Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Расчеты, подтверждающие работоспособность разрабатываемого объекта





Выбор рабочей температуры и перепада давления через мембрану

 

С повышением температуры разделяемого раствора селективность мембран изменяется мало, а удельная производительность увеличивается в первом приближении обратно пропорционально вязкости пермеата (в том диапазоне температур, где мембраны не разрушаются от термических воздействий). Обратный осмос целесообразно проводить при температуре окружающей среды (обычно 20-25 0С). В тех случаях когда технологический раствор, подвергаемый разделению, уже имеет повышенную температуру, экономически оправдана работа и при температурах выше 25 0С.

С увеличением перепада рабочего давления через мембрану возрастает движущая сила обратного осмоса и увеличивается удельная производительность мембран. Практика применения обратного осмоса показывает, что в условиях длительной эксплуатации оптимальный перепад давления для металлокерамических мембран составляет от 8 до 36 МПа.

Выбираем t = 25 0С, Dр = 8 МПа.

 

Выбор мембраны

 

При выборе мембраны следует исходить из того, что она должна обладать максимальной удельной производительностью при селективности, обеспечивающей выполнение требований к качеству фильтрованного продукта (максимальная биологическая стойкость, содержание экстрактивных веществ, плотность и др.). Кроме того, мембрана должна обладать высокой химической стойкостью по отношению к разделяемому продукту [5].

Применение некоторых типов мембран (керамических или динамических) дает возможность решать весьма специфические технологические задачи, например, очистку сильно агрессивных жидкостей (кислот, щелочей, некоторых органических соединений), где применение полимерных мембран, как и других методов, невозможно или неэффективно. Основные свойства керамических мембран указаны в таблице 3.1

 

Таблица 3.1 Основные свойства керамических мембран

Размер пор

(порог задержки), мкм

Толщина мембраны, мкм Состав мембраны Объемная пористость, % Производительность по воде, м3/м2/ч

Микрофильтрация



0,4 - 0,6 20 SIC 90 2500 - 3500
0,1 - 0,2 20 SIC 80 1500 - 2000
Ультрафильтрация 0,03 - 0,05 20 + 3 SIC 70 700 - 1000

 

Для микрофильтрации пива выбираем керамическую мембрану волокнистой структуры типа КМФЭ (ТУ 000-41-002-92). Мембрана предназначена для оснащения фильтровальных аппаратов и выполняется по специальному заказу.

Произведем необходимые расчеты для установки обратного осмоса, предназначенной для умягчения водопроводной воды.

Начиная с концентраций растворенных веществ 0,2 - 0,4 моль/л воды, характеристики обратного осмоса начинают ухудшаться; становится существенным снижение удельной производительности мембран и их селективности, которая для разбавленных растворов остается примерно постоянной. Это приводит к увеличению необходимой поверхности мембран и ухудшению качества воды, что снижает экономичность обратного осмоса. Поэтому примем концентрацию 0,3 моль/ л воды в качестве конечной для степени обратного осмоса. Из [5] определили величину jи = 0,9.

Ниже представлены характеристики ацетатцеллюлозных мембран для обратного осмоса (характеристики установлены при перепаде рабочего давления через мембрану D р = 5 МПа и рабочей температуре t = 25 0С). Использую рекомендации работы [10], находим, что принятое значение соответствует концентрации 3,2 % (масс.)

 

Таблица 3.2 Характеристики ацетатцеллюлозных мембран для обратного осмоса

Марка и тип мембраны Общая пористость, % Производительность по дистиллированной воде J . 103, м3/(м2 . сут) Коэффициент задерживания, %
МГА – 100 75 ± 3 300 98
МГА – 95 75 ± 3 500 95
МГА – 90 75 ± 3 600 – 800 90
МГА – 80 75 ± 3 1000 – 1200 80
МГА - 70 75 ± 3 > 1200 70

 

Рассчитаем истинную селективность мембран приняв в первом приближении, что наблюдаемая селективность равна истинной, определим концентрацию растворенного вещества по формуле:

 

, (4.1)

 

где К – степень концентрирования, равная:

 

, (4.2)

 

где Х1н, Х – начальная и конечная концентрация водопроводной воды для процесса обратного осмоса.

К = .

Подставляя известные величины в формулу (4.1) окончательно получим:

1,31 . 10-3 кг соли/кг раствора.

Расход пермеата найдем по формуле:

 

, (4.3)

 

где Lн – расход исходного раствора, L = 5,56кг/с.

 кг/с.

Расход соли с исходным раствором определится:

 

Lн.р. = Lн . Х (4.4)

 

Lн.р. = 5,56 . 0,008 = 0,044 кг/с.

Содержание соли (потери в пермеате) в пермеате:

 

 (4.5)

 

Lпот = 4,39 . 1,31 . 10-3 = 5,75 . 10-3 кг/с,

что в процентах от количества, содержащегося в исходном растворе (5,75 . 10-3 . 100)/ 0,044 = 13,07 %.

Полученное значение больше допустимого (10 %), поэтому рассмотрим следующую по удельной производительности мембрану – МГА – 95.

 кг соли/кг раствора;

кг/с;

кг/с.

Потери соли в % от количества, содержащегося в исходном растворе: (3,234 . 10-3 . 100) / 0,044 = 7,35 %. Это значение находится в пределах допустимого, поэтому выбираем для дальнейших расчетов мембрану МГА – 95, имеющую селективность по NaCl φи = 0,95 и удельную производительность по воде Gо = 2,3 .10-3 кг/(м2 . с).

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2019 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.