Кинетика процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран (1095032), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Это позволилочастично отделить влияние внешних факторов на процесс от влияниядеформации структуры ацетатцеллюлозных мембран.Схема параллельного сбора предполагает одновременное использованиепористых стекол.Следует отметить, что значение коэффициента А в формулах (4.26) и (4.27)может быть как положительным, так и отрицательным. Если коэффициент Аположительный, то происходит размывание структуры мембраны. Это можетбыть прямым следствием промывок с целью очистки поверхности активногослоямембраныагрессивнымисредами.ЕсликоэффициентАимеетотрицательное значение, то преобладает эффект закупоривания пор вследствиезасоренияактивногослоямембраныидеформацииструктурыподвоздействием рабочего давления разделяемой среды.Исследования высоконапорных мембранных процессов разделения сприменением приведѐнных выше методик требовало для целей нашегоисследованияиспользованиесредствсовременногокомпьютерногомоделирования.
В первую очередь это было связано со сложностью процесса и120вытекающими из этого трудностями при его аналитическом исследовании.Применениекомпьютерногомоделированиясиспользованиеминтегрированных САD/CAE-систем позволяет при условии стабильныххарактеристикразделениямембранамипродолжитьисследованиенакачественно новом уровне.Математическое моделирование процесса разделения с использованиемсистемы уравнений нестационарного пространственного течения (1.44-1.46),требует точной экспериментальной базы для определения вектора силысопротивления мембраны k в уравнении (1.50), определяемого еѐ свойствами иимеющего видk grad P / ,(4.28)где P, ρ, ω – давление, плотность и скорость разделяемого растворасоответственно.Вектор силы сопротивления k может определяться при моделированииследующими зависимостями:● k=ΔP·S/(J·L), где ΔP – разница давлений между противоположнымисторонами селективного слоя мембраны в направлении течения, J – массовыйрасход разделяемого раствора в данном направлении, S и L– площадьпоперечного сечения и длина селективного слоя мембраны в данномнаправлении.● k=(A·ω+B)/ρ, где ω – скорость разделяемого раствора, ρ – плотностьразделяемого раствора, А и В – константы.
Вектор силы сопротивления kзадаѐтся константами А и В.● k=μ/(ρ·D2), где μ и ρ – коэффициент динамической вязкости и плотностьразделяемого раствора соответственно, D – характерный размер порымембраны, определяемый эмпирически. Таким образом, D определяет величинуk, а μ и ρ определяются при расчете течения.● k=μ/(ρ·D2)·f(Re), где f(Re) – функция от числа Рейнольдса.121В результате проведенного исследования был сделан вывод, чтоиспользование современных интегрированных CAD/CAE-систем позволяетприменять более сложные модели многофакторных, меняющихся в ходе работыпроцессов переноса массы. При этом стабильные характеристики разделенияКПМ представляются в качестве надежной и единственно возможнойфункционально выверенной основы качественного моделирования процессовобратного осмоса и нанофильтрации.Таким образом, использование пористых боросиликатных стекол в схемепараллельногосбораэкспериментальныхданныхпозволилоувеличитьстабильно-расчетные основы работы аппаратов.Тем самым удалось отделить влияние внешних факторов на процесс отвлияния внутренних факторов - рабочих характеристик мембран со временем.Дальнейшаяобработкапозволиласоздатькомпенсационнуюсхему,повышающую точность прогноза работоспособности полимерных мембран.Исследование процесса обратного осмоса осуществлялось на качественноновой теоретической основе с использованием для сравнения оригинальнойпористой структуры материала из пористого боросиликатного стекла, которомуприданыгеометрическиеформыввидекапилляров,чтопозволилоосуществлять процесс при повышенных давлениях (до 27 МПа и более)исходных растворов.Исключительныепозволиливозможностиоптимальноохватитьпористогоосновноеборосиликатногомножествостеклаособенностеймембранных материалов для обратного осмоса и нанофильтрации.В связи с применением результатов проведѐнного исследованием на КПМбыл сделан вывод, что технология изготовления всех мембран неорганическойприроды должна быть ориентирована на увеличение площади под восходящейчастью кривой и уменьшение площади под нисходящей ее частью на графикедифференциальной функции распределения пор по размерам (рисунок 3.4).Другими словами заводам изготовителям дана рекомендация об уменьшениидоли крупных пор в селективном слое мембраны.122Результаты исследования процесса были использованы при испытанииаппарата мембранного разделения в КНР.Внедрение разработанной схемы использовалось в ООО «Поддержка» г.Кинешма Ивановской области.
