3-trubkový filtrační prvek.

V rolovacích nebo spirálových zařízeních (obr. 5) má membránový prvek podobu obalu; tři jeho okraje jsou utěsněny a čtvrtý je připevněn k perforované trubce pro odvod permeátu, na kterou je našroubován sáček se síťovým separátorem. Proud, který se má oddělit, se pohybuje v axiálním směru přes mezimembránové kanály a spirála permeátu skrz drenážní materiál a vstupuje do výstupní trubky. Zařízení tohoto typu se vyznačují vysokou hustotou balení membrán (300-800 m 2 / m 3), ale jeho výroba je obtížnější než zařízení s plochou komorou. Používají se v zařízeních střední a velké kapacity pro separaci kapalných a plynných směsí.

Rýže. 5. Rolovací aparát: a-pouzdro, b-filtrace živel; 1-membránový; 2-drenážní materiál; 3-přidržovač; 4-oddělovač; 5-ti větvená trubka.

U zařízení s vláknitými membránami (obr. 6) bývá pracovním prvkem válec, do kterého je umístěn svazek dutých vláken o vnějším průměru 80-100 mikronů a tloušťce stěny 15-30 mikronů. Oddělený roztok zpravidla omývá vnější povrch vlákna a podél nějjeho int. permeát je vypouštěn do kanálu. Vzhledem k vysoké hustotě balení membrán (až 20 000 m 2 / m 3) se tato zařízení používají ve velkokapacitních odsolovacích zařízeních (desítky tisíc m 3 / den).
Kondenzátory inertního plynu a par; pro dialyzační plochou komoru a jinou membránu.

M Membránové separační procesy se provádějí zpravidla v t-re prostředí bez fázových přeměn a použití chemikálií. činidel, což spolu s jednoduchostí konstrukce hardwaru a jeho údržby předurčuje jejich účinnost a široké vyhlídky pro vytvoření zásadně nové, nízkoenergetické a ekologicky šetrné výroby (viz také Bezodpadová výroba). Pro organizaci a praktické realizace prací v oblasti membránových technologií v SSSR vytvořil (1986) interdisciplinární vědeckotechnický. complex "Membranes, pod vedením R. Laceyho a S. Loeba, přeloženo z angličtiny., M., 1976; Nikolaev N.I., Diffusion in membráns, M., 1980; Hwang S.-T., Kammermeyer K., Membrane separační procesy, přeloženo z angličtiny, M., 1981; Dubyaga VP, Perepechkin LP, Katalevsky EE, Polymer membráns, M., 1981; "Advances in Chemistry", 1988, t. 57, 6. století Yu.I. Dytnersky.

Strana "PROCESY ODDĚLOVÁNÍ MEMBRÁN" připravené na základě materiálů

V různých průmyslových odvětvích jsou procesy membránové separace a čištění stále důležitější: reverzní osmóza, mikro- a ultrafiltrace a elektrodialýza. Tyto procesy umožňují vytváření uzavřených výrobních cyklů spotřeby vody.

Separace a čištění látek přispívá k řešení problémů spojených s potřebou zlepšit kvalitu chemických produktů (snížit obsah nečistot), s využitím surovin s nízkým obsahem cenných sloučenin, s potřebou ochrany životního prostředí (snížení vypouštění průmyslových odpadních vod, čištění odpadních vod).

Návrat cenných složek průmyslových odpadních vod do výrobního cyklu umožňuje nejen chránit životní prostředí před znečištěním, ale také zvýšit efektivitu různých fází průmyslové výroby a snížit množství spotřebovaných surovin. Doplňkovým zdrojem surovin pro výrobu potravin a krmiv je využití cenných složek odpadních vod z potravinářského a mikrobiologického průmyslu.

V současnosti se kvalita přírodních vod zhoršuje v důsledku růstu obsahu solí v nich. Aby nedocházelo ke znehodnocování přírodních vod, jsou v podnicích nutné uzavřené systémy cirkulace vody. Současná ekologická situace je taková, že bez membránových procesů není možné zachovat životně důležité vlastnosti vody. U některých technologických fází výroby však membránové procesy stále nedávají vysoký účinek, proto je nutné je kombinovat s tradičními metodami čištění a separace s ohledem na technické a ekonomické ukazatele spotřeby vody.

Ekonomickou efektivitu a konkurenceschopnost membránových procesů lze výrazně zvýšit integrovaným přístupem ke zpracování technologických a slaných vod, který zajišťuje návrat do výrobního cyklu nejen hlavní složky – vody, ale i dalších cenných látek. K tomu by se mělo provádět nejen separace nečistot, ale také jejich separace, to znamená, že je nutné zvýšit selektivitu membrán a membránových procesů. V mnoha procesech chemické technologie, kdy se používají kyseliny a zásady, dochází k neutralizaci, tedy k degradaci obrovského množství těchto sloučenin, což v konečném důsledku vede ke znečištění přírodních vodních zdrojů.

Membránové čištění a separační procesy mohou být základní při syntéze chemických sloučenin, odstraňování látek z reakční směsi, regulaci podmínek procesu: pH, koncentrace činidel atd. Povrch membrány může mít katalytickou aktivitu nebo redoxní vlastnosti.

Výzkum membránových procesů se rozvíjí několika směry: vývojem nových membránových materiálů, modelů transportních jevů, metod výpočtu membránových modulů a optimalizačních výpočtů pro různé objekty a výrobní fáze. Největší efekt se očekává od výzkumu v oblasti hydrodynamiky a povrchové chemie.

Membránové procesy se úspěšně používají k separaci směsí organických a anorganických látek. Tyto procesy se liší především hnacími silami. Rozdíl v hydrostatickém tlaku - ultrafiltrace a reverzní osmóza (baromembránové procesy); rozdíl v elektrických potenciálech - elektrodialýza, rozdíl v koncentraci - dialýza. Existují i ​​„zkřížené“ membránové procesy, které využívají dvě a více hnacích sil: piezodialýza, elektroosmóza atd. Toto rozdělení membránových procesů se odráží v materiálu použitých membrán: polopropustné – pro reverzní osmózu, ultrafiltrace – pro ultrafiltraci, pro ultrafiltraci, pro ultrafiltraci a pro ultrafiltraci. iontová výměna - pro elektrodialýzu atd.

Tato tradičně zavedená klasifikace membránových procesů je založena na jejich rozdělení do skupin na základě fyzikálně-chemických vlastností používaných k rozdělení směsí na složky. Tato přirozená neboli přirozená klasifikace však do jisté míry brzdí vývoj membránových procesů jako celku kvůli ostrým liniím mezi jednotlivými procesy.

Definice membrány.

V současnosti většina výzkumníků pracujících v oblasti membránové technologie chápe membránu jako oblast, která ohraničuje dvě fáze. V tomto ohledu mohou být membrány plynné, kapalné, pevné nebo mohou být kombinací těchto tří stavů. Pojem "plocha" se v této definici používá místo obvyklého pojmu "hranice povrchů". Současně by mezifázové hranice dvou nemísitelných kapalin, plynu a kapaliny, plynu a pevné látky, neměly být považovány za membrány. Každý výzkumník má zpravidla svou vlastní představu o membráně. V této souvislosti je obtížné poskytnout přesnou a úplnou definici membrány, která by pokrývala všechny její aspekty. Bude však snazší poskytnout takovou definici, pokud se omezíme pouze na syntetické struktury. V nejobecnějším smyslu slouží syntetická membrána jako hranice, která odděluje dvě fáze a určitým způsobem omezuje přenos různých látek z jedné fáze do druhé.

