Мембранна технологія та її застосування в народному господарстві

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ
Державна освітня установа
вищої професійної освіти

«Кемеровський державний університет»

Економічний факультет
Кафедра маркетингу

Контрольна робота

з дисципліни: "Теоретичні основи сучасних технологій "
на тему: "Мембранна технологія та її застосування
в народному господарстві "

Кемерово

2005

Введення
Поняття «мембранна технологія» займає важливе місце в різних напрямках народного господарства і промисловості. У це поняття входять такі питання як поняття і значення мембранної технології, її застосування в різних галузях народного господарства. Поняття і значення мембранної технології розкриває сенс мембранної технології, дає поняття основних, найбільш поширених і загальноприйнятих напрямків у народному господарстві. Необхідно розкривати суть мембранної технології. Мембранна технологія необхідна для того, щоб показати, а навіщо взагалі потрібне таке поняття як «мембранна технологія», де вона використовується і для чого потрібна в народному господарстві, в суспільстві, житті людей. У принципі ця тема достатньо вивчена в літературі. Про неї вже дуже багато написано і розкрито її зміст, на мій погляд, досить повно і образно. Хоча звичайно, немає ні однієї науки, яка відповіла б повністю на всі питання і ця не виняток.
Фільтрація як метод очищення різного роду рідин використовується людиною з давніх часів (стародавні єгиптяни проціджували вино через тканини). Мембранна технологія в сучасному вигляді входить у наше життя з 70-х років ХХ століття (перша Ультрафільтраційні установка була змонтована в Новій Зеландії в 1971 р.).
Коло застосування мембранної технології в народному господарстві досить великий. Вона використовується і для опріснення води, і для отримання солі з морської води (наприклад, в Японії, в якій немає природних родовищ солі і яка закуповується в інших країнах), і для переробки молочної продукції, і як у спиртовому, так і дріжджовому виробництві, і для очищення стічних вод, які є майже в будь-якому виробництві.
Мета написання даної контрольної роботи - це дати уявлення про такі поняття мембранної технології, як мембрани, мембранні елементи і апарати, їх застосування в різних галузях народного господарства.
Завдання:
1. Розкрити суть поняття «мембранна технологія».
2. Описати найбільш поширені види використання мембранних технологій у народному господарстві.

1. Мембранна технологія та її застосування в народному господарстві
В даний час розроблений і впроваджений у виробництво широкий асортимент зарубіжних і вітчизняних мембран різного призначення. Мембрани повинні відповідати таким основним вимогам: висока розділяє здатність (селективність); велика питома продуктивність (проникність); хімічна стійкість до дії розділяється середовища; нешкідливість для організму людини, якщо мембрана призначена для харчового чи медичного виробництва; достатня механічна міцність. У багатьох випадках формують додаткові вимоги, специфічні для того чи іншого виробництва.
Для виготовлення мембран використовують різні матеріали починаючи від полімерів і скла і закінчуючи керамікою і металокерамікою. Найчастіше використовують мембрани на основі полімерів.
Фільтри, як правило, являють собою «співдружність» тісно переплетених тонких волокон або механічно з'єднаних тим чи іншим чином між собою частинок.
За геометричною формою мембрани теж різняться: плоскі або циліндричні плівки, з'єднані з пористою основою, покриття, нанесені на поверхню різного профілю, порожнисті волокна.
За призначенням мембрани можуть служити для розділення газових чи рідких сумішей. Майже всі мембрани випускають плоскими у формі листів або рулонів, крім них освоєно випуск полотна.
Розрізняються мембрани за структурою: ізотропні та анізотропні (асиметричні). Перші характеризуються однорідною структурою по всій товщині, другі складаються з тонкого шару селективного і досить пухкої маси основного шару, що виконує роль Поклади. Більш переважні анізотропні мембрани з точки зору їх технологічності.
Поряд з мембраною мембранний елемент апарат є найважливішою складовою частиною будь-якого пристрою. Їх конструкція і параметри роботи визначають якість і ефективність розділення, які для конкретної суміші визначаються багатьма показниками: тиском, швидкістю суміші в міжмембранну каналі, складом і концентрацією суміші тощо
Розроблена велика кількість апаратів, однак майже всі з них можна розділити на 4 типи: апарати з плоскими, трубчастими, рулонними і половолоконной фільтруючими елементами.
Фільтрація - одна з найбільш важливих процесів в лабораторних дослідженнях і в промисловості.
Мембранні фільтри мають наступні переваги: ​​вони не вимагають якогось особливого поводження з ними, і їх можна легко доставити в будь-яке місце; їх можна виготовляти одним і тим же способом при точно контрольованих умовах; внаслідок високої пористості через них можна пропускати рідину з великою швидкістю потоку; за допомогою мембранного фільтру можна затримувати частинки розмірами порядку розмірів бактерій і менше, деякі з них можуть працювати як сита, тобто розділяти частки різних розмірів.
Однією з причин інтенсивного розвитку мембранної технології є порівняно низькі енергетичні витрати. Так, при опріснення води методом зворотного осмосу витрати енергії складають 13 МДж / м 3, метод виморожування вимагає 28, а випарювання - 230 МДж / м 3 1. Однак мембранні процеси поділу важливі не тільки і навіть не стільки для опріснення води. Вони особливо ефективні для ряду технологічних процесів, пов'язаних з концентруванням, очищенням і фракціонуванням технологічних розчинів, рідких харчових продуктів, зберіганням сільськогосподарської продукції (див. Табл. 1).

