Кинетика процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран (1095032), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

3.3.).Для проверки предложенной методики было проведено исследование пористойструктуры жѐсткой мембраны на основе боросиликатного стекла, результатыкоторого представлены на рис. 3.4. На основании данных результатов можносделать вывод, что логарифмически-нормальное распределение хорошокоррелирует с экспериментальными данными по мембранам из пористогостекла и может применяться в расчѐтах баромембранных процессов.Предложенный в работе метод является эвристическим, но эффективноработает на практике при анализе структуры нанопористых стеклянныхмембран.Проверка гипотезы позволяет сделать вывод о хорошей сходимостилогарифмически-нормальной функции распределения с экспериментальнымиданными.

Однако для анализа пористости в других типах мембран требуютсядополнительные исследования.Представляется, что дальнейшее изучение характеристик пористостимембран будет иметь большое значение для перспективного развитиявысоконапорных процессов разделения. В частности, моделирование процессовразделения с учѐтом перераспределения работоспособных пор в мембранепозволит точнее прогнозировать изменение основных рабочих характеристикаппаратов баромембранного разделения во времени.69Рис. 3.3. Блок-схема расчета распределения пор по размерам в среде MathCADc использованием алгоритма Левенберга-Марквардта.70Изучение характеристик пористости мембран также может иметь большоезначение и для управления процессом формирования работоспособных пор ужена стадии производства, при помощи анализа связи свойств исходного сырья споказателями пористости конечного продукта.

Но для этого необходимы болеедетальные исследования зависимости распределения пор по размерам, чтопоможетвсвоюочередьврешениизадачираскрытиямеханизмаполупроницаемого разделения обратноосмотическими мембранами. Пониманиемеханизма распределения пор по размеру также немаловажно для изучениядинамически сформированных мембран этого процесса, т.к. исследование ихпористости классическими методами невозможно из-за крайне низкогокоэффициента стабильности.Рис.

3.4. Дифференциальная функция распределения пор по размерам в КПМ,где точки – экспериментальные значения, сплошная кривая –расчетные значения по уравнению 3.1.71ГЛАВА4. КИНЕТИКА ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВМЕТОДОМ ОБРАТНОГО ОСМОСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМАЦЕТАТЦЕЛЛЮЛОЗНЫХИБОРОСИЛИКАТНЫХМЕМБРАН4.1. Экспериментальное исследование кинетики процесса разделениярастворовНами получено большое количество экспериментальных данных поразделениюрастворовиизменениюпроизводительностиаппаратовсполимерными и жесткими мембранами в течение длительного времениэксплуатации аппаратов.

Обширные экспериментальные данные (тысячиэкспериментов) по характеристикам разделения аппаратов и табличные данныефизических величин к расчетам представлены в приложении диссертации.Накопленныепроизводительностиэкспериментальныеаппаратасданныеацетатцеллюлознымипоизменениюмембранамиимембранами из боросиликатного стекла в течение их 2-х летней эксплуатациипредставлены на рис. 4.1.На нижней части рис. 4.1. представлены также данные по изменениюпроизводительности аппарата с использованием жесткой мембраны.Рис.

4.1. Экспериментальные данные рабочих характеристик аппаратов сацетатцеллюлозными мембранами (рис. 4.1, а) и с B-Si мембранами(рис. 4.1, б) при длительном проведении эксперимента.72Следует заметить, что при проведении экспериментов исключалосьвлияниетемпературы, давления, концентрации, природы растворѐнныхвеществ, и рН исходного раствора, т.к. значение параметров держалипостоянными в пределах погрешности измерения параметров приборами.Температура, давление и т.д.

оставались неизменными для всех экспериментов.Это позволяло идентифицировать характеристики разделения аппаратов сразной природой мембранных материалов для достижения целей исследования.В качестве исходного раствора брали модельно-паспортный 2% раствор NaCl.Полученные экспериментальные данные (график 4.1, табл. Приложения 1)свидетельствуютотом,чтопроизводительностьаппаратасацетатцеллюлозными мембранами сильно колеблется относительно среднегозначения в зависимости от разных факторов. Из данного рисунка наглядновидно, что значение средней производительности аппарата снижается по мереэксплуатации. Прослеживается цикличность в изменении производительностиот начала работы аппарата утром до конца работы вечером, от начала работы вначале рабочей недели до еѐ конца, от начала рабочего месяца до его конца и,соответственно, от года к году.

Из полученных в результате исследованияэкспериментов следует, что стабильность процесса разделения растворов ваппаратах с полимерными мембранами невысокая. В связи с этим,существующее в практике исследования полимерных мембран правило онеобходимости выдерживания мембран под давлением 5,0 МПа в течениевремени от 0,5 до 2-х часов не вносит существенной доли в повышениеустойчивостихарактеристикразделенияаппаратовсполимернымимембранами.