Membrány mohou být složeny z různých materiálů a struktur. Membrány mohou být homogenní nebo heterogenní, symetrické nebo asymetrické ve své struktuře, mohou být "neutrální", nést pouze záporné nebo pouze kladné náboje nebo obojí dohromady. Přenos hmoty membránou může být způsoben difúzním nebo konvektivním prouděním, které jsou způsobeny gradienty hydrostatického tlaku, teploty, chemického nebo elektrochemického potenciálu. Mnoho materiálů je vlastně membránových, jedná se o ochranné nátěry a obaly. Všechny materiály, které fungují jako membrány, mají jedno společné: striktně definovaným způsobem omezují průchod různých chemikálií membránou.

V současné době se při separaci, izolaci, koncentraci a čištění radioaktivních látek stále více uplatňuje membránová technologie.

Membránová technologie - průmyslové procesy založené na metodách membránové separace a využívající membránová zařízení pro separaci roztoků, směsí plynů a koloidních systémů.

Membránové separační procesy jsou založeny na převládající permeabilitě jedné nebo více složek směsi kapaliny nebo plynu a také koloidního systému přes oddělovací přepážkovou membránu.

Hnací silou membránových separačních procesů je rozdíl v chemickém nebo elektrochemickém potenciálu na obou stranách přepážky. Membránové procesy mohou být způsobeny gradienty: tlak (reverzní osmóza, nano-, ultra- a mikrofiltrace), elektrický potenciál (elektroosmóza, elektrodialýza, elektroionizace), koncentrace (osmóza, dialýza, difuzní separace plynů, odpařování přes membránu), teplota nebo kombinace několika faktorů. Podle charakteru separovaných fází se membránové procesy dělí na kapalnou fázi (baromembrána, dialýza, elektrodialýza), plynnou fázi (difúzní separace plynů) a fázovou inverzi (pervaporace, membránová destilace, membránová extrakce).

Hlavním funkčním prvkem membránové technologie pro separaci látek je membrána.

Membrána - fólie, která obvykle funguje jako semipermeabilní separátor médií - aktivní nebo pasivní bariéra oddělující dvě fáze, přes kterou se za působení působícího silového pole látka mezi těmito fázemi přenáší.

Částečně prodyšná membrána - umělá membrána oddělující dvě kapalné nebo plynné fáze, zajišťující selektivní přenos složek těchto fází působením hnací síly.

Podle typu struktury se membrány dělí na porézní a neporézní (difúzní); ale ve stavu agregace mohou být pevné a kapalné; podle znaků morfologie se rozlišují membrány homogenní, asymetrické, kompozitní atd.; podle typu látky se membrány dělí na polymerní, kovové, skleněné, keramické, zeolitové atd. Známé jsou porézní membrány (schopné oddělovat částice podle velikosti), neporézní (schopné oddělovat molekuly přibližně stejné velikosti od sebe), symetrické, asymetrické kompozitní, kompozitní a impregnované (tekuté membrány na porézním substrátu). Porézní membrány s dostatečně velkými póry (1-10 µm) se běžně označují jako filtry. Membrány mohou být vyrobeny ve formě plochých desek, trubek, kapilár a dutých vláken.

Membránová zařízení se dělí na ploché komorové, trubicové, rolované, s dutým vláknem a elektrodialyzátory. Procesy membránové separace jsou kontinuální, probíhají při pokojové teplotě bez fázových přeměn a použití chemických činidel, což spolu s jednoduchostí hardwarového návrhu a jeho údržby určuje jejich účinnost a široké vyhlídky na vytváření úsporných, nízko- energeticky náročná a ekologicky šetrná odvětví.

Účinnost separace je dána produktivitou membrány (množství toku cílové složky na výstupu z membrány je parametrem, který určuje množství výsledného produktu) a její selektivitou (poměr toků separovaných složek na výstupu z membrány). membránový modul je parametr, který určuje čistotu výsledného produktu). Materiál membrány musí mít tepelnou, chemickou, radiační a mechanickou odolnost.

V laboratorní radiochemické praxi umožňují polymerní porézní membrány studovat koloidní stav radionuklidů v roztocích. Metodou sekvenční filtrace přes jaderné filtry s postupně se zmenšujícím průměrem pórů je tedy možné určit velikostní spektrum koloidních částic a studovat vliv na jejich tvar různé faktory... V průmyslové radiochemii nalezla membránová technologie uplatnění při zpracování kapalných radioaktivních odpadů: mikrofiltrace (velikost pórů 0,1 - 10 mikronů) odstraňuje suspendované látky a velké koloidní částice, ultrafiltrace provádí kompletní čištění odpadních vod od koloidních částic libovolné velikosti, nanofiltrace (velikost pórů 0,01 -0,1 μm) odstraňuje velké molekuly (A> 500), například velké organické komplexy těžkých kovů, reverzní osmóza se používá k odstranění solí radionuklidů a získání čisté vody.

V poslední době se ke zpracování kapalných vysoce radioaktivních odpadů používá reagenční ultrafiltrace, která umožňuje kombinovat vysokou produktivitu při nízkém provozním tlaku se schopností čistit vodu od iontových složek s jejich selektivní separací. Metoda je založena na přenosu rozpuštěných nízkomolekulárních složek do nového asociovaného molekulárního nebo koloidního stavu s následnou separací asociovaných forem vzniklých na mikroporézní anorganické membráně. Zde se v první fázi zavádějí do zpracovávaného roztoku látky akumulující radionuklidy (alkálie a (nebo) srážedlo a (nebo) polyelektrolyt a (nebo) sorbenty radionuklidů), které zajišťují převedení radionuklidů do přidruženého stavu. ve formě koloidních a makromolekulárních částic. Ve druhém stupni jsou částice a voda separovány ultrafiltrací s porézními (velikost pórů cca 0,15 μm) radiačně odolnými keramickými membránami.

K oddělení izotopů 137 Cs a 90 Sr se do výchozího roztoku zavede dispergovaný adsorbent na bázi ferokyanidu nikelnatého s průměrnou velikostí částic 20 μm, přičemž po membránové separaci je v koncentrátu 137 Cs a v koncentrátu 90 Sr. filtrovat. Při zpracování roztoku s izotopovým složením | 44 Ce, 154 Eu, 243 Am, 13" Cs se do výchozího roztoku zavádí alkálie (hydroxid amonný) jako korekční přísada na pH 8,7. Zde je 137 Cs již ve filtrátu, a všechny ostatní nuklidy - v koncentrátu.To je vysvětleno neúčastí cesiových iontů na hydrolýze, do které aktivně vstupují ionty REE a TUE.Tato asociace ve formě koloidních částic hydroxidů umožňuje jejich prakticky úplné zadržen semipermeabilní membránou v koncentrátu.

Jak již bylo zmíněno, extrakce je široce používána v radiochemickém průmyslu. V poslední době se za perspektivní považuje použití jedné z variant této metody – membránové extrakce založené na použití tekutých membrán.