Акт внедрения прилагается.Внедрение оптимальной схемы очистки городских сточных вод (г.Наволоки Ивановской области) и производственных сточных вод (ООО«НавТЕКСТ»Ивановскойобласти)осуществленовсоответствиисприлагаемым актом.Предложенная схема параллельного сбора экспериментальных данных нааппаратах с КПМ и АЦМ (рис. 3.1) может быть рекомендована дляпрактического применения. Это позволяет обрабатывать экспериментальныеданные с учетом корректировки режима основной рабочей установки саппаратами на базе АЦМ. В результате чего осуществляется проектирование ирасчет баромембранных процессов и аппаратов на качественно новом уровнепроектирования.Предложен метод параллельного сбора экспериментальных данных спилотной установки с жесткими мембранами и промышленной установки сполимернымимембранами,которыйпозволитнадежнопроектироватьпроизводительность установок с использованием мембран из полимерныхматериалов.123ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Исследованиявтечениедлительноговремениизмененияпроизводительности аппаратов с ацетатцеллюлозными мембранами и сжесткими мембранами из боросиликатного стекла при разделении растворовнеорганических соединений методом обратного осмоса показали, что прииспользованииацетатцеллюлозныхмембранпроизводительностьсильноколеблется относительно еѐ среднего значения.Установлено, что производительность аппарата в процессе разделениярастворов на жесткой мембране из боросиликатного стекла не меняется втечение длительного времени эксплуатации.2.
Найдено, что среднее значение производительности аппаратов сацетатцеллюлозными мембранами уменьшается по экспоненциальному законус увеличением времени их эксплуатации.3. В результате проведенных расчетно-экспериментальных исследованийустановлена закономерность распределения пор по их размерам в стеклянныхмембранах с наноразмерными порами.4.
Проведенная статистическая обработка экспериментальных данных поизменению производительности аппаратов с полимерными мембранами втечение длительного времени эксплуатации позволила получить надежнуюрасчетную кинетическую зависимость.5. Предложена методика определения оптимального времени работы дорегенерациимембраннаосновеполученнойавторомкинетическойзависимости.6. На основе математического описания изменения производительностиаппаратов обратного осмоса разработана методика планирования их ремонтновосстановительных работ.124Литература:1.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., 2005.-753 с.2. Ю. И. Дытнерский, Мембранные процессы разделения жидких смесей, М.,"Химия", 1975.-232с.3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчѐт. – М.:Химия, 1986.-272 с.4. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Изд.
2-е.Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995.-368 с.5. Т. Хванг, К. Каммермейер, Мембранные процессы разделения, М., "Химия",1981. -465с.6. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. – М.:Мир, 1999.-513с.7.
Брык М.Т., Цапюк Е.А., Твердый А.А. Мембранная технология впромышленности. Киев: Тэхника, 1990.-247 с.8. Дубяга В.П., Перепечкин Л.П., Каталевский Е.Е. Полимерные мембраны. М.: Химия, 1981.-231 с9. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химическойтехнологии, 3-е изд. - Л., Химия, 1982.-288 с.10. Берд Р., Стьюард, Лайтфут Е.
Явления переноса. М.: Химия, 1974. - 688 с.11. Дытнерский Ю.И., Дмитриев Е.А. Исследование концентрационнойполяризации при разделении разбавленных водных растворов электролитовобратным осмосом. // Теор. основы хим. технол. 1982. -т.16, №6. -с. 837-839.12. Свитцов А.А., Введение в мембранную технологию, М., ДеЛи принт, 2007,208 с.13. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической инефтехимической технологии, 3-е изд. - М., Химия, 1987.
- 540 с.14. Кочаров Р.Г., Захаров С.Л. Исследование гидравлического сопротивленияаппаратов обратного осмоса и ультрафильтрации с мембранами в видеполых волокон // Химическое и нефтяное машиностроение. -1985. -№ 5. - С.22-23.12515. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Кольцова Э.М. Системный анализ химическойтехнологии,энтропийныйивариационныйметодынеравновеснойтермодинамики в задачах химической технологии. –М.: Химия, 1999. –256 с.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
