Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 136
Текст из файла (страница 136)
Рабочая поверхность мембран в одном модуле Г равна произведению Г, на число элементов в модуле: Г„= Г,п, = 1,315 ° 5 = 6,57 м'. б98 Примем, что аппарат состоит из двух модулей. Тогда рабочая поверхность мембран в аппарате Г,= 2Г„= 13,14 м'=13 м'. Сечение аппарата, по которому проходит разделяемый раствор, 5', = п,Ь„(1„— 0,05) = — 5. 5', 10-'.0 9 — 2 25.
10-з мг Общее число аппаратов в мембранной установке и = УУГ, = 1900/13 = 146. Секционирование аппаратов е установке. Проведем секционирование аппаратов в установке, т.е. определим число последовательно соединенных секций, в каждой из которых разделяемый раствор подается одновременно (параллельно) во все аппараты. Необходимость секционирования обусловлена тем, что при параллельном соединении всех аппаратов велико отрицательное влияние концентрационной поляризации, а при последовательном соединении чрезмерно велико гидравлическое сопротивление потоку разделяемого раствора. При секционировании будем исходить из условий примерного равенства средних скоростей разделяемого раствора в каждом аппарате каждой секции и постоянства снижения расхода по длине аппарата: Ег =(Е„,.
+Е,„)/2гг,. =сопм; (2.71) а =Е„./Е„,. =сопя~, (2 72) где Е„/Е„. — соответственно начальныи и конечный расход разделяемого раствора в 1-й секции; Часть ГУЕ Основное оборудование для очистки сточных вод и. — число аппаратов в у-й сек- Ф ции. Для упрощения расчетов в выражении (2.71) вместо средней скорости используем средний массовый расход разделяемого раствора в каждом аппарате у-й секции у„поскольку плотность раствора в процессе концентрирования меняется незначительно, а сечение аппаратов постоянно. Представим расход раствора на выходе из секции как разницу между расходом раствора на входе в секцию и расходом пермсата в секции (при этом расход пермеата в каждом аппарате Е„„будем считать постоянным, равным расходу при средней удельной производительности мембран): Е = Е„, — Е ис (2.73) Подставляя в соотношение (2.73) значение Е„; из выражения (2.72) и решая преобразованное уравнение относительно числа аппаратов в у-й секции, получим: и, = Е„,(1 — 1/д) Е .
(2.74) Выражение (2.74) определяет число аппаратов в каждой секции, отвечающее принятому значению д. Начальный расход разделяемого раствора в каждой секции, начиная со второй, равен конечному расходу в предыдущей секции: Е,„= Е„в „. (2.75) Отсюда с учетом выражения (2.72), зная расход исходного раствора Е„, получим: Е„,= Е„„„/д = Е„/д' '. (2.76) Преобразуем выражение (2.74) с учетом соотношения (2.76): и> = л„(1 — 1/д)/( д '-'Е„,).
(2.77) Тогда для первой секции и, = Е„(1 — 1/д)/Е„,. (2.78) Сравнивая соотношения (2.77) и (2.78), можно увидеть, что и> = и/д '-'. (2.79) Проверим справедливость условия (2.71), т.е. соблюдение постоянства среднего расхода (скорости) в каждом аппарате каждой секции: — Е„, +Е„,. Е„/д' '+Е„у(д' '!д) 2и, 2Е,(1 — 1уд)/(д' 'Е,„) Д~~ (д+ ) (2 8О) 2(д-1) Отсюда видно, что с учетом принятых допущений условие (2.71) соблюдается.
Для проведения операции секционирования необходимо выбрать допустимое снижение расхода по длина аппарата д. Быстрое сниже- нис расхода разделяемого раствора при его течении по аппарату (вследствие образования пермеата) может приводить к осаждению на поверхности мембран взвешенных микро- частиц, что ухудшает характеристики разделения. С другой стороны, небольшое изменение расхода по длине аппарата возможно лишь при последовательном соединении всех аппаратов или же при чрезмерно большом числе секций, что приве- дет к значительному гидравлическому сопротивлению. Поэтому выбор величины д должен являться задачей технико-экономического расчета.
Упрощенно значение д можно найти, исходя из оптимального расхода разделяемого раствора, по- даваемого в аппарат с модулями определенного типа. При этом под 699 Глава 2. Оборудование для 4изико-химических методов очисн»ки оптимальным понимают такой расход, который обеспечивает приемлемое снижение концентрационной поляризации при относительно небольшом гидравлическом сопротивлении. Для модулей ЭРО-Э-6,5/900 экспериментально установлено, что оптимальный расход составляет 1000 л/ч (0,278 кг/с).
Тогда число аппаратов в первой секции можно найти, разделив расход исходного раствора на значение оптималыгого расхода для каждого аппарата: и, = 5,56/0,278 = 20. Из формулы (2.78) найдем значение а, соответствующее данному значению и,: 1 1/»7 и А Яа откуда д = 1/(1 — п,Ь„,/Е„) = 1/(1 — ~,~~'Р. Й„)"= 1/(1 20 2 25 1'0-з " 13/5 56) = 1,117. Далее, используя это значение 47„ по формуле (2.79) определим число аппаратов в последующих секциях: и, = 20/1,117 = 17,9 = 18; п, = 20/1,117' = 16,1 = 16; и„= 20/1 117з = 14 4 = 14 п, = 20/1 1174 = 12,9 = 13; и, = 20/1,117' = 11,5 = 12; п, = 20/1,117' = 10,3 = 10; п, = 20/1,117' = 9,3 = 9; п, = 20/1,117' = 8,3 = 8; по 20/1117з 74 7 и„= 20/1,117" = 6,7 = 7; и„= 20/1,117" = 6; п„= 20/1,117" = 5,3 = 5; п», = 20/1,117" = 4,8 = 5 100 Суммируя число аппаратов, замечаем, что $3 »4 ~,п» =145, а,~,п,.