Таблиця 1. Ефективність мембран в технологічних процесах
Технологічний процес
Ефективність,
р. / м 2 мембран
Опріснення солонуватих вод
326
Отримання надчистої води
230
Комплексна переробка знежиреного молока і молочної сироватки
600
Зберігання сільськогосподарської продукції
400-2500
Експрес-аналіз білків сироватки крові
80
Стерилізує фільтрація медпрепаратів
72
Очищення стічних вод гальванічних виробництв
140
Утилізація колоїдного срібла у виробництві та обробці кінофотоматеріалів
1500
Утилізація лакофарбових матеріалів у машинобудуванні
1430
З цієї точки зору узгоджується споживання мембран в народному господарстві нашої країни. Із загальної кількості мембран, випущених в СРСР в 1988 р. (741 тис. м 2), 592 тис. м 2 (80%) призначені для розділення рідких розчинів і сумішей та 149 тис. м 2 (20%) - для розділення газових сумішей.
Основними споживачами мембран для поділу рідких розчинів і сумішей є підприємства, що випускають медичні препарати, а також біотехнологія, водне господарство і електронна промисловість. Газороздільних мембрани в основному використовуються в газовій промисловості.
Мембранні фільтри отримали дуже широке поширення в науці і техніці. При лабораторних дослідженнях їх застосовують в самих різних областях знання для отримання рідин, вільних від частинок. У мікробіології мембранні фільтри застосовують для виділення мікроорганізмів з різних середовищ, для підрахунку колоній мікроорганізмів, а також для швидкого діагностування індикаторів забруднення і наявності патогенних організмів. Вони широко використовуються в клінічній практиці, у тому числі для встановлення наявності ракових клітин в тканині, при цитологічних дослідженнях тканинних рідин, для приготування тих чи інших лікарських засобів і т.п. Мембрани використовуються в багатьох аналітичних приладах. У процесах діалізу і ультрафільтрації використовують по суті ті ж мембранні фільтри, але з іншими розмірами пор.
Мембранні фільтри знаходять також дуже широке застосування у промисловості. Одним з найбільших їх споживачів є хіміко-фармацевтична промисловість (для отримання стерильних розчинів термолабільних матеріалів). Різні галузі промисловості (наприклад, електроніка, виробництво комп'ютерів, аерокосмічна промисловість) потребують надчистих речовинах, які неважко отримати за допомогою мембранної фільтрації. Її також застосовують при виробництві харчових продуктів та різних напоїв. Мембранна технологія застосовується в мікроелектроніці, фармацевтичної промисловості, виробництві оптичних стекол, а також в аналітичній хімії.
Можна вказати на деякі інші застосування ультрафільтрації в промисловості та фармакології: очищення антибіотиків, концентрування і діафільтрація альбуміну, процес безперервного збору продуктів ферментації, очищення кристалізаційних розчинів і кондиціонування поверхні кристалів, очищення сироваток діафільтрація при отриманні діагностичних реактивів; концентрування і очищення ферментів, фракціонування макромолекул, концентрування гормональних препаратів, стерилізація розчинів для внутрішньовенного введення, видалення пірогенних речовин, концентрування вірусів, регенерація олійно-емульсійних сумішей, очищення стоків і регенерація розчинів гальванічних виробництв.
З використанням мембранної техніки виробляють концентрати сиворочних білків різного призначення, сири чеддер, мануорі, фета, Доміаті, кварг, сир, кисломолочні напої та інші харчові молочні продукти.
2. Отримання питної води за допомогою мембранної технології
Мембранні системи низького тиску можна використовувати для виробництва питної води високої якості з води поверхневих джерел. Для цього необхідно видалити речовини, що забарвлюють воду, каламутність і великі частки, видалити або знищити патогенні бактерії і віруси, виключити неприємний смак або запах.
Більшість домішок, що містяться у воді поверхневих джерел її офарблюючих, є негативно зарядженими колоїдами, які можна видалити за допомогою пористих мембран. Каламутність води також обумовлена ​​колоїдними частинками, які можна легко видалити, застосовуючи Ультрафільтраційні мембрани.
Для затримування невеликих молекул, які надають воді смак і запах, в систему очищення можна ввести активоване вугілля, однак у цьому випадку для видалення відпрацьованого активованого вугілля необхідна спеціальна схема потоків. Однак підтримувати потоки через мембрани на достатньому рівні виявилося важким. Незважаючи на засмічення мембран, перевага подібної обробки полягає в тому, що при цьому не утворюється шламу, що вимагає спеціальних методів виведення та знищення. На спеціальним чином виготовленої установці можна буде виробляти воду, практично не містить бактерій і вірусів.
Нині один із самих тонких методів отримання високоякісної води, вільної від іонів, полягає в комбінуванні мікрофільтрації із зворотним осмосом, у останньому випадку застосовують більш тонкопористих мембрани.
Існують принаймні два види обробки стічних вод, у яких важливо видалити неорганічні домішки і для яких мембранні системи забезпечують суттєву перевагу в порівнянні з іншими процесами обробки щодо ефективності та фактичних витрат на обробку. Цими двома видами є видалення специфічних неорганічних речовин із стічних вод і зм'якшування води.
За допомогою мембранних систем можна виділяти фосфор - речовина, необхідне для розвитку водоростей. Пом'якшення води досягається прямим видаленням кальцію і магнію. Це завдання схожа з завданням видалення важких металів.
В обробці стічних вод є ряд процесів, які в даний час або майже здійсненні, або вимагають заходів для значного зниження засмічення мембран, що зумовлює підвищення капітальних вкладень і експлуатаційних витрат. До них належать такі процеси:
