Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 135
Текст из файла (страница 135)
Поскольку растворы СаС1, укладываютея в этот диапазон, йоследующий выбор проводим из ацетатцеллюлозных мембран. 693 Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очистки Таблица 2.47 Характеристики ацетатцеллюлозных мембран Удельная пронзво- днтсльность по воде ба !О,кг4м~с) Константы уравнсння (2.65) Марка мембраны МГА-100 МГА-95 МГА-90 МГА-80 1,4 2,3 3,0 6,70 3,215 1,844 1,420 0,625 3,47 2,67 1,00 4,9 694 Предварительно осуществляем подбор мембраны по истинной селективности ~р„, от которой затем следует перейти к наблюдаемой ~р с учетом концентрационной поляризации в реальных мембранных аппаратах.
Истинная сслективность «р„= = (х, — х,)/х„а наблюдаемая — ~р = = (х, — х,)/х, (где х„х, и х, — концентрация соли в произвольном сечении аппарата соответственно в объеме разделяемого раствора, в пермеате и у поверхности мембраны со стороны разделяемого раствора). Истинную селективность мембран по отношению к сильным электролитам можно рассчитать по формуле: 1ь(1 — ~р„) =а — Ь18(ЬН„. 5У„), (2.65) где а и Ь вЂ” константы для данной мембраны при определенных давлении и температуре; Ь̈́— среднее геометрическое значение теплот гидратации ионов, образующих соль; ӄ— валентность иона с меньшей теплотой гидратации.
Формула (2.65) с высокой точносп ю применима в диапазоне концентраций от 2 10 ' до 2 10 ' моль/л и приближенно — до концентрации 4 10 ' моль/л. В табл. 2.47 представлены характеристики ацетатцеллюлозных мембран для обратного осмоса, выпускаемых в РФ (характеристики установлены при перепаде рабочего давления через мембрану Ьр = 5 МПа и рабочей температуре 1 = 25 'С, что соответствует выбранным нами рабочим параметрам; в качестве удельной производительности по воде указаны средние значения за длительный период эксплуатации; значения констант а и Ь отвечают размерности йН в кДж/моль).
Значения теплот гидратации ионов, необходимые для расчета по уравнению (2.65), находим из справочных данных, Для рассматриваемого случая ЬНс,. = ! 616 кДж/моль, д Н; = 352 кДж/моль, У„= У - = 1. Тогда 655,. =4Г6!6 552-552 =584 кДь4моль. Рассчитаем истинную селективность для мембраны МГА-100: !8 (1 — 5р„) = 6,70 — 3,215 1я 584 = = 3,820; 1 — (р„= 0,0066; 5Р„= 0,993. Аналогичным образом определим истинную селективность для остальных мембран.
Часто И1. Основное оборудование для очистки сточных вод Получим: Мембрана МГА-100 МГА-95 МГА-90 МГА-80 Е„= 5,56(1 — 4 '~о.о") = 4,28 кг/с; ~ои 0,993 0,977 0,945 0,814 Приняв в первом приближении, что наблюдаемая селективность равна истинной, определим среднюю концентрацию х, растворенного вещества в пермеате по Формуле: хг = х~ (1 К ~ ~)/(1 К ~) (2.66) Расчет начнем с наиболее производительной мембраны МГА-80: 0 008(1 4-о-о,виноли)/(1 4-иом4) = 0,0028 кг соли/кг раствора. Расход пермеата Е„найдем по Формуле: Е„= Ь„(1 — Е '~'), (2.67) где ф— расход исходного раствора. Тогда Х„= 5,56(1 — 4 '~"4) = 4,55 кг/с.
Рааюд соли с исходным распюром .С„х,„= 5,56 - 0,008 = 0,0445 кг/с. Потери соли с пермеатом Е„х, = 4,55 - 0,0028 = 0,0128 кг/с, что в процентах от количества, содержащегося в исходном растворе, составит: 0,0128 100/0,0445 = 28,7 %. Полученное значение больше допустимого (10 %), поэтому рассмотрим следующую по удельной производигельности мембрану — МГА-90 и найдем по уравнению (2.66) среднюю концентрацию: 0 008(1 4-о-о.о4гнож)/(1 4 "~~о'~~з) =0,000806 кг солинг раствора; Е„х, = 4,28 - 0,000806 = 0,00345 кг/с.