=150, 4=1 т.е. в случае 13 секций недостает одного аппарата до общего числа 146, а в случае 14 секций появляется четыре избыточных аппарата. Ограничимся 13-ю секциями, добавив один аппарат к первой секции, (Поскольку в первой секции установлено больше всего аппаратов, то изменение их числа на единицу мало отразится на скоростях потоков. В общем случае, если возникнет необходимость перераспределения двух и более аппаратов, слсдует добавлять или убавлять их пропорционально рассчитанному числу аппаратов в секциях,) На основании полученных данных имеем: Расчет наблюдаемой селективности мембран. Наблюдаемую селективность рассчитываем по формуле: ~-р и 1-р„ + 18 (2.81) Ч» 2,31з Я»„ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Число аппаратов в секции 2! 18 16 14 13 12 10 9 8 7 7 6 5 Часть 1'П.
Основное оборудование для очистки сточнь х вод где У вЂ” скорость движения раствора по направлснию к мембране„ вызванного отводом пермсата; 1з — коэффициент массоотдачи растворенного вещества от поверхности мембраны к ядру потока разделяемого раствора, Коэффициент массоотдачи Д определяем из диффузионного критерия Нуссельта Хц'. При расчетах будем считать канал, по которому движется разделяемый раствор, полым, т.е. пренебрежем влиянием на массообмен сспарирующей сетки.
При этом мы вносим некоторую погрешность в сторону занижения наблюдаемой селективности, что обеспечивает определенный ее запас на возможные дефекты в мембране. Проведем расчеты при средних значениях рабочих параметров установки. Средняя удельная производительность б= 2,25 10 ' кг/(м' с); средняя концентрация х, =(х,„+х,„)/2= = (0,8+ 3,2)/2 = 2 ь4 (мас.). Средняя линейная скорость движения разделяемого раствора в каналах мембранных аппаратов и =(и„+и„)/2= =Щ(р„Я,п,)+ Е,„/(р.5,'и.))/2, где ń— расход концентрата.
Подставив значения, получим: зв = [5,56/(1004 ° 2,25 ° 10 ' 21)+ +1 28/(1023 ° 2 25 ° 10 з ° 5) 1/2 = = 0,114 м/с. Значения плотности р и нужные для последующих расчетов значения коэффициентов кинематической вязкости з и диффузии 0 находим по справочным данным. Определим режим течения раствора. Эквивалентный диаметр кольцевого канала 0, = 25, =.2 ° 5 ° 10 4 = 1 ° 10 з м. Критерий Рейнольдса Кс =и~1,/з' = =0,114 ° 1 ° 10 з/(0,934 ° 10 ') = 122. Таким образом, в аппаратах реализуется ламинарный режим течения разделяемого раствора. Для нахождения среднего по длине канала значения Хц' в случае ламинарнога потока в щелевых и кольцевых каналах можно использовать критериальное уравнение: Иц — 167 Кеьм (Рг')озз (с1/1)о,з (2 82) где Рг' = з/.0 — диффузионный критерий Прандтля; .
1 — длина канала, равная ширине пакета. Подставив численные значения, получим: Р~ = 0,934 10 ь/(1281 1О з) = 729; 1Чц — 1 б7 . 122о,зз . 729ь,зз(1, 10-з/ /О 83)о,з — 10 25 Коэффициент массоотдачи Р = Хц'Ю/д, = 10,25 ° 1,281 ° 10 '/(1 ° 10 ') = = 1,31 10 'м/с. Поперечный поток У = 0/р = 2,25 - 10 '/1014 = = 2,2!9 10 'м/с. Теперь рассчитаем наблюдаемую селективность по формуле (2.81): 1-(р 2,219.10 ' 1-0,945 (Р 2,3 1,31 10 ' 0,945 откуда ~р = 0,932. 701 Глава 2. Оборудование для физико-химичееких методов очистки Проверим пригодность выбранной мембраны. Для этого по формуле (2.66) определим концентрацию соли в пермеате, используя полученное значение наблюдаемой селе ктивности: х — 0 008 (1 4- о — орззз»олзз)/ /(1 4-иояз2)— = 0,000994 кг соли/кг раствора.
По формуле (2.67) найдем расход пермеата: Ь = 5,56 (1 — 4 '~"'32) = 4,3 кг/с. Потери соли с пермеатом Х„х, = 4,3 ° 0,000994 = 0,00427 кг/с, что в процентах от исходного содержания составляет 0,00427 ° 100/0,0445 = = 9,6 %, Это значение меньше допустимого (10 %), поэтому нет необходимости перехода к более селективным мембранам. Уточненный расчет поверхности мембран. Рассчитаем удельную производительность мембран по формуле (2.69) с учетом осмотического давления раствора у поверхности мембраны и пермеата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