Kapalné membrány - semipermeabilní kapalné filmy nebo vrstvy, které zajišťují selektivní přenos látek v procesu přenosu hmoty mezi kapalnou a (nebo) plynnou fází.

Rozlišují se volné, impregnované a emulzní tekuté membrány.

Impregnované kapalinové membrány jsou kapalinou impregnované porézní filmy nebo vlákna (obrázek 3.6). Takové membrány mohou být jednosložkové a vícesložkové. Jednosložková membrána je pouze selektivním rozpouštědlem (pasivní přenos) látky, která přes ni proniká. Vícesložkové kapalné membrány obsahují chemické nosné sloučeniny rozpuštěné v membránové kapalině a schopné selektivně vázat a přenášet difundující látku přes membránu (aktivní transport).

Extrakce membrány - extrakce pomocí kapalinových membrán (JM), sestávající z pevné nosné matrice impregnované organickým extraktantem.

Jako matrici lze například použít porézní polyvinylchloridový nebo propylenový film a jako extrakční činidlo lze použít estery kyseliny fosforečné, aminy a organické kyseliny. Membránová extrakce spočívá v převedení extrahované složky přes LM z koncentrovanějšího roztoku do méně koncentrovaného a zahrnuje následující stupně: extrakce, tzn. tvorba v membráně ze strany koncentrovanějšího roztoku organického komplexu; difúze komplexu přes FM směrem k roztoku s nižší koncentrací; reextrakce, tzn. destrukce organického komplexu s přechodem extrahované sloučeniny do roztoku (na druhé straně LM); reverzní difúze uvolněného extraktantu v membráně.

Při membránové extrakci anorganických látek organická

Rýže. 3.6.

1 - membrána, v jejíchž pórech se nachází extraktant; 2 - reextraktant; 3 - přírodní voda; I - vodný roztok; II - extraktant; III - reextrahovací kapalina obsahující extrakční činidlo-nosič, který odděluje původní a reextrahovací vodné roztoky. Tímto způsobem je například možné selektivně extrahovat ionty libovolného kovu z výchozího vodného roztoku a v jednom stupni získat vyšší koncentraci tohoto kovu ve stripovacím vodném roztoku. Výhody perstruktorů: vysoká selektivita, dobrý výkon, kompaktnost, nízká spotřeba energie zařízení. Při membránové extrakci nedochází k vzájemné kontaminaci extrahovaných a extrakčních roztoků, což výrazně zvyšuje účinnost metody.

Metoda membránové extrakce umožňuje efektivně extrahovat radionuklidy z vodných roztoků. Příklady:

• extrakce na kvazi-kapalinou impregnovaných stabilizovaných membránách s lipofilními extrakčními činidly - pro selektivní extrakci radioaktivních izotopů stroncia a cesia z vodných roztoků;
• membránová extrakce pomocí imobilizovaných kapalných membrán, emulzních a kapalných membrán, jakož i dvouvrstvých lipidových membrán - pro extrakci lanthanoidů a aktinidů z chloridových a nitrátových vodných roztoků;
• zpracování vícesložkových vodných roztoků radionuklidů na permstraktorech s mobilním kapalným nosičem.

K analýze přírodních vod na přítomnost radionuklidů v nich se používají membránové extrakční disky MED - jednoduchá zařízení pro selektivní extrakci radioaktivního kovu z vody. Makrokapsle velikosti a tvaru drobné mince je mikrorezervoár se stěnami z impregnované tekuté membrány obsahující lipofilní komplex v pórech hydrofobního substrátu, který je selektivní pro analyzovaný kov - nosič typu nosiče. Dutina rezervoáru obsahuje stripovací roztok a v případě potřeby indikátor, který tvoří barevný komplex s kovovými ionty. DER umístěný v proudu analyzované vody z ní selektivně extrahuje kov, který se akumuluje ve vnitřním stripovacím roztoku. Pokud je v tomto případě v systému realizován protipřenos jakékoli složky ze stripovacího roztoku, například protonů (varianta membránové extrakce s aktivním protisměrným transportem), spojený s přenosem iontu kovu, pak to umožňuje dosáhnout mnohonásobné koncentrace analyzovaného kovu ve stripovacím roztoku a stupeň koncentrace může dosáhnout 10 000. Analýza množství kovu absorbovaného membránovým extrakčním diskem se provádí tradičními metodami po jeho otevření nebo radiometrie bez destrukce, s možností dalšího využití.

Membránové metody našly uplatnění v analytické praxi, zejména při kvalitativní a kvantitativní analýze radionuklidů v přírodním prostředí. Jak je známo, obtíže radiochemické analýzy spočívají v tom, že koncentrace radionuklidů v objektech životního prostředí je extrémně nízká a většina nejnebezpečnějších a-zářičů nemá izotopové nosiče. Membránové metody značně usnadňují pracné operace oddělování analyzovaného vzorku od velké hmoty matrice. Například pro koncentraci radionuklidů při analýze přírodních vod se jako optimální ukázalo použití komplexotvorné ultrafiltrace.

Izolaci minoritních aktinidů (Np, Am, Cm) z kapalných odpadů radiochemického zařízení lze provádět pomocí kapalných membrán, ve kterých je extraktant umístěn na nosiči z dutých vláken (např. z hydrofobního mikroporézního polypropylenu). Diglykolové extraktanty účinně extrahují trojmocné aktinidy z roztoků obsahujících tetra- a šestimocné aktinidy.

Měření rozměrových spekter koloidních a aerosolových částic se provádí pomocí jaderných membránových filtrů (obr. 3.7). Mikroporézní filtry se získávají ozařováním polymerních filmů urychleným těžkým

Rýže. 3.7.

Rýže. 3.8.

1 - neporézní pracovní vrstva (tloušťka 0,3 nm); 2 - porézní substrát

ionty s následným leptáním zničených oblastí polymeru. Průchozí kanály pravidelného tvaru se objevují podél trajektorie iontů. Charakteristickým rysem takových membrán je vysoká jednotnost velikostí pórů a schopnost je měnit v širokém rozmezí (0,01 - 10 mikronů). To umožňuje jejich použití při separaci mikročástic podle velikosti pro koncentraci, ultrajemné čištění kapalných a plynných médií, sterilizaci kapalin atd. Vzhledem k velkému počtu otvorů (1 × 10 e -1 10 9 cm kapalin a plynů .

Pro jejich výrobu se používají filmy lavsan o tloušťce asi 10 mikronů a další polymerní materiály, které jsou odolné vůči vnějším vlivům.

Membránové metody jsou zvláště široce používány pro separaci radioaktivních plynů. Porézní cermetové membrány se používají k separaci 235 UF 6 a 238 UF 6 (obohacování uranu) a kovové membrány (například slitiny palladia) se používají k extrakci tritia z plynových rázů. Neporézní polymerní asymetrické membrány s tenkou neporézní pracovní vrstvou (vyrobené např. z polyvinyltrimethylsilanu, PVTMS, obr. 3.8) - pro čištění vzduchu od radioaktivních izotopů kryptonu a xenonu, pro separaci radioaktivních vzácných plynů, pro radon čištění při radonové terapii.