Производительность аппаратов продолжает падать и во всемпоследующем интервале времени (до 2-х лет). Экспериментальные данные,полученныеваппаратахспористымиборосиликатнымистекламисвидетельствуют о стабильности характеристик разделения аппаратов спористыми стеклами (рис. 4.1, б – прямая в нижней части рисунка).Изменения производительности аппаратов с полимерными мембранамиобусловлены выше приведенными причинами. Производительность аппаратов с73пористыми боросиликатными мембранам оставалась неизменной в силуособенностейборосиликатногоматериала.Внастоящеевремяэтоединственный материал, который позволяет осуществлять исследования вмаксимально стабильном режиме эксплуатации.

Кроме того это единственныйматериал для обратноосмотических мембран, который позволяет определитьраспределение пор по радиусам. В этой связи характеристики разделенияаппаратов с мембранами из пористого стекла были выбраны в качествесравнительных для оценки степени нестабильности характеристик разделенияаппаратов с полимерными мембрана. Для этого была использована схемапараллельного сбора экспериментальных данных, включающая в себя аппаратыс полимерными и боросиликатными мембранами.Следует заметить, что количественного определения диаметра рабочих порв полимерных обратноосмотических мембранах не сделано до настоящеговремени.

Это сопряжено с отсутствием микротомов, которые могли быосуществлять срез молекулярной толщины без деформации размеров пор,Микротом сплющивает даже замороженный полимер и не обеспечивает срезмолекулярной толщины для просмотра пор на просвет электронныммикроскопом. Поэтому был осуществлен поиск мембран с жесткой структуройпор. Из всего многообразия мембран были выбраны уникальные для целейисследования боросиликатные стекла. Следует заметить, что пористые стеклапозволили определить распределение пор по радиусам, чего невозможно былоопределить ни в одной из существующих в настоящее время мембран.

Всоответствии с проведенными экспериментальными исследованиями, а также всоответствии с выводами, приведѐнными в первой главе, внешние факторымогут оказывать значительное влияние на рабочие характеристики мембран. Поэтой причине контроль и прогнозирование изменения внешних факторовявляютсяважнойзадачей,отрешениякоторойнапрямуюзависитэффективность работы оборудования для баромембранного разделения. Однакоподобные мероприятия сопряжены с необходимостью обработки большого74объѐма данных, которые в работе формировались в многомерные совокупностиданных и записывались в виде матрицы М: u11 u12uu22М   21 un1 un 2 u1m  u2 m .  unm (4.1)Строки такой матрицы являлись числовыми величинами характеристикразделения мембран, наблюдаемых в одном эксперименте, а столбцысодержали результаты наблюдений за одним из факторов по итогам всегоисследования [108, 118].

Здесь m – это количество факторов, а n – количествонаблюдений.В связи с тем, что в настоящее время развитие вычислительной техники ипрограммного обеспечения резко сократили затраты по трудоѐмкости ивременинаобработкуданных,атакиепрограммныепакетыкак«STATISTICA», «MathCAD», «Maple», «MATLAB», «Mathematica» и др. [109]создали максимально удобные условия для исследователя, делая процессыоптимизации и аппроксимации экспериментальных данных доступнее, переднами открылись возможности визуализации экспериментальных данных ирезультатов вычисления в наглядном графическом виде.По этой причине в данной главе рассматриваются методы решения припомощи ЭВМ таких важных вопросов как:-получениезависимостинеобратимогопаденияудельнойпроизводительности АЦМ от времени эксплуатации;- создание метода планирования ремонтно-восстановительных работпозволяющего выйти на режим оптимального удельного расхода сырья иэнергетических ресурсов;- разработка методики расчѐта оптимальной частоты регенераций ваппаратах баромембранного разделения.При обработке экспериментальных данных в работе использовалсяпрограммный пакет MathCAD.754.2.

Исследование процесса разделения растворов AlCl3 на установке смембраной из боросиликатного стекла.Исследование процесса разделения чистых растворов представлено вкачестве примера, на рис. 4.2. Аппарат изображен на рис. 2.2. Методикапроведения эксперимента представлена выше. Исходный раствор 0,05М АlCl3.Всвязисвпервыепредставившейсяуникальнойвозможностьюсоотнесения рабочих характеристик аппаратов с пористыми стеклами и сраспределением пор в этих мембранах остановимся на анализе результатовэкспериментов.На рис. 4.2.

представлены результаты экспериментов в аппарате спористыми B-Si мембранами. Верхний график – распределение пор порадиусам в B-Si мембранах. Средний график – производительность аппаратапри различных значениях давлений исходного раствора (от 0 до 25 МПа).Нижний график – селективность (отношение разности концентраций исходногораствора и пермеата к концентрации исходного раствора (в процентах или вдолях от единицы))Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что производительностьаппарата с B-Si мембранами линейно возрастает (см.

Характеристики

Список файлов диссертации