Tekanan transmembran (TMP) merujuk kepada daya penggerak purata yang diperlukan untuk menggerakkan air (atau permeat) melalui membran ultrafiltrasi dari sisi suapan (di luar gentian membran) ke sisi permeat (di dalam serat membran atau ruang koleksi). Ia adalah penggerak asas proses pemisahan membran.
TMP mencerminkan jumlah tekanan yang diperlukan untuk mengatasi rintangan yang wujud membran, lapisan polarisasi kepekatan, dan lapisan kek (bahan pencemar) kek.
Dalam ultrafiltrasi tekanan luaran, aliran air suapan dan bertekanan di luar gentian membran, sementara permeat melewati dinding membran ke dalam saluran berongga di dalam serat untuk pengumpulan. Oleh itu, tekanan yang digunakan adalah terutamanya di luar gentian membran, manakala tekanan permeat biasanya dekat dengan tekanan atmosfera atau hanya sedikit lebih tinggi (bergantung kepada reka bentuk sistem).
Pengiraan TMP untuk ultrafiltrasi tekanan luaran memerlukan pemahaman tentang struktur saluran aliran yang unik dan pengagihan tekanan. Kuncinya terletak pada mengira perbezaan tekanan purata merentasi halangan membran (dinding membran).
1. Model mudah yang ideal
Anggapkan modul membran tekanan luaran yang ideal dengan semua serat membran selari dan seragam. Air suapan diedarkan secara seragam dan mengalir di luar bundle serat membran. Permeat mengalir melalui filamen membran ke arah tiub pengumpulan, dengan rintangan yang tidak dapat dielakkan di sepanjang jalan (atau tekanan malar). Polarisasi kepekatan dan fouling (iaitu, untuk membran baru atau yang segera selepas pembersihan) diabaikan.
Di bawah keadaan yang ideal ini, TMP boleh dianggarkan sebagai: TMP ≈ PFEED - ppermeate
PFEED: Tekanan pada salur masuk air suapan modul membran (mewakili tekanan purata di luar filamen membran).
Ppermeate: tekanan di outlet permeat modul membran (mewakili tekanan purata di dalam filamen membran).
Mengapa ia "anggaran"? Dalam model seragam yang ideal, tekanan di luar filamen membran secara beransur -ansur berkurangan di sepanjang laluan aliran (dari salur masuk ke outlet) kerana rintangan di sepanjang jalan. Sebenarnya, perbezaan tekanan yang bertindak pada setiap filamen membran berbeza -beza di lokasi yang berbeza. PFEED mewakili purata tekanan "overestimated", sementara ppermeate biasanya rendah dan tidak banyak berubah. Penyederhanaan ini sering digunakan untuk anggaran awal atau operasi fluks rendah -.
2. Kaedah Pengiraan Kejuruteraan
Untuk lebih tepat mencerminkan kesan kejatuhan tekanan di sepanjang gentian membran semasa operasi sebenar, TMP biasanya dikira menggunakan purata tekanan masuk dan keluar pada bahagian feed/retentate modul membran. Formula adalah seperti berikut:
Tmp=[(pfeed + pretentate) / 2] - ppermeate
PFEED: Tekanan mutlak pada salur masuk/retentate modul membran (biasanya diukur dengan tolok tekanan).
Pretentate: Tekanan mutlak di tolak/kitar semula air dari modul membran (biasanya diukur dengan tolok tekanan). Untuk mati - penapisan akhir (tiada penolakan penolakan), pretentate secara teorinya sama dengan PFEED (mengabaikan kerugian minimum di sepanjang jalan). Walau bagaimanapun, dalam salib - penapisan aliran (dengan menolak kitar semula atau pelepasan), pretentate jauh lebih rendah daripada PFEED.
Ppermeate: Tekanan mutlak di outlet permeat modul membran (biasanya dekat dengan tekanan atmosfera, diukur dengan tolok tekanan atau dianggarkan). Jika sistem pengumpulan permeat mempunyai injap tekanan belakang atau pam angkat, tekanan sebenar di lokasi ini mesti diukur.
(PFEED + Pretentate)/2: Pengiraan ini mengira tekanan purata di luar filamen membran (sisi suapan/retentate) di sepanjang arah aliran air. Ini adalah peningkatan teras keseluruhan pengiraan.
PFEED adalah tekanan tertinggi pada titik permulaan filamen membran. Pretentate adalah tekanan terendah pada titik akhir filamen membran (dalam mod aliran silang -).
Mengambil purata kedua -dua nilai ini lebih tepat mewakili tekanan luaran purata yang bertindak sepanjang keseluruhan panjang filamen membran. Ini lebih dekat dengan daya penggerak purata sebenar daripada hanya menggunakan PFEED.
Ppermeate: Pengiraan ini memotong tekanan di dalam filamen membran (sisi permeat). Kerana permeat mengalir melalui saluran dalam filamen membran, tekanannya umumnya rendah dan penurunan di sepanjang jalan adalah minimum (disebabkan oleh saluran pendek dan kadar aliran yang agak rendah). Oleh itu, dengan menggunakan tekanan outlet ppermeate sebagai tekanan purata untuk keseluruhan sisi permeat adalah penghampiran yang munasabah.
Mengapa kaedah ini lebih tepat?
Menggambarkan kecerunan tekanan: Tekanan di luar filamen membran ultrafiltrasi tekanan luaran berkurangan secara linear (kira -kira) dari salur masuk ke saluran keluar. Purata tekanan masuk dan keluar lebih baik mewakili persekitaran tekanan purata di seluruh kawasan membran aktif daripada tekanan titik - tunggal.
Berkenaan dengan mod operasi utama berikut:
Mati - penapisan akhir: pfeed ≈ pretentate (injap rama -rama ditutup atau kadar aliran sangat rendah). Persamaan merosot ke TMP ≈ pfeed - ppermeate, yang mematuhi model yang dipermudahkan.
Cross - penapisan aliran: pretentate