1) Збір водоростей з систем для їх вирощування або з лагун для доочищення стічних вод.
2) Видалення з стічних вод або рідких відходів колоїдних і зважених часток.
Одна з найбільш складних завдань стадії обробки стічних вод шляхом витримування в лагунах - це задача виділення водорослевой клітинної тканини і великої кількості позаклітинних органічних речовин, що виробляються водоростями.
Великою перевагою мембранних систем є їх здатність концентрувати речовини без використання хімічних коагулянтів. Тому в системі з мембранами для згущення матеріалів і центрифугою для їх зневоднення можна отримати високоякісний продукт без домішок. Скорочення розміру обезводнювання обладнання є істотним досягненням незалежно від того, чи передбачається повторне використання зібраних водоростей.
У мембранних пристроях, що діють під тиском, речовини, що містяться у вигляді істинних розчинів або колоїдних суспензій, виділяються або методом ультрафільтрації, за якої вода проходить через пори (або дискретні отвори в фільтрує середовищі), а розчинені речовини затримуються головним чином відповідно до розміру частинок , або методом зворотного осмосу - фізико-хімічного процесу, в якому містяться в розчині речовини затримуються мембранами відповідно до їх хімічними характеристиками (а не їх розміром, який може бути того ж порядку величини, що і розмір молекул води) 1.
В останньому випадку рідка фаза, з одного боку переноситься через мембрану за допомогою освіти і розриву хімічних зв'язків з певними функціональними групами в мембрані. Різниця тиску служить джерелом енергії для процесу переносу молекул води.
З іншого боку, розчинена у воді речовина практично нерастворимо в набряклої у воді мембрані або дифундує через неї надзвичайно повільно. Тому співвідношення між властивостями мембрани і хімічними характеристиками і розмірами частинок речовини, що містяться у промислових стоках, має істотне значення.
Застосування мембранних методів обробки молока дозволяє різко підвищити ефективність виробництва таких молочних продуктів, при виробленні яких за традиційною технологією деякі складові частини молока підлягають відділенню. До таких продуктів відносяться сир, сир, казеїн, масло. Тому зусилля фахівців і вчених багатьох країн спрямовані на застосування мембранної техніки в першу чергу в їх виробництві.
При виготовленні сиру, одного з основних виробництв молочної промисловості в США, у вигляді побічного продукту утворюються великі обсяги сироватки.
Спроби використовувати сироваткові білки у виробництві сиру з метою збільшення його виходу були зроблені ще до появи мембранної техніки, коли білки сироватки можна було виділити лише тепловим способом у денатурованому вигляді. Проте використання денатурованих сироваткових білків при виробленні сирів (російського, костромського, пікантного) за існуючою технологією призводило до одержання нетипового, гіркого, кислуватого і слабковираженого смаку, мажущейся консистенції, зайво розвиненого нехарактерного малюнка. Позитивні результати дало застосування таких білків тільки при виробництві плавлених сирів, сирної маси і ропних сирів.
Мембранна технологія дозволила отриманий в результаті ультрафільтрації молочний концентрат, що містить казеїн і сироваткові білки, використовувати в якості вихідної сировини для виробництва твердих і м'яких сирів.
Вихідна сировина (знежирене молоко, пахта і сироватка), призначене для мембранної обробки з метою отримання продуктів і напівфабрикатів харчового призначення, повинна відповідати відповідним вимогам.
В даний час промислове виробництво сирів з використанням мембранної технології організовано в США, Данії, Австралії, ФРН, Росії та інших країнах. Так, у США виробляються сири твердий, напівтвердий і для плавлення, в Данії та Австралії - розсолу, у ФРН - розсолу, м'який сир з блакитною цвіллю.
Практика показала наступні переваги вироблення сирів з попередньо сконцентрованого молока за допомогою мембранної техніки перед традиційними способами: поліпшення технологічних властивостей молока; збільшення виходу готового продукту; скорочення витрати молокозсідальної препаратів; збільшення продуктивності обладнання для отримання сирного згустка і його обробки; зменшення числа ємностей для зберігання сировини . Знижується потреба в сичужний фермент.
Застосовується ультрафільтрація при виробленні концентрованого замороженого молока, щоб виключити руйнівну дію лактози і кальцію на білки молока.
Застосування мембранних процесів обробки сироватки, тобто рідини, яка залишається після коагуляції молока при виробництві сиру, дає можливість організувати практично безвідходну її переробку на харчові цілі.
Позбавлення від сироватки, пов'язане з високою біохімічної потреби у кисні, створює труднощі з-за низької концентрації в сироватці органічних речовин. За допомогою ультрафільтрації з сироватки вдається витягти такі білки, як лактоглобулин і лактальбумін, і такий цукор, як лактозу. Багато років сироватку піддавали упарювання для одержання сиру типу «Рікотта»; використання ж для цієї мети ультрафільтрації дає велику економію енергії.
Отримані в результаті мембранної обробки концентрати можуть бути використані при виробництві традиційних і нових видів продуктів харчування, що відрізняються підвищеною біологічною цінністю. Фільтрати після їх додаткової обробки також можуть стати основою при отриманні нових видів продуктів або харчових напівфабрикатів.
3. Мембранна технологія, застосовувана в бродінні в спиртовому і дріжджовому виробництві
Ультрафільтрацію можна з успіхом застосовувати при кларификация меласних розчинів перед бродінням як у спиртовому, так і в дріжджовому виробництві.
