 |
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, Х1к – 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 . Х1н (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).
|
|
|
