Влияние нестационарности на мембранное разделение растворов

Рассматриваются нестационарные задачи диффузии в рамках однородной модели мембраны для закрытой мембранной ячейки и для сдвиговой (поперечнопоточной) ячейки с тангенциальным течением питательного раствора и пермеата при отсутствии и наличии конвекции (в применении к диализу и любому давлением управляемому мембранному процессу разделения растворов нейтральных веществ). Выявлены характерные особенности установления стационарного состояния в каждом из трёх рассмотренных случаев и получены простые алгебраические формулы для расчёта времени достижения процессом стационарного состояния в зависимости от параметров задачи. Установлено, что такие характеристики мембраны, как коэффициент диффузии молекул растворённого вещества в мембране и величина потенциального барьера для диффундирующих компонентов, оказывают меньшее влияние на скорость стабилизации процесса, чем толщина диффузионного слоя или режим течения в случае конвективной диффузии. Именно дополнительные поверхностные силы, а также перемешивание вносят решающий вклад в период неустановившегося состояния при режиме конвективной диффузии. Показано, что чисто диффузионные процессы (например, диализ) не только протекают медленнее, чем процессы конвективной диффузии, но и дольше достигают стационарного состояния. В то же время выявлено, что время достижения стационарного состояния в каждом процессе значительно короче характерного времени самого процесса. Этот факт служит дополнительным обоснованием применимости стационарных постановок исследуемых задач.