Колоїди і фарбувальні речовини сприяють інгібування дріжджів, знижують їх вихід і якість. Особливий шкоду приносить міститься в ній, мікрофлора.
Рекомендованої технологією передбачено використання кларіфікатора (або сепаратора невеликої продуктивності), ультрафільтраційного апарату і діафільтрація з додаванням води, щоб уникнути втрати цукру в ультраконцентрате.
Хороший ефект досягається при видаленні неорганічних солей і продуктів термічного розкладання цукрів меляси через порожнисті волокна методом противоточной дифузії в парову середу. Зброджуючи знесоленої мелясу, можна інтенсифікувати утворення спирту з 2,0 до 4,1 г / (л. Год), при цьому тривалість бродіння знижується з 30 до 18 год 1.
Застосовуючи мембранну технологію, можна здійснити маловідходну переробку барди. Є кілька способів використання барди. Найбільш перспективний з них.
Виробництва спирту ведуть за звичайною технологією. Барду поділяють на ситі, отримують дробину і грубий фільтрат, який сепарують, щоб відокремити зважені частинки. Дробину та шлам після висушування використовують як кормову добавку.
Сепарований барду піддають ультрафільтрації, утворюються ультраконцентрат і ультрафильтрат. Ультраконцентрат також направляють на кормові цілі, оскільки він містить багато сухих високомолекулярних речовин. Ультрафильтрат можна застосовувати для вирощування кормових дріжджів або цю фракцію концентрують методом зворотного осмосу, отримуючи пермеат барди, потім йде на приготування замісу та інші потреби (технічна оборотна вода).
Концентрат барди після зворотного осмосу використовують як основу поживного середовища для вирощування кормових дріжджів, додаючи в неї 20%-ний розчин сульфату амонію та інших добавок. Отриману культуральну рідину попередньо фільтрують і сепарують. Вологі опади біомаси висушують до зневоднених дріжджів.
Дріжджовий фугат обробляють ультрафильтрацией і зворотним осмосом так само, як барду. Дріжджовий концентрат направляють на кормові цілі (сушка або змішування з замісом).
Дріжджовий пермеат також направляють на приготування замісу та інші цілі.
Вишукування нових більш економічних способів виділення спирту з бражки і його очистка - одна з найважливіших завдань спиртового виробництва.
4. Мембранна технологія отримання солі з морської води
У промисловості часто виникає завдання концентрування електролітів, присутніх в розбавлених водних розчинах. У минулому для концентрування переважно використовували процеси випарювання. Однак з появою здійсненних у промислових масштабах електромембранних процесів концентрування розбавлених водних розчинів солі шляхом їх попереднього концентрування електродіалізом і подальшого випарювання можна виконати з меншими витратами, ніж випарюванням вихідних розчинів.
Процес концентрування, заснований на електродіаліз з іонообмінними мембранами, вперше був розроблений в Японії, яка не має природних родовищ солі. Сонячне випарювання морської води при значній дощовою є відносно дорогим способом виробництва солі. Тим не менше до розробки електродіалізного способу концентрування сонячне випарювання було в Японії єдиним способом виробництва хлориду натрію. Вартість і кількість продукції повністю залежали від погодних умов. Тому сіль, яка використовується в якості сировини для виробництва лугу, імпортувалася з інших країн.
Процес електродіалізного концентрування як спосіб виробництва розсолу, за концентрацією солі майже відповідного розсолу при випаровуванні з використанням сонячної енергії, був вивчений у низці фірм Японії. Важливим результатом досліджень була розробка мембран і технології, за якою в концентріруемих розчин переносяться тільки одновалентні іони, такі, як іони натрію і хлору, а перенесення двовалентних іонів, наприклад, іонів кальцію та сульфату, по можливості виключається.
5. Застосування методу зворотного осмосу в целюлозно-паперовій промисловості
Розробка ефективної технології мембранної обробки для поліпшення якості води у целюлозно-паперовій промисловості є однією з важливих задач. Дані лабораторних досліджень, досвідчених і напівпромислових випробувань процесу зворотного осмосу показують важливість впровадження у великих масштабах процесу зворотного осмосу для концентрування розбавлених стічних вод целюлозно-паперового виробництва при очищенні утворюється в окремих процесах води з метою її повторного використання всередині целюлозного заводу або паперової фабрики.
Вивчення обратноосмотічеськой обробки стічних вод целюлозно-паперового виробництва показало, що в цьому процесі можуть бути досягнуті великі величини затримування і концентрації розчинених матеріалів, що забезпечує гарну основу для інженерної розробки нових способів ефективного усунення забруднення води.
На сучасній стадії розвитку мембранного процесу при оцінці його перспектив у целюлозно-паперовій промисловості важливо підкреслити можливість і доцільність внутрішньозаводської обробки стічних вод.
Концепція внутрішньозаводської очищення не обмежує масштаб і області застосування мембранних процесів, оскільки кінцева мета заводських установок для очищення стоків целюлозно-паперової та інших водоспоживальні галузей промисловості спрямована на досягнення набагато більш високого ступеня «замкнутості» систем водоспоживання, ніж досягнута в даний час.
Зниження збору забрудненої води завдяки внутрішньозаводської очищення і повторного використання виробничої води може стати іншим важливим кроком в ефективному і повному вирішенні проблеми скорочення скидання стічних вод. Метод зворотного осмосу слід розглядати як новий ефективний інструмент, що доповнює вже випробувані системи і операції інженерного рішення задачі відключення заводських систем водоспоживання від зовнішніх водойм.