GOST R ISO 15859-7-2010

Skupina L21

NÁRODNÍ STANDARD RUSKÉ FEDERACE

VESMÍRNÉ SYSTÉMY

Charakteristiky kapalin, techniky odběru vzorků a analýzy

Část 7

RAKETOVÉ PALIVO NA BÁZI HYDRAZINU

Vesmírné systémy. Vlastnosti kapalin, odběr vzorků a metody analýzy. Část 7. Hydrazinová hnací látka

OKS 71 080,30 *
OKP 24 7640
________________
* V IUS 10-2011 je uveden s OKS 49.140. -
Poznámka výrobce databáze.

Datum představení 2012-01-01

Úvodní slovo

Cíle a zásady normalizace v Ruské federaci jsou stanoveny federálním zákonem ze dne 27. prosince 2002 N 184-FZ „O technickém předpisu“ a pravidly pro aplikaci národních norem Ruské federace - GOST R 1.0-2004 "Standardizace v Ruské federaci. Základní ustanovení"

Informace o standardu

1 PŘIPRAVIL FSUE „VNITSMV“ na základě vlastního autentického překladu normy uvedené v odstavci 4 do ruštiny

2 PŘEDSTAVENO Technickým výborem pro normalizaci TC 339 „Bezpečnost surovin, materiálů a látek“

3 SCHVÁLENO A UVEDENO V ÚČINNOST nařízením Spolkové agentury pro technickou regulaci a metrologii č. 930 ze dne 21. prosince 2010

4 Tato norma je totožná s mezinárodní normou ISO 15859-7: 2004 * "Vesmírné systémy. Charakteristiky, vzorkování a metody analýzy kapalin. Část 7. Raketové palivo na bázi hydrazinu" (ISO 15859-7: 2004 "Vesmírné systémy - Charakteristika kapalin, odběr vzorků a zkušební metody - Část 7: Hydrazinová pohonná látka ").
________________
* Přístup k mezinárodním a zahraničním dokumentům uvedeným v textu lze získat kontaktováním Služby uživatelské podpory. - Poznámka od výrobce databáze.

Při aplikaci této normy se doporučuje používat místo referenčních mezinárodních norem odpovídající národní normy Ruské federace a mezistátní normy, o kterých jsou informace uvedeny v doplňkové příloze ANO

5 POPRVÉ PŘEDSTAVENO


Informace o změnách tohoto standardu jsou zveřejňovány v každoročně vydávaném informačním indexu "Národní standardy" a text změn a doplňků - v měsíčně vydávaných informačních indexech "Národní standardy". V případě revize (náhrady) nebo zrušení tohoto standardu bude odpovídající upozornění zveřejněno v měsíčním zveřejňovaném informačním indexu „Národní standardy“. Příslušné informace, upozornění a texty jsou také zveřejněny ve veřejném informačním systému - na oficiálních stránkách Spolkové agentury pro technickou regulaci a metrologii na internetu

Úvod

Úvod

Operace raketového paliva na bázi hydrazinu na místě startu nebo na místě startu kosmické lodi mohou zahrnovat více operátorů a rozhraní mezi dodavatelem a spotřebitelem od výrobního závodu až po dodávku na nosnou raketu nebo kosmickou loď. Účelem této normy je stanovit jednotné požadavky na součásti, metody odběru vzorků a metody analýzy pro pohonné látky na bázi hydrazinu používané při údržbě kosmických lodí a pozemních zařízení. Stanovená omezení pro složení pohonných hmot na bázi hydrazinu jsou určena k určení limitů čistoty a nečistot u pohonných hmot na bázi hydrazinu pro doplňování paliva do kosmických lodí a lodí. Metody odběru vzorků a analýzy pro hydrazinové pohonné látky jsou přizpůsobeny každému operátorovi. Metody odběru a analýzy pro hydrazinové pohonné hmoty jsou vhodné pro sledování mezních hodnot hydrazinových pohonných hmot.

1 oblast použití

Tato norma platí pro bezvodý hydrazin používaný jako pohonná látka v kosmických systémech, jakož i v letadlových a pozemních zařízeních, systémech a zařízeních následujících jakostí:

- standardní paliva: běžná výroba a kontrola kvality (vhodné pro většinu účelů);

- jednosložkové palivo: běžné palivo s přísnou kontrolou obsahu nečistot (určeno pouze pro raketové motory pracující na jednosložková katalytická paliva v případech, kdy je požadováno prodloužení životnosti katalyzátoru);

- palivo vysoké čistoty: speciální výroba s přísnou kontrolou množství nečistot.

Tato mezinárodní norma pokrývá odběr vzorků požadovaný k zajištění toho, že pohonné látky na bázi hydrazinu, když jsou zavedeny do nosné rakety, kosmické lodi nebo lodi, jsou ve složení v mezích specifikovaných v této normě nebo technické dokumentaci dohodnuté pro konkrétní aplikaci.

Tato mezinárodní norma specifikuje limitní hodnoty pro obsah složek a fyzikální vlastnosti bezvodého hydrazinu (NH) a požadavky na odběr vzorků a analytické metody pro kontrolu složení bezvodého hydrazinu.

2 Normativní odkazy

Tato norma používá normativní odkaz na následující mezinárodní normu *:
_______________
* Pro datované odkazy platí pouze citované vydání. U nedatovaných odkazů poslední vydání normy včetně všech změn a doplňků.
Tabulka shody národních norem s mezinárodními viz odkaz. - Poznámka od výrobce databáze.


ISO 9000 Systémy managementu jakosti. Základy a slovní zásoba (ISO 9000, Systémy managementu kvality - Základy a slovní zásoba)

3 Termíny a definice

Tato mezinárodní norma používá termíny z ISO 9000 a také následující termíny s odpovídajícími definicemi:

3.1 pevné částice(částice) (standardní druh paliva): Nerozpustné částice zbývající na filtračním papíru, jmenovitá velikost 10 a 40 µm.

3.2 pevné částice(částice) (třídy monopropelantu a vysoce čistých paliv): Nerozpustné částice zůstávající na filtračním papíru, nominální velikost 2 a 10 mikronů.

3.3 důkazní test ověřovací testan analýza prováděná na kapalině v nádobě nebo na vzorku z nádoby, která je reprezentativní pro zásilku, která ověřuje limity chemického složení pohonných látek na bázi hydrazinu

4 Chemické složení a fyzikální vlastnosti

4.1 Chemické složení

Pokud není v příslušné technické dokumentaci stanoveno jinak, musí chemické složení pohonných látek na bázi hydrazinu dodávaných do letadla vyhovovat limitům stanoveným v tabulce 1, když jsou zkoušeny v souladu s použitelnými analytickými metodami.


Tabulka 1 - Limity chemického složení pro raketové palivo na bázi hydrazinu

4.2 Fyzikální vlastnosti

Při vizuálním pozorování v procházejícím světle musí být hnací látkou bezbarvá, homogenní kapalina.

5 Doručení

Hydrazin jakostí specifikovaných v části 1 musí být dodáván v souladu s touto normou.

