Кинетика процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран (1095032), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Однако в ряде случаев следуетучитывать, что чем больше степень загрязнения мембран, тем интенсивней ипродолжительней должна быть обратная промывка. По этой причине напрактике ЗПО возрастает пропорционально увеличению продолжительностициклаидлярасчѐтовнамирекомендуетсяследующаяформула:ЗОП  ЗОП ,1  ЗПО ,2  .Производительность аппарата в течение времени T определялась спомощью интегрирования аппроксимирующей формулы (4.17) и выражаласькакJ (Т )  n(T )  J0регр( )d  J ОП  ОП ,(4.20)где JОП – расход пермеата на обратную промывку за единицу времени;ηОП – продолжительность режима «регенерация».По аналогии с ЗПО время на обратную промывку может возрастать взависимости от продолжительности рабочего цикла.113С учѐтом уравнений (4.18) – (4.20), было полученоЗ уд 0НапрактикепроизводительностиможетЗед   ЗПОJ регр ( )d  J ОП  ОПпотребоватьсяаппаратов min .(4.21)кратковременноебаромембранногоповышениеразделениязасчѐтувеличения напора.

В таком случае предлагаемый нами в работе [113] методпозволяет быстро подобрать оптимальную продолжительность рабочего цикла.Таким образом, предлагаемый инженерный метод на основе тестовыххарактеристик даѐт возможность не только определить наилучшие режимыпроведения процесса, но и корректировать их по ходу эксплуатации.4.8. Актуальность результатов исследования для компьютерногомоделирования процесса разделения полупроницаемыми перегородкамиВ результате проведѐнного в первой главе анализа существующихматематических моделей баромембранного разделения, был сделан вывод онеобходимости создания математических моделей с принципиально инымподходом.

Таким образом в рассматриваемом исследовании модели былоцелесообразноориентироватьнаприменениесовременныхЭВМспоследующим использованием программ расчѐта, учитывающих постоянноменяющиесявовременирабочиехарактеристикибаромембранногооборудования.Как известно [93] в начале столетия были разработаны первые системытвердотельного параметрического моделирования. Появилась возможностьразрабатывать компьютерные 3D-модели, ориентированные на последующееиспользованиепрограммнедостаточноизученнымрасчѐтаприменительнопроцессамкмногофакторным,высоконапорногомембранногоразделения. Отсутствие подобных отечественных разработок объясняется,прежде всего, трудоѐмкостью прикладного программирования на такихплатформах, как САПР SolidWorks, а так же дороговизной осуществленияэкспериментов при давлениях в сотни атмосфер.114Как уже отмечалось выше, результаты проведенных исследований микроиультрафильтрациинеудаѐтсяпроецироватьнаисследованиявысоконапорного разделения.

Все это, и много другое, делают нашиисследованиявысоконапорногообратногоосмосаэксклюзивнымиинеидентичными исследованиям осуществлѐнным другими разработчиками вобласти низконапорных баромембранных процессов. Это подтверждаетсяотсутствиемотечественныхпубликацийвисследуемомнаправлении.Выбранная стратегия исследования была определена нами и остаѐтсянеизменной с 70-ого года.Применительно к разработке аппаратов баромембранного разделениякомпьютерное моделирование осуществлялось посредствам учѐта напряженнодеформированного состояния корпусов под воздействием высокого давлениярабочей среды. С разработкой многотельных моделей появилась возможностьпроектировать на качественно новом уровне функциональные единицытехнологических схем, в частности сборочные единицы [93], разработкакоторых сопряжена с определѐнными трудностями.Однакодолгоевремякомпьютерноемоделированиененаходилоприменения в исследованиях процесса мембранного разделения растворов, иограничивалось, в основном, вопросами инженерной практики.

С развитиемфункциональностиCAD-систем,аконкретноспоявлениемсплайн-инструментов, функций сглаживания, команд построения криволинейныхповерхностей и сопряжений такая возможность появилась. В частности сталовозможным компьютерное моделирование гидродинамики (рисунок 4.18),моделирование тепловых процессов (рисунок 4.19) и др.В связи с тем, что для компьютерного моделирования рассматривается, каквариант, метод конечных элементов и метод конечных объемов, принеобходимойконкретизацииинтегро-дифференциальногопредставляютсяуравнениявозможнымиисследованиянапряженно-деформированногосостояния твердых материалов, подобно тому, как это осуществлялось взадачах структурной механики.

