Первапорация. Совмещенные процессы: первапорация + реакция⁠⁠

Теперь хочу написать о чём-то более реальном и ощутимом, что реально существует и применяется.

Начинаем. Что такое первапорация? Первапорация (ПВ) - это мембранный метод разделения, в основе которого лежит механизм "сорбция-диффузия-десорбция" или если проще - вещество растворилось в мембране, прошло сквозь неё и вышло с другой стороны. Само название пошло от смешения английских слов permeation и evaporation, то есть испарение пермеата. Оно и логично, это единственный мембранный метод разделения, в котором над мембраной жидкость, а под ней - газ/пар, то есть происходит испарение. В первапорации используются непористые мембраны (см. пост Классификация синтетических полимерных мембран), а движущей силой процесса является разность химических потенциалов веществ разделяемой смеси (см. пост Введение в мембранные процессы разделения).

С определением первапорации разобрались, теперь нужно понять на кой черт она вообще нужна. Первапорация разделяет смеси жидкостей и успешно конкурирует в этом плане с традиционными способами разделения жидкостей по типу дистилляции или ректификации (если нужно будет, напишу об этих способах подробнее) за счет того, что ПВ потребляет значительно меньше электроэнергии, не требует дополнительных реагентов, которые часто довольно токсичны (азеотропная перегонка), да и оборудование для ПВ более компактное. Это выглядит и без того крайне привлекательно, а если вспомнить тот занимательный факт, что ПВ способна разделять азеотропные смеси (знаем, что это такое?), смеси термически неустойчивых веществ и веществ с близкими температурами кипения (это всё - колоссальные проблемы дистилляции и ректификации) так вообще сказка.

ПВ можно применять как самостоятельный способ очистки, как способ очистки, совмещенный с чем-либо ещё (например, совмещенный процесс "дистилляция + первапорация"). Если совместить ПВ с проведением реакции, то открываются широкие горизонты. Например, всем известная реакция этерификации (образование сложного эфира из спирта и кислоты) сейчас крайне распространена в промышленности (и Россия (как и СНГ в целом) не исключение). Применение первапорации приводит к значительному увеличению конверсии (степени превращения исходных веществ в продукты) в этой реакции.
Схематично реакция этерификации выглядит так:

Спирт + кислота = сложный эфир + вода

Вспоминаем школьный курс по химии эдак за 8й класс. Наверное, слышали что-то о химическом равновесии? Так вот есть некоторый предел конверсии реакции, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной (актуально для обратимых реакций). А если из реакционной смеси забирать какой-то продукт, то реакция пойдет дальше, равновесие смещается. Изымаем из смеси воду или эфир и спирт с кислотой продолжают реагировать. Круто!

Фиолетовый прямоугольник слева - ячейка для реакции образования эфира. Справа - первапорационная ячейка, где отделяется вода или эфир от реакционной смеси. Потом ретентат (то, что не прошло через мембрану) возвращается обратно в реактор и реакция продолжается.

Наконец дошли до примеров различных материалов, из которых делаются мембраны. Существуют коммерческие мембраны на основе поливинилового спирта (PERVAP 1000, 1005), полиэфиримида (селективный слой мембраны UltemR-1000), альгината натрия, которые способны забрать воду; а также мембраны на основе полидиметилсилоксана и производных полифениленоксида, селективные к органическим эфирам. Конкретно полидиметилсилоксановые мембраны проявляют значительную селективность к этилацетату.
Мембраны перед использованием подвергаются модификации, но об этом в следующих постах

На этом пока всё, небольшой пост. При написании использовались открытые источники, но сам текст напечатан моими ручками, поэтому тег [моё] все-таки уместен. Дальше будет больше, поэтому интересуйтесь мембранами. Они могут показаться какими-то простенькими на фоне простоты написанного, но поверьте, здесь лежит очень много всего порой крайне не очевидного, сложного и в то же время интересного.