6 Odběr vzorků

Varování- Hydrazin v kapalném a plynném stavu je hořlavé, toxické, těkavé palivo a je vysoce reaktivní při kontaktu s oxidačním činidlem. Při manipulaci a skladování hydrazinu je třeba postupovat opatrně, používat ochranné prostředky a vyhýbat se kontaktu s materiály, které nejsou kompatibilní s hydrazinem.

6.1 Plán odběru vzorků

Aby bylo zajištěno, že chemické složení hydrazinové pohonné látky je v mezích stanovených touto normou, musí všichni zúčastnění operátoři vytvořit plán vzorkování hydrazinu od výroby až po naložení do kosmické lodi a schválit jej koncovým uživatelem. Odběrové a analytické metody musí splňovat všechny bezpečnostní předpisy a pravidla. Tento plán by měl stanovit:

- odběrová místa;

- techniky odběru vzorků;

- četnost odběru vzorků;

- objem vzorků;

- počet vzorků;

- metody analýzy;

- odpovědnost za odběr vzorků každého provozovatele.

6.2 Odpovědnost za odběr vzorků

Pokud není v příslušné technické dokumentaci uvedeno jinak, dodavatel odpovědný za zásobování letadla palivem na bázi hydrazinu by měl odebrat vzorky a ověřit kvalitu hydrazinu dodávaného do letadla dodavatelem. Dodavatel může použít své vlastní nebo jiné zdroje vhodné k provádění kontrolních analýz specifikovaných v této mezinárodní normě, pokud zákazník nenařídí jinak.

6.3 Místa odběru vzorků

Pokud není uvedeno jinak, doporučuje se odběr vzorků v místě, kde jsou skladovány pohonné látky na bázi hydrazinu, nebo před doplňováním paliva do letadla.

6.4 Četnost odběru vzorků

Odběr vzorků by měl být prováděn ročně nebo podle harmonogramu dohodnutého mezi dodavatelem a zákazníkem.

6.5 Objem vzorku

Množství paliva na bázi hydrazinu v jedné nádobě na vzorek by mělo být dostatečné pro provedení limitní analýzy. Pokud jeden vzorek obsahuje nedostatečné množství hydrazinu k provedení všech analýz požadovaných k potvrzení kvality, měly by být odebrány další vzorky za podobných podmínek.

6.6 Počet vzorků

Počet vzorků by měl být následující:

a) jeden vzorek - ze skladovací nádoby;

b) libovolný počet vzorků - dle dohody mezi dodavatelem a spotřebitelem.

6.7 Skladovací kontejner

Pokud není v platném plánu odběru vzorků stanoveno jinak, nesmí být skladovací nádoba po odebrání vzorku znovu naplněna.

6.8 Kapalné vzorky

Kapalné vzorky by měly být reprezentativní vzorky ze zásoby kapalného hydrazinu. Vzorky by měly být odebírány jednou z následujících metod:

a) současným plněním nádoby na vzorky a skladovacích nádob ze stejného potrubí a za stejných podmínek za použití stejného postupu;

b) vyjmutím vzorku z dodané nádobky pomocí vhodného připojení k nádobce na vzorek. Mezi dodanou nádobou a nádobkami na vzorky nepoužívejte regulátor tlaku (vhodné proplachovací a vypouštěcí ventily jsou přijatelné). Z bezpečnostních důvodů musí mít vzorkovací nádobka a vzorkovací systém konstrukční provozní tlak stejný nebo větší než tlak dodávané nádoby.

6.9 Zamítnutí

Jestliže některý vzorek hydrazinové pohonné látky testovaný v souladu s kapitolou 7 nesplňuje požadavky této normy, hydrazinová pohonná látka reprezentovaná tímto vzorkem se vyřadí. Postup pro likvidaci vyřazeného raketového paliva na bázi hydrazinu stanoví spotřebitel.

7 Metody analýzy

7.1 Obecné

Dodavatel musí zajistit úroveň kvality hydrazinu. Alternativní metody analýzy jsou popsány v 7.3-7.12. Jiné metody analýzy než ty, které jsou uvedeny v této mezinárodní normě, jsou přijatelné, pokud se dohodnou mezi dodavatelem a zákazníkem.

Tyto testy jsou jedinou analýzou nebo řadou analýz prováděných na hydrazinových pohonných hmotách, aby se potvrdilo, že sklad je schopen dodávat požadovanou úroveň kvality. To lze zkontrolovat analýzou reprezentativních vzorků pohonných látek na bázi hydrazinu odebraných ze skladů v pravidelných intervalech podle dohody mezi dodavatelem a spotřebitelem. Testování může provádět dodavatel nebo laboratoř vybraná po dohodě dodavatele a zákazníka.

Požadavky zkoušky by měly zahrnovat stanovení všech limitních parametrů hydrazinu.

7.2 Parametry analýzy

Parametry pro analytické metody uvedené v oddílech 7.3-7.12 jsou následující:

- čistota a obsah nečistot by měly být vyjádřeny v hmotnostních procentech (% hm.), pokud není uvedeno jinak;

- kalibrační standardy plynu obsahující kapalné složky mohou být vyžadovány pro kalibraci analytických přístrojů používaných ke stanovení mezních hodnot pohonných látek na bázi hydrazinu;

- na žádost spotřebitele musí být přesnost měřicího zařízení použitého při přípravě těchto referenčních materiálů potvrzena oficiálním normalizačním institutem;

- analytické zařízení by se mělo používat v souladu s pokyny výrobce.

7.3 Čistota hydrazinu

Čistota hydrazinu se stanoví plynovou chromatografií. Tuto metodu lze použít ke stanovení nejen čistoty hydrazinu, ale také ke stanovení obsahu vody, čpavku, anilinu a dalších těkavých složek obsahujících uhlík (příloha A.) Analyzátor by měl být schopen oddělit a detekovat složku s citlivost 10 % stanoveného maximálního obsahu této složky. ... Analyzátor by měl být kalibrován na příslušné rozsahy pomocí kalibračních standardů.

Částice se zjišťují gravimetrickým měřením. Známý objem paliva se přefiltruje přes předem zvážený testovací membránový filtr a stanoví se zvýšená hmotnost membránového filtru po promytí a vysušení. Stanoví se také změna hmotnosti kontrolního membránového filtru umístěného pod testovacím membránovým filtrem. Množství pevných částic je určeno nárůstem hmotnosti testovacího membránového filtru vzhledem k referenčnímu membránovému filtru.

a) iontovou chromatografií;

b) kolorimetrická metoda s thiokyanátem rtuťnatým;

c) potenciometrická metoda s použitím chloridové selektivní elektrody;

d) potenciometrická metoda využívající titraci dusičnanem stříbrným.

Obsah chloridů nelze stanovit přímou metodou ve vzorku kapalného hydrazinu, ale lze jej stanovit v netěkavém zbytku po jeho rozpuštění ve vodném roztoku kyseliny.

a) plynovou chromatografií podle 7.3;

(b) Ultrafialovou spektroskopií pro hydrazin jako jednopalivovou třídu.

a) atomovou absorpcí;

b) kolorimetrická metoda;

(c) Emisní spektrometrie argonového indukčně vázaného plazmatu.

Obsah železa nelze stanovit přímou metodou ve vzorku kapalného hydrazinu, ale lze jej stanovit v netěkavém zbytku po jeho rozpuštění ve vodném roztoku kyseliny.