В основе метода заложена идея дискретизациипространства, для чего внутреннее пространство корпуса аппарата разбивалосьна неправильные многогранники.115Рис. 4.18. Пример компьютерного моделирования потоков исходногораствора в среде SolidWorks, при вращении мешалки.Рис. 4.19. Пример компьютерной симуляции тепловых процессов в средеSolidWorks.116Используемыеинтегральныхдлямоделированиясистемыдифференциальныхиуравнений не имеют аналитического решения, поэтомууравнения приводятся к дискретному виду и решаются индивидуально длякаждой элементарной области модели [97].Благодаря впервые полученной нами функции распределения пор порадиусам в КПМ стало возможным применение при математическоммоделировании функционально зависимой от времени величин проницаемостейи селективностей мембран по отношению к отдельным компонентам растворов.В применяемом другими исследователями подходе размер пор принималсянеизменным при любых условиях их эксплуатации, что, как показали нашимноголетниецеленаправленныеисследования,несоответствуетдействительности.Следуетнеизменностизаметить,размераполупроницаемыхчтотакоенесовсемкорректноедопущениепор, а, следовательно, и характеристик разделенияповерхностейнакладываетощутимоеискажениевпонимании самой сути механизма полупроницаемого разделения.Надѐжно выверенные экспериментальные данные позволили, в частности,аналитически определить феноменологический коэффициент Онзагера взаданном временном интервале.Как показано в главе 1, для обратноосмотических процессов, течение вкоторых обеспечивается разностью давлений, а градиенты других массовых силпренебрежимо малы, будет справедливо выражение (1.39).На основании проведѐнных в работе исследований структуры пористогоборосиликатного стекла модель пористой наноповерхности представляется ввиде набора прямых цилиндрических капилляров различного радиуса r.

В связис этим нами предлагается уравнениеK   m 8m  0r2    ln r e(ln r   )22 2  ln r d (ln r ) моль / см ,где т – активная пористость образца; r – радиус пор мембраны;(4.23)117При подстановке уравнения (4.23) в (1.39) выражение и для α11 будет иметьвид11   m 8m2  r2    ln r 0e(ln r   )22 2  ln r d (ln r )(4.24)При этом проведѐнные в работе исследования показали, что в случае сполимерными мембранами, такая запись уравнения (4.24) будет справедливатолько для фиксированного момента времени. В процессе эксплуатациипроисходитперераспределениепорпоразмерам.Поэтойпричинеинтегрирование должно осуществляться с учетом перераспределения f(r) вовремени.Таким образом, выражение для α11 в общем случае будет иметь вид11   m 8m2   f  r , drd(4.25)Sгде S – область на графике (рисунок 4.20), которая задаѐт ограничение решениюпо времени для конкретного диапазона размеров пор.Рассмотрим также моделирование для часто возникающих на практикеслучаев, когда не представляет возможным длительное и основательноепроектированиеосуществлениебаромембранногооборудования.инженерно-техническихПримероммероприятий,являетсянаправленныхнасмягчение последствий чрезвычайных ситуаций в режиме временнóгодефицита.

В таких случаях производится предварительный оценочный расчѐт споследующей рабочей наладкой оборудования под нужды конкретного проектав условиях чрезвычайной ситуации. Для этих целей может применяться модельна основе уравнения для переноса воды и растворѐнных в ней веществ черезполупроницаемую поверхность нанофильтрации или обратного осмоса (1.51) и(1.52). С учѐтом вредного влияния концентрационной поляризации и принятияпредположения о линейной зависимости   kX уравнения (1.51) и (1.52)примут вид (1.53) и (1.54).118Рис. 4.20. Изменение количества пор определенного радиуса в течение всегопериода исследования КПМ. К объяснению двойного интегрирования всоответствии с уравнении (4.29).119Проведѐнные в работе исследования позволили усовершенствоватьуравнения (1.53) и (1.54) с учѐтом деформации структуры АЦМ и другихполимерных мембран под воздействием высокого давления, гидролиза идегидратации:GВ ( )   АВ  ln(  BВ )  CВ    P   3   2 (4.26)GР ( )   АР  ln(  BР )  CР    X 3  X 2  ,(4.27)где η – время работы полупроницаемой поверхности; А, В, С – неизвестныепостоянные коэффициенты с индексом «В» – для воды [м3/(м2·с·Па)], синдексом «Р» – для раствора [м3/(м2·с)].Чтобы получить предельно достоверные коэффициенты для формул (4.26)и (4.27) нами предлагается осуществлять выбор корректных данных с помощьюих параллельного сбора по мембранам с жѐсткой структурой.

Характеристики

Список файлов диссертации