Кинетика процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран (1095032)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Московский государственный индустриальный университет»На правах рукописиЕФРЕМОВ Александр ВячеславовичКИНЕТИКА ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВМЕТОДОМ ОБРАТНОГО ОСМОСАС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЦЕТАТЦЕЛЛЮЛОЗНЫХИ БОРОСИЛИКАТНЫХ МЕМБРАН05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологийДиссертация на соискание учѐной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, доцентЗахаров Станислав ЛеонидовичМосква – 20142ОГЛАВЛЕНИЕстр.Введение41. Литературный обзор91.1. Процесс изменения основных характеристик разделенияединицы микропористой поверхности наноматериалас течением времени171.1.1.
Процесс загрязнения селективной поверхностипористых материалов171.1.2. Изменение структуры микропористого слояполимерных мембран под воздействием рабочегодавления221.1.3. Изменение структуры поверхностно активныхслоѐв полимерных мембран в результате релаксации1.2. Модели переноса компонентов раствора через мембрану23261.3. Анализ структуры микропористого полупроницаемогонаноматериала2. Экспериментальная часть43492.1.
Описание опытных установок492.2. Методика проведения эксперимента552.3. Свойства капиллярно-пористых стеклянныхполупроницаемых материалов562.4. Перспективное изготовление мембран нового типана основе ячеистого бетона583. Исследование селективной пористости мембран с жѐсткойструктурой3.1. Постановка задачи62623.2. Обоснование гипотезы о логарифмически-нормальномраспределении селективных пор по их размерам3.3. Блок-схема и алгоритм расчета распределения пор663по размерам в среде MathCAD c использованиемалгоритма Левенберга-Марквардта674. Устойчивость процесса разделения растворов методом обратногоосмоса с использованием ацетатцеллюлозныхи боросиликатных мембран714.1.
Анализ необратимого падения рабочих характеристикобратноосмотических мембран в процессе ихэксплуатации714.2. Исследование процесса разделения растворов АlCl3 на установкес мембраной из пористого стекла754.3 Анализ необратимого падения рабочих характеристикобратноосмотических мембран в процессе их эксплуатации774.4. Структурно-стабилизационные особенности расчетапористости обратноосмотических мембран разной природы864.5. Методика планирования ремонтно-восстановительныхработ оборудования баромембранного разделения974.6.
Выявление кинетической стабильности аппаратовобратного осмоса с использованием алгоритмасглаживания данных1034.7. Разработка методики расчета удельных затратна производство единицы объѐма разделяемой среды1104.8. Актуальность результатов исследованиядля компьютерного моделирования процессаразделения полупроницаемыми перегородками113Основные результаты и выводы123Литература124Приложения1354ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. В настоящее время осваиваются новые наукоемкиепроцессы химических технологий в соответствии с постоянно усиливающейсяво всѐм мире тенденцией развития высокотехнологических процессов. В связисэтимпроцессыполупроницаемыхсиспользованиемструктурразныхтонкослойныхгеометрическихнанопористыхформ(мембран)привлекает к себе всѐ больше внимание.В результате таких мембранных процессов происходит продавливаниерастворачерез мембрану,пропускающуюмолекулырастворителя,нозадерживающую молекулы или ионы растворенного вещества, осуществляя темсамым разделение молекул по размерам.
Отличительной особенностью этогометода является простота конструкции установок, возможность осуществленияпроцесса при невысокой или даже комнатной температуре, экономичность всочетании с известными методами разделения - ректификацией, адсорбцией,экстракцией и др.Всвязиспромышленныйэтимдлявыпускбаромембранныхновыхполимерныхпроцессовмембран,осваиваетсявключаяацетатцеллюлозные (АЦМ), которые положили начало этому методу и донастоящего времени обладают наилучшими характеристиками разделения –высокой селективностью и удельной производительностью (проницаемостью).Однако АЦМ, как и большинство полимерных мембран, обладаютнедостаточно стабильными свойствами. Так, структура этих мембран меняетсяв зависимости от давления, концентрации растворенных веществ, их природы,продолжительностиработыирядадругихфакторов.Этимембранынепригодны для работы в щелочных и сильнокислых средах, что ограничиваетих применение.