Vzorek musí být vstříknut do silné kyseliny, aby absorbovala složky hydrazinu a amoniaku a uvolnila oxid uhličitý. Obsah oxidu uhličitého se pak stanoví jednou z následujících metod:

a) plynovou chromatografií. Tato technika by měla být selektivní pro separaci a analýzu oxidu uhličitého;

b) infračervenou analýzou;

c) kolorimetrická metoda, selektivní pro CO.

7.12 Obsah ostatních těkavých složek obsahujících uhlík

Dodatek A (odkaz). Aplikace plynové chromatografie (GC).

Příloha A
(odkaz)

Plynová chromatografie (GC) se doporučuje jako referenční nebo preferovaná metoda pro analýzu nečistot hydrazinu, jako je čpavek a voda, anilin (pro vysoce čisté palivo), jiné těkavé látky obsahující uhlík a oxid uhličitý pro kontrolu čistoty hydrazinu.

Tabulka A.1 ukazuje použití těchto metod pro analýzu hydrazinu.


Tabulka A.1 - Aplikace GC

Dodatek ANO (odkaz). Informace o souladu uvedených mezinárodních norem s referenčními národními normami Ruské federace (a mezistátními normami jednajícími v této funkci)

Dodatek ANO
(odkaz)

Tabulka ANO.1

Elektronický text dokumentu
připravil Kodeks CJSC a ověřil:
oficiální publikace
M.: Standartinform, 2011

Membránová technologie (membranologie, membrána) je avantgardním směrem ve vývoji vědy a moderních technologií. Membránové metody pro oddělování plynných a kapalných médií již zaujaly pevné místo mezi průmyslovými technologickými procesy, i když plný vznik a návrat membránové vědy a techniky se očekává později.

Podstata procesu membránové separace je následující. Počáteční (plynná nebo kapalná, binární nebo vícesložková) směs látek separovaných v aparatuře přichází do kontaktu s polopropustnou membránou na její jedné straně a díky speciálním vlastnostem membrány filtrát (permeát - Permeát) prochází přes je obohacen o jednu ze složek výchozí směsi. Separace může být tak úplná, že filtrát neobsahuje prakticky žádné nečistoty těch složek výchozí směsi, které jsou zadrženy membránou a jsou odstraňovány z aparatury na druhé straně membrány ve formě proudu koncentrátu (retentátu) . Membránová separace se vyznačuje především těmito hlavními parametry všech membrán: propustností, selektivitou a stabilitou v čase. Propustnost je specifický výkon membrány, který se rovná množství filtrátu (kg/h), přes jednotku povrchu membrány (m2), nebo je to rychlost procesu separace membrány (kg/(m2-h)) . Membránová selektivita (separační faktor) charakterizuje účinnost (úplnost) procesu membránové separace ve vztahu k cílové (klíčové) složce. Z existujících hypotéz se k popisu přenosu hmoty v membránách používají teorie difúzní, kapilární, sorpční atd.

Membrána se nazývá film, ploché těleso, jehož délka ve dvou souřadnicích výrazně převyšuje délku ve třetí souřadnici. Membrána hraje roli určité přepážky, která působením hnací síly zajišťuje tok fyzikálního procesu selektivní (selektivní) separace směsí látek. V současné době existuje mnoho uměle připravených membrán, které mohou být reprezentovány různými strukturami - od typu hrubého síta až po extrémně tenké polymerní filmy a vlákna. Vyrábějí se z různých porézních i neporézních organických (polymerní filmy, trubičky, kapiláry, dutá vlákna, ploché tenké desky) a anorganických (zeolit, uhlík, sklo, keramika, kov) materiálů. To je způsobeno skutečností, že neexistují univerzální membrány.

Pro výrobu polopropustných membrán se používají různé materiály: polymerní fólie (polyethylen, polypropylen, polykarbonát, fluoroplast atd.); kovová fólie (ze slitin platiny, palladia, stříbra, molybdenu atd.); porézní skla (borosilikát sodný) atd. Porézní polymerní membrány se obvykle získávají odstraněním rozpouštědel nebo vymytím dříve zavedených přísad z polymerních roztoků během jejich tvorby. Takto získané membrány mají tenkou (0,25-0,50 μm) povrchovou vrstvu na mikroporézním substrátu o tloušťce 100-200 μm. Proces membránové separace se provádí v povrchově aktivní vrstvě a substrát zajišťuje mechanickou pevnost takové kompozitní membrány.

Kovové porézní membrány se vyrábějí vyluhováním nebo sublimací jedné ze složek fóliové slitiny. V tomto případě se získají vysoce porézní membrány s póry stejného průměru v rozmezí 0,1-5,0 mikronů. Dalším způsobem, jak získat porézní kovové membrány, je slinování jemně rozptýleného kovového prášku při vysoké teplotě. Porézní polymerní a kovové membrány se používají pro procesy reverzní osmózy a ultrafiltrace. Membrány jsou sestaveny do membránových modulů (systémů); mohou být polopropustné pro plyny a kapaliny nebo nepropustné.

V současné době jsou syntetické polymerní membrány základem technologických procesů využívajících principů membránové separace. K přenosu látky (přestupu hmoty) přes membrány často (ale ne vždy) dochází působením hnací síly procesu - tlakového rozdílu na obou stranách membrány - jedná se o tzv. Baromembránové separační procesy: mikrofiltrace ultrafiltrace, nanofiltrace a reverzní osmóza. Pokud je hnací silou rozdíl v koncentraci látky (složky) na hranicích před a za membránou, pak se membránová metoda nazývá dialýza. Membránová metoda, která jako hnací sílu procesu využívá rozdílu elektrických potenciálů na obou stranách membrány, se nazývá elektrodialýza. Dialýza je dnes v medicíně široce používána pro zavádění léčivých látek do těla, umístěných v kapsli ze selektivní membrány. V tomto případě se difúzní přenos léčiva z kapsle do těla prodlužuje a hlavně s konstantní koncentrací účinné složky. Rozšířená je dnes i hemodialýza – využití membrán v medicíně jako umělé ledviny, kdy se přes membránu odstraňují toxiny z těla. Dialýza se také používá v průmyslu k odstranění kyselin a zásad z odpadních vod. Membránové dialyzační procesy umožňují čistit odpadní a průmyslové roztoky (proudy, směsi) od rtuti, olova, zinku, mědi, stříbra, niklu, kadmia, chrómu. Světovými lídry ve výrobě membrán a membránových prvků jsou Dow Chemical, Filmtec, Hydranautics, Osmonics (USA).

Filtrace je hydromechanický proces oddělování pevných částic od plynů a kapalin. Konvenční filtrace odděluje suspendované částice větší než 10 mikronů (0,01 mm) od plynu nebo kapaliny. K realizaci tohoto procesu se používá tlaková ztráta před a za filtrem do 0,2 MPa, přičemž tlak procesu je omezen pevností filtru - porézního materiálu (tkaniny, vlákna, tkaná kovová síťovina z tenkého drátu , atd.). Filtrace se používá v technologiích téměř všech průmyslových odvětví.