Висновок
На закінчення можна сказати, що вивчати мембранні технології, їх застосування в різних галузях народного господарства необхідно. Вони дуже важливі в багатьох галузях народного господарства і суспільства в цілому.
На жаль, далеко не всі люди знають, що таке мембранні технології, дуже часто мають туманне уявлення про них і їх застосуванні, а вони ж використовуються багато де, але ми навіть не підозрюємо у скількох областях вони використовуються. Кожна людина хоч раз у житті їв сир або пив очищену воду, але знову ж таки, не всі замислюються, як цей сир або вода виходять.
Необхідно дослідити це поняття в рамках народного господарства.
Мембрани, як правило, являють собою тісно переплетені тонкі волокна або механічно з'єднані тим чи іншим чином між собою частинки.
Коло застосування мембранної технології в народному господарстві досить великий. Вона використовується і для очищення води (одержання найчистішої води), опріснення води, і для отримання солі з морської води (наприклад, в Японії, в якій немає природних родовищ солі і яка закуповується в інших країнах), і для переробки молочної продукції (виділення сироватки при виготовленні сиру), і як у спиртовому, так і дріжджовому виробництві, і для очищення стічних вод, які є майже в будь-якому виробництві.
Народне господарство - це дуже велика область і не така проста, як це може здатися. І для поліпшення ефективності роботи різних галузей мембранні технології необхідні. Вони покращують ефективність технологічних процесів, економічні, бистродейственни.