В связи с чем, представляет интерес не только получение иизучение свойств новых мембран, в том числе на основе неорганическойприроды, но и выявление кинетики процесса разделения этими мембранами.Настоящая работа посвящена исследованию кинетики процесса разделениярастворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и5боросиликатных мембран (КПМ). Жесткая структура КПМ, сравнительновысокая стойкость их в агрессивных средах позволяют исследовать влияниевнешних факторов в широком диапазоне их изменения, а также изучатьпараметры разделения без наложения эффектов, вызываемых, прежде всегодеформацией пористой структуры мембран под действием приложенногодавления, их гидролизом и гидратацией.Исходя из этого, ставилась задача проверить и сравнить полученные наАЦМ зависимости с аналогичными зависимостями для КПМ, проанализироватьсуществующие уравнения процесса обратного осмоса с учетом кинетикипроцесса.
Получить уравнение для расчета рабочих характеристик КПМ поотношению к растворам электролитов при различных значениях меняющегосядавления.В связи с вышеизложенным актуальным является исследование кинетикипроцесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованиемацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран.Работа выполнялась в соответствии с заданием Министерства образованияи науки РФ в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетнымнаправлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072013 годы»: ГК № 02.513.11.3359 «Индустриализация технологий получениянаночастиц и наноструктурированных материалов».Цель работы - исследование процесса изменения производительностиаппаратов с мембранами разной жесткости во времени при длительном срокеихэксплуатациидляповышенияэффективностиработымембранныхустановок.Для достижения поставленной цели решались задачи:-исследованиявтечениедлительноговремениизмененияпроизводительности аппаратов с ацетатцеллюлозными мембранами и сжесткими мембранами из боросиликатного стекла при разделении растворовнеорганических соединений методом обратного осмоса;6- нахождения среднего значения производительности аппаратов сацетатцеллюлозными мембранами с увеличением времени их эксплуатации;- установления закономерности распределения пор по их размерам встеклянных мембранах с наноразмерными порами;-проведениястатистическойобработкибольшогоколичестваэкспериментальных данных по изменению производительности аппаратов сполимерными мембранами в течение длительного времени эксплуатации;- определения оптимального времени работы до регенерации мембран настадиипредочисткииразработкиметодикипланированияремонтно-восстановительных работ аппаратов обратного осмоса на основе полученнойкинетической зависимости.Объектом исследования является процесс разделения растворов методомобратного осмоса с использованием мембран со структурой разной жесткости.Предмет исследования – кинетика процесса работы мембран разнойжесткости.Научная новизна.
При выполнении работы получены следующиерезультаты:Изучены результаты обработки экспериментальных данных по кинетикепроцесса обратного осмоса с целью получения зависимости, описывающейизменение производительности полимерных мембран за длительный периодэксплуатации.Проведена модернизация уравнения переноса компонентов раствора черезмембрану с учетом кинетики процесса разделения растворов методомобратного осмоса.Изложена методика расчета рационального диапазона времени работымембраны до ее замены, позволяющая минимизировать приведенные затратына процесс разделения.Доказано, что плотность вероятности распределения пор по размеру вобратноосмотическихборосиликатныхлогарифмически нормальному закону.мембранахподчиняется7Практическая ценность.
Разработан метод планирования ремонтновосстановительных работ, позволяющий выйти на режим оптимальногоудельного расхода сырья и энергетических ресурсов.Разработан способ расчѐта оптимальной частоты регенераций в аппаратахбаромембранного разделения.Представлен метод параллельного сбора экспериментальных данных спилотной установки с жесткими мембранами и промышленной установки сполимернымимембранами,необходимыйдляпроектированияновыхмембранных установок.Созданы блок-схема и алгоритм расчета распределения пор по размерам всреде MathCAD с использованием алгоритма Левенберга-Марквардта.Практическая часть работы была представлена на 15-й международнойвыставке химической промышленности и науки «Химия-2009»; на 11-йМеждународной выставке "Высокие технологии ХХI века" – "ВТ XXI–2010".Апробация работы. Основные положения работы докладывались иобсуждались на 8-й Международной научно-практической конференции«Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитыхрегионах», Кемерово, 2009 г.; 2-й Всероссийской научной конференции«Переработка углеводородного сырья.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