Při mikrofiltraci mají membránové filtry pro kaly menší velikosti pórů než konvenční filtrace, a proto vyžadují velký diferenční tlak (až 0,5 MPa). V tomto případě je možné z roztoku oddělit částice o velikosti 0,1 až 10 mikronů s velikostí pórů 0,05-10 mikronů. Membrány na bázi syntetických polykarbonátových fólií se stejnými poloměry pórů (isoporézností) se efektivně používají jako filtrační materiál. Mikrofiltrace se úspěšně používá k získání sterilní vody (v tomto případě jsou rozptýlené částice zadrženy membránou), k čiření a stabilizaci vín, k náhradě pasterizace atd.

Ultrafiltrace umožňuje separaci částic o velikosti 0,001 až 0,02 mikronů (1-20 nm) s velikostí pórů 1-100 nm při přetlaku 0,3-1,0 MPa. Dokáže oddělit koloidní roztoky a roztoky vysokomolekulárních sloučenin (pro které jsou membrány nepropustné) od elektrolytů atd. Ultrafiltrace se používá také pro zahuštění mléka na smetanu, ovocné šťávy, kávu a další extrakty atd. Ultrafiltrační moduly jsou schopny oddělit z roztoků nejen bakterie, ale i viry. Voda prošlá membránovými ultrafiltry se dá pít i v případě, že byla zdrojová voda biologicky kontaminovaná. Kompozitní ultrafiltrační membrána může mít separační vrstvu o tloušťce 0,05-3,00 μm a jednu nebo dvě vrstvy nosných substrátů o tloušťce 100-110 μm.

Během nanofiltrace mohou membrány zadržet částice o velikosti řádově 1 nm při dostatečně vysokých tlacích - 0,8-3,0 MPa. Nanofiltrace se používá k odstranění organických látek a minerálních nečistot z vodných roztoků.

Selektivní (selektivní) difúze např. vody přes membrány se nazývá osmóza. Částice přítomné ve vodě jsou zachycovány membránou a voda, která se čistí, proniká přes povrch membrány. Voda díky osmóze proniká přes speciálně vybranou membránu i při stejném tlaku na obou stranách membrány. Hnací síla, kterou voda prochází membránou, se nazývá osmotický tlak, který závisí na povaze rozpuštěné látky a její koncentraci. Fenomén osmózy je základem metabolismu všech živých organismů; díky němu jsou do každé živé buňky dodávány živiny a naopak z ní odváděny strusky.

Proces reverzní osmózy (Reverse Osmosis) spočívá ve filtraci kapalných roztoků přes selektivně propustné membrány při tlaku převyšujícím osmotický tlak, přičemž membránami prochází především voda a rozpuštěné látky zůstávají v roztoku. Hnací silou tohoto procesu je rozdíl mezi aplikovaným a osmotickým tlakem. Membránové metody reverzní osmózy umožňují oddělit částice o velikosti od 0,0001 do 0,001 μm (0,1-1,0 nm) z kapalného roztoku při přetlaku 3-10 MPa. Tento proces vyžaduje vytvoření přetlaku na straně roztoku nebo kontaminované (slané) vody: obvykle 0,2-1,7 MPa pro pitnou a brakickou vodu a 4-7 MPa pro mořskou a oceánskou vodu s vnitřním osmotickým tlakem asi 2,4 MPa , kterou chcete překonat. Reverzní osmóza odděluje molekuly a ionty.

První průmyslové systémy reverzní osmózy se objevily na počátku 70. let 20. století a v současnosti se reverzní osmóza stala jednou z nejúspornějších, nejuniverzálnějších a nejspolehlivějších metod čištění vody, která umožňuje snížit koncentraci koloidních a rozpuštěných složek o 96 -99% a prakticky 100% zbavit mikroorganismů a virů. Syntetické polyamidové, polysulfonové, polyimidové membrány se používají jako kompozitní tenkovrstvé membrány s reverzní osmózou. Rolovací membránové moduly jsou vyrobeny z membrán pro kompaktnost, membrány jsou také tvořeny z dutých vláken, což výrazně zvyšuje produktivitu membránových instalací.

Membránová plynová separace se s úspěchem využívá např. při separaci složek vzduchu. Frakce obohacené kyslíkem až na 60 % našly uplatnění při výbuchu kyslíku v ocelářském průmyslu, v lékařství, pro oxygenaci (dočasné vypnutí lidského srdce a plic při složitých chirurgických operacích) a frakce obohacené dusíkem při syntéze čpavku . Membránové metody pro separaci plynných směsí se používají při syntéze amoniaku, separaci izotopů vodíku a separaci helia z přírodních a ropných plynů. Zavádí se membránová metoda separace oxidu siřičitého (sirný plyn) S02 z emisí tepelných elektráren, čistících plynů od oxidu uhličitého CO2 a sirovodíku H2S. Membrány pro separaci plynů jsou vyrobeny z polymerních organických a anorganických materiálů. Poprvé byly izotopy uranu separovány pomocí membrány vyrobené ze železa, vodík selektivně prochází přes palladiovou membránu a helium - tavený oxid křemičitý. K separaci plynů se používají membrány ze silikonů, tetrafluorethylenu, polyetherimidů, acetátu celulózy, keramiky a skla.

Metoda pervaporace (Pervaporatiori) je založena na odpařování kapaliny přes membránu. K pervaporaci dochází jako nevratný proces při společném působení několika hnacích sil, které způsobují přenos hmoty: rozdílu tlaku, koncentrace a teploty na obou stranách membrány. Vícestupňová pervaporace ve formě mnoha membránových stupňů v jediném vertikálním aparátu se někdy nazývá membránová destilace (Membrane Distillation). Pervaporace našla uplatnění pro zahušťování mléka, kávový extrakt; pro separaci uhlovodíků v procesech rafinace ropy (směsi izomerů xylenu, směsi benzen-cyklohexan); pro výběr frakcí s různými oktanovými čísly; pro dehydrataci etanolu apod. Pervaporace může v budoucnu částečně nahradit rektifikaci, v současnosti ji však doplňuje v případech, kdy výsledné azeotropní směsi (například směsi etanol-voda) vroucí při stejné teplotě nelze oddělit rektifikací spirály role , mezi které jsou umístěny drenážní vrstvy-těsnění, "navinuté" na perforované centrální drenážní trubce. Všechny prvky membránových vrstev jsou utěsněny, aby se vytvořil určitý směr pohybu počátečního kapalného roztoku přes povrch membrány, aby se shromáždil a odstranil filtrát a koncentrát. Robustní tělo přístroje umožňuje vytváření zvýšených procesních tlaků.

Zařízení s modulem dutých vláken (Hollow Fibers) pro procesy reverzní osmózy a ultrafiltrace jsou pokročilejší z hlediska vyšší hustoty náplně semipermeabilních membrán až (20 000-30 000 m2 / m3). Toho je dosaženo použitím membránových trubic z dutých vláken o délce 1,5-2,0 m, průměru 45-200 mikronů (0,045-0,200 mm) a tloušťce stěny trubky 10-50 mikronů (0,01-0,05 mm). Trubky z dutých vláken jsou schopny odolat provozním tlakům desítek megapascalů. Existují různá konstrukční řešení pro sestavení a utěsnění (obvykle epoxidovou pryskyřicí) konců vláknitých trubiček v kulaté ploché přepážce, která se sevře mezi příruby těla a víko aparatury. Toto provedení umožňuje spojit konce trubic z dutých vláken do svazku ve tvaru U a upevnit je do jednoho trubkovnice. Počáteční směs může procházet uvnitř trubek a omýt jejich vnější povrch. V jiných provedeních jsou konce dutých trubek namontovány v různých trubkovnicích, které jsou umístěny ve válcovém tělese zařízení.