Потери соли в процентах от количества, содержащегося в исходном растворе: 0,00345 100/0,0445 = 7,75 %. Это значение находится в пределах допустимого, поэтому выбираем для дальнейших расчетов мембрану МГА-90, имеющую селективность по СаС1, д„= 0,945 и удельную производительность по воде 6, = 3,0 10 ' кг/(м' с).
Приближенный расчет рабочей поверхности мембран. Удельная производительность мембран по воде 6. при разделении обратным осмосом водных растворов электролитов в общем случае определяется соотношением: 6„= с,А, 1Ьр — (я, — п,)]/р„, (2.68) где с, — доля свободной воды в разделяемом растворе (т.е. воды, не связанной в первичных гидратных оболочках ионов); А, — константа для данной мембраны в определенном диапазоне изменения давления и температуры; ц„ — вязкость пермеата; Ьр — перепад рабочего давления через мембрану; и, — осмотическое давление разделяемого раствора у поверхности мембраны; п, — осмотическое давление пермеата. При концентрациях электролита, не превышающих 0,4 моль/л воды, можно считать, что удел ьная производительность по воде равна удельной производительности по пермеату 6, доля свободной воды с; — 1, вязкость пермеата равна вязкости воды и ие меняется в процессе концентрирования раствора.
695 Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очистки В этих условиях применимо уравнение 6=А [Ьр — (л, — я,)3, (2.б9) где А — 6,/Ьр — константа проницаемости мембраны по воде. В первом приближении пренебрегаем влиянием концентрационной поляризации и будем считать, что осмотическое давление у поверхности мембраны равно осмотическому давлению в объеме разделяемого раствора: я, = я,. Примем также, что осмотическое давление пермеата пренебрежимо мало: я, = О. С учетом этих допущений перепишем выражение (2.б9) в виде: 6 = 6, (1 — и,/Ьр). (2.70) По справочным данным строим график зависимости осмотического давления от концентрации СаС1, (рис.
2.132). По графику находим к,„= 0,4б МПа; я,„= 2,0 МПа. Удельная производительность на входе разделяемого раствора в аппараты обратного осмоса и на выходе соответственно равна: 6„ = 6,(1 — я,„ /Лр) = 3"0 . 10-з (1 '"0 4б/5)— = 2,7 *10 ' кг/(м' ° с); О 2 4 В В 10 х, % 1мас) Рис, 2.132.
Зависимость осмотического давпения водного раствора СаС1,от его концентрации при температуре 25 С б96 6„= 6,(1 — я, „ /Ьр) = = 3,0 ° 10 ' (1 — 2/5) = = 1,8. 10 3 кг/(м' - с). В первом приближении принимаем, что средняя удельная производительность мембран может быть выражена как средняя арифметическая величина. и к)/ = (2,7+1,8) 10 '/2 = 2,25. 10 ' кг/(м'с). Тогда рабочая поверхность мембран составит: Г= й„/6 = 4,28/(2,25- 10 ') = 1900 и'.
Выбор аппарата и определение его основных характеристик. Среди мембранных аппаратов наиболее распространены аппараты с рулонными (спиральными) фильтрующими элементами, с плоскокамерными фильтрующими элементами (типа ~фильтр-прессе), с трубчатыми фильтрующими элементами, с мембранами в виде полых волокон. В установках большой производительности целесообразно использовать аппараты первого или четвертого типа как наиболее компактные (ввиду высокой удельной поверхности мембран). Ориентируясь на отечественную аппаратуру, выберем аппараты рулонного типа. Среди них наиболее перспективны аппараты, каждый модуль которых состоит из нескольких совместно навитых рулонных фильтрующих элементов (РФЭ).