Список літератури
1. Брок Т. Мембранна фільтрація / Пер. з англ. - М.: Світ, 1987
2. Брик М.Т., Цапюк Е.А., Твердий А.А. Мембранна технологія у промисловості. - Київ: Техніка, 1990
3. Технологічні процеси з застосуванням мембран. Пер. з англ. канд. хім. наук А.А. Мазітова і Т.М. Мнацаканян / під ред. канд. хім. наук Ю.А. Мазітова. - М.: изд-во «Світ», 1976
4. Томас Д. Мембранна фільтрація. - М.: Світ, 1987
5. Хандак Р.Н. та ін Технологічні особливості переробки молока, сколотин і сироватки з застосуванням мембранної техніки: оглядова інформація (Хандак Р.Н., Гончаров А.І., Андрєєва М.І., Конопльова Є.М., Новікова Е.Ф. - М .: ЦНДІ ТЕІМЯСОМОЛПРОМ, 1984
6. Яровенко В.Л., Маринченко В.О., Смирнов В.А. та ін Технологія спирту / Под ред. проф. В.Л. Яровенко. - М.: Колос, 1997
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Контрольна робота
58.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Використання композиційних пластмас у народному господарстві
Роль силікатної промисловості в народному господарстві
Хімічна промисловість її галузевої склад і значення в народному господарстві країни
Технологія рослинництва в господарстві
Технологія тваринництва в господарстві
Технологія обробітку озимого жита в господарстві
Технологія обробітку капусти в господарстві ЗАТ Тепличне
Застосування альтернативних джерел енергії в сільському господарстві
Мембранна ензимологія
© Усі права захищені
написати до нас