Pro membránovou separaci průmyslových plynů, jako jsou například „rychlé“ plyny, tedy rychle pronikající membrány: vodní pára H20, helium He, vodík H2, amoniak NH3, oxid uhličitý CO2, kyslík 02 a „pomalé“ plyny, nebo pomalu pronikající membrány: oxid uhelnatý CO, dusík N2, methan CH4, ethan C2H6, propan C3H8, používají se membrány z dutých vláken ze syntetického polymeru, skládající se z trubek z porézních membránových vláken, na jejichž vnějším povrchu je nanesena separační vrstva plynu s tloušťka ne větší než 0,1 μm ( 0,0001 mm). Použití porézních substrátů umožňuje zvýšit procesní tlak až na 6,5 ​​MPa. Membránový modul je vyroben ve formě výměnné plynové separační patrony s hustotou membránového náplně 500-700 m2 / m3, osazené ve válcovém tělese, do kterého vstupuje směs plynů a jsou z ní odváděny dva proudy separovaných složek. Takové membránové separační procesy umožňují získat kyslík o čistotě až 50 % ze vzduchu při tlaku 0,003-0,1 MPa a dusík o čistotě až 99,9 % při tlaku 0,5-4,0 MPa, z vodíku- obsahující plyny, například v ropné rafinérii k získání vodíku o čistotě 90 - 99% tlaku až do 5 MPa. Pro získání kyslíku, dusíku a vodíku o vyšší čistotě se používají adsorpční a kryogenní technologie.

Jako příklad uvedeme stručné informace o těch, které se používají od 80. let 20. století. některé membránové procesy "Separex" od "UOP", USA. Procesy Separex lze použít k čištění vodíku, helia, ale i přírodních a souvisejících plynů od oxidu uhličitého CO2, sirovodíku H2S, vodní páry a těžkých uhlovodíků v souladu s požadavky potrubní dopravy. Membránové systémy Separex jsou jednoduché, fungují bez pohlcovačů kapalin a s minimálním využitím strojního zařízení. Proto se úspěšně používají jak pro instalace na pevnině, tak i na plošinách na moři. Tyto systémy mohou mít jednu nebo dvě fáze čištění. Počáteční plynná směs s obsahem CO2 v rozmezí 3-75 % při přetlaku 3-11 MPa se vede přes polymerní membránu, zatímco výchozí plynná směs je rozdělena do dvou proudů. Oxid uhličitý, sirovodík a vodní pára se snadno protlačují membránou a shromažďují se v nízkotlakém prostoru membránového aparátu (toto proudění se nazývá permeát). Metan, ethan, další uhlovodíky a dusík se hromadí ve vysokotlakém koncovém plynu, který je tak obohacen o tyto složky. Ve dvoustupňovém systému je nízkotlaký permeát stlačován pro následnou membránovou separaci ve druhém stupni, aby se z něj extrahovaly uhlovodíky. Míra regenerace uhlovodíků může být až 95 % u jednostupňového systému a 99 % u dvoustupňového systému (v závislosti na složení přiváděného plynu a požadavcích na čištění). Kapacita zařízení je od 28 tisíc do 28 milionů m3/den. Při modernizaci zemního plynu před jeho přepravou potrubím jsou náklady na jeho membránové čištění nižší nebo srovnatelné s náklady na jednotku čištění aminového plynu.

Proces UOP Polysep je určen pro extrakci a čištění vodíku z proudů plynů při rafinaci ropy, petrochemických a chemických procesech. Další oblastí jeho použití je úprava složení syntézního plynu a uvolňování oxidu uhelnatého CO. Výchozí surovinou plynu mohou být proudy rafinérských plynů, včetně katalytického reformování, katalytického krakování odpadního plynu, hydrorafinace a hydrokrakování proplachovacího plynu a proudy plynů z petrochemických a chemické procesy: odpadní plyn ze závodů na výrobu etylenu a metanolu, čistící plyn ze závodů na výrobu amoniaku, syntézní plyn z parního reformování, částečné oxidace nebo jiných procesů zplyňování. Dosažené čištění vodíku s koeficientem jeho extrakce od 70 do 95 % s čistotou 70-99 % (podle množství), v závislosti na složení suroviny, tlaku a požadavcích produktu. Membránové systémy "Polysep" jsou také navrženy k výrobě vysoce čistého oxidu uhelnatého CO pro syntézu polyuretanů a polykarbonátů, ke korekci poměru CO / H2 v syntézním plynu při výrobě methanolu a hydroxyalkoholů. Novou oblastí použití pro proces Polysep je získávání vodíku z plynu v cyklech koprodukce plynu a elektřiny (1GCC).

Systém Polysep je založen na moderních kompozitních polymerních membránách ve formě dutých vláken. Tato vlákna se shromažďují ve speciálních svazcích pracujících v protiproudém režimu, což vám umožňuje mít maximální hnací sílu separačního procesu a minimalizovat nutné náhradní díly a sestavy, materiály, chemikálie atd.; obrovské náklady na energii; ohrožení životního prostředí během provozu zařízení; potřeba výstavby dodatečné instalace pro předběžnou nákladnou úpravu vody; obrovské provozní náklady. Vážným problémem pro velké odsolovací komplexy je také potřeba vytvořit výkonné tepelné kotelny pro kogenerační jednotky a dokonce i využití jaderných reaktorů, protože náklady na teplo tvoří asi 40-50 % nákladů všech nákladů na odsolovací komplex. Velké finanční prostředky jsou vynakládány na řešení problémů životního prostředí a na údržbu takových komplexů.

Zkušenosti s provozováním membránových odsolovacích zařízení po celém světě ukazují, že neexistuje tendence snižovat jejich provozní náklady, protože nejobtížnější problémy zůstávají při překonávání důsledků znečištění a tvorby vodního kamene jak na filtračních, tak na membránových zařízeních. Úroveň předběžné úpravy surové mořské vody se proto stává jedním z dominantních aspektů metod membránového odsolování vody a náklady na předběžnou úpravu vody jsou někdy výrazně vyšší než náklady na samotné membránové jednotky. Například mořská voda musí být před přivedením do membránových modulů důkladně očištěna od suspenzí, koloidních nečistot, solí tvrdosti, kovů, aktivního chloru, bóru, musí být změkčena inhibitory; je nutné dezinfikovat, omýt a sanitovat membrány, jejichž životnost se snižuje na 0,5-1,0 roku. Úplná regenerace membrán je obvykle nemožná, "mechanické a chemické (kyselé, alkalické atd.) proplachování membrán se často používá při poklesu produktivity jednotky o 10-15% nebo při zvýšení poklesu tlaku v membránovém okruhu o 0,20- 0,25 MPa V současné době zůstávají investiční a provozní náklady membránových závodů vysoké, zejména při vysoké produktivitě procesních závodů.