Такая конструкция 'позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление дренажа потоку пермеата благодаря тому, что путь, проходимый пермеатом в дренаже, обратно пропорционален числу совместно навитых РФЭ. Выберем аппарат с РФЭ Часть Л1. Основное оборудование для очистки сточных вод гипа ЭРО-Э-6,5/900, выпускаемыми серийно отечественной промышпенностью. Аппарат (см. рис, 2.133) состоит из корпуса 4„ выполненного в виде грубы из нержавеющей стали„в когорой размещается от одного до чегырех рулонных модулей 8. Модуль А-А Рис. 2.133. Схема устройства аппарата рулонного типа: 1 — накиднос кольцо; 2 — упорное кольцо; 3— крышка; 4 — корпус; 5 — решетка; б — трубка для отвода псрмсата; 7 — резиновое кольцо; 8 — рулонный модуль; р — резиновая манжета; 10 — резиновое кольцо; 11 — мембраны; 12- сетка-сепаратор; 13 — дренажный слой формируется навивкой пяти мембранных пакетов на пермеатоотводящую трубку б.
Пакет образуют две мембраны П, между которыми расположен дренажный слой 13. Мембранный пакет герметично соединен с пермеатоотводящей трубкой, кромки его также герметизируют, чтобы предотвратить смешение разделяемого раствора с пермеатом. Для создания необходимого зазора между мембранными пакетами при навивке модуля вкладывают крупноячеистую сетку-сепаратор 12, благодаря чему образуются напорные каналы для прохождения разделяемого раствора.
Герметизация пермеатоотводящих трубок в аппарате обеспечивается резиновыми кольцами 7. Герметизация корпуса осуществляется с помощью крышек 3, резиновых колец 10 и упорных разрезных колец 2, помещаемых в прорези накидного кольца 1, привариваемого к корпусу 4. Исходный раствор через штуцер поступает в аппарат и проходит через витки модуля (напорные каналы) в осевом направлении. Последовательно проходя все модули, раствор концентрируется и удаляется из аппарата через штуцер отвода концентрата. Прошедший через мембраны пермеат транспортирустся по дренажному слою к пермеатоотводящсй трубке, проходит через отверстия в ее стенке и внутри трубки движется к выходному штуцеру.
С целью предотвращения телескопического эффекта (возникающего вследствие разности давлений у торцов модулей и приводящего к сдвигу слоев навивки в осевом на- 697 Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очистки правлении) у заднего торца модуля устанавливают антителескопическую решетку 5, в которую он упирается.
Байпасирование жидкости в аппарате предотвращено резиновой манжетой 9, перекрывающей зазор между рулонным модулем и внутренней стенкой корпуса. Основные характеристики аппарата ЗРО-З-6,5/900 приведены ниже: Длина рулонного модуля 1„, м ....,..... 0,90 Длина пакета 1„, и ....,...........,...,...... 0,95 Ширина пакета Ь„, м,,...........,........... 0,83 Высота напорного канала, равная толщине сетки-сепаратора б,, м ..., 5 10 ' Толщина дренажной сетки б, м ....
3 10 4 Толщина подложки Ь„м,............. 1 10 ' Толщина мембраны б„м ........,.... 1. 10 ' Число элементов в модуле и,,...,,...... 5 Материал корпуса ........ Сталь 08Х18Н10Т Диаметр корпуса, мм .................., 130 х5 Толщина крышки, и ..................2,5. 10 ' Диаметр крышки, м,...„...,.............0,108 Определим параметры аппарата, необходимые для расчетов. Поверхность мембран в одном элементе определяется произведением 21„Ь„. Учитывая, что часть этой поверхности используется для склеивания пакетов (примерно на длине 0,05 м) и не участвует в процессе обратного осмоса, рабочую поверхность мембран в одном элементе Г, определим по соотношению: Г, = 2(1„— 0,05) (о„— 2 0„05) = = 2(0,95 — 0,05)(0,83 — 0,1) = = 1,315 м'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
