Badania wpływu właściwości membran i warunków procesu na mechanizm destrukcji membran w procesie destylacji membranowej

Wartość projektu
284 100,00
PLN
Źródło finansowania
OPUS; edycja 8
Okres realizacji od
Okres realizacji do
Kierownik projektu w ZUT
prof. dr hab. Marek Gryta
Opis

Destylacja membranowa (MD) jest termicznym procesem separacji, który stwarza wiele możliwości w procesach odsalania wody i w technologii oczyszczania ścieków. Wiele parametrów membranowych, takich jak porowatość, krętość, przewodność cieplna, odporność chemiczna oraz kształt porów są modyfikowane w celu poprawy wydajności procesu MD. Membrany MD powinny jednocześnie spełniać kilka warunków, z których najważniejszym jest ten, że membrany MD nie mogą być zwilżane przez rozdzielane roztwory i jedynie para może być transportowana przez wypełnione gazem pory membrany. W ostatnich latach opracowano i przedstawiono nowe rodzaje membran specjalnie zaprojektowanych do procesu MD. Jednakże ich przydatność testowano jedynie w krótkotrwałych badaniach MD (zwykle do 50 godzin). W rezultacie membrany te nie zostały wdrożone, a proces MD nie znalazł zastosowania przemysłowego na dużą skalę, chociaż w ostatnich latach zbudowano kilka instalacji pilotowych.

Handlowe porowate membrany hydrofobowe wykonane z politetrafluoroetylenu (PTFE), fluorku poliwinylidenu (PVDF), kopolimeru etylenu i chlorotrifluoroetylenu (ECTFE) oraz z polipropylenu (PP) zostały użyte do badań w projekcie. Wśród nich najlepsze wyniki uzyskano dla kapilarnych membran z PP, zwłaszcza dla membran Accurel PP. Dostępność handlowa tych membran stwarza realną perspektywę dla budowy przemysłowych modułów MD. Uzyskane w projekcie wyniki wskazują, że membrany stosowane w procesie MD wewnątrz swojej ścianki powinny mieć strukturę gąbczastą, o średnim rozmiarze porów poniżej 0,2 mm. Zaleca się, aby zewnętrzne powierzchnie membran charakteryzowały się niewielką porowatością oraz posiadały pory mniejsze od tych znajdujących się wewnątrz ścianki. W projekcie przeprowadzono głównie badania długoterminowe, obejmujące dla danego zagadnienia ponad 1000 h procesu MD. Badania te potwierdziły, że powstawanie na powierzchni membran osadów (fouling i skaling) jest głównym powodem szybkiego zwilżania porów oraz mechanicznego uszkodzenia membran. Zastosowanie niskiej temperatury wody zasilającej (poniżej 333 K) pozwala na zmniejszenie intensywności tych zjawisk i wydłużenie czasu eksploatacji modułów.

Wyniki 2-3 letnich badań nad rozdzielaniem solanek wykazały, że wysokie stężenie NaCl w nadawie nie wpływało w znaczący sposób na degradację polimeru i zwilżanie membran. Jednak intensywny skaling obserwowano podczas procesu MD nasyconego roztworu NaCl, co spowodowało zwilżenie membran i szybką degradację polimeru. Do badań numerycznych wymiany masy i wymiany ciepła w procesie MD wykorzystano model matematyczny oparty na algorytmie Monte Carlo. Najważniejszą cechą tego modelu jest przedstawienie membrany przez trójwymiarową sieć połączonych ze sobą węzłów. Wygodny dla użytkowników interfejs graficzny, pozwalający narysować strukturę porów, został wykorzystany w pracy do tworzenia sieci numerycznej.

Kierownik projektu: prof. dr hab. Marek Michał Gryta

Opiekun: