 |
Концентрационная поляризация.
|
|
|
|
Это процесс повышения концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны, вследствие отвода растворителя через поры мембраны. Концентрационная поляризация уменьшает движущую силу вследствие увеличения осмотического давления из-за увеличения концентрации растворенного вещества вблизи мембраны.
Для увеличения скорости процесса применяют перемешивание раствора над мембраной.
Давление раствора над мембраной.
Повышение давления увеличивает селективность полимерной мембраны, но может вызвать ее деформацию, которая не исчезает после снятия давления. Деформация уменьшает проницаемость мембраны, а значит и производительность аппарата.
Для “жестких”мембран при вязкостном режиме зависимость проницаемости от движущей силы может быть выражена линейным уравнением
G = A DP,
где А —константа проницаемости растворителя в данной мембране.
Температура исходного раствора.
Повышение температуры улучшает проведение процесса, т.к. понижается вязкость и увеличивается скорость диффузии. Однако некоторые полимерные мембраны не выдерживают действие высоких температур и применяются при комнатных температурах.
Природа растворенных веществ.
Неорганические вещества задерживаются мембранами лучше, чем органические; вещества с большей молекулярной массой так же задерживаются лучше, чем с меньшей.
Повышение концентрации раствора.
Снижается проницаемость мембран из-за увеличения осмотического давления и повышения вязкости. Повышение концентрации некоторых органических веществ может так же привести к растворению самой мембраны.
Из практики следует, что обратный осмос для обессоливания электролитов может быть применен при концентрации от 5 до 20 %.
|
|
|
РАСЧЕТ АППАРАТА С МЕМБРАНОЙ
Процессы разделения обычно проводят при постоянной температуре и постоянном давлении. При расчете задается производительность по исходному раствору L0 кг/ч и состав раствора x0 кг/кг, выход фильтрата а и его конечный состав yк кг/кг. Расчет сводится к определению поверхности мембраны F м2.
По выходу фильтрата определяют его количество
W = a.L0.
Из уравнения материального баланса по общим потокам
L0 = Lк + W
находят количество концентрата, выходящего из аппарата:
Lк = L0 — W.
Из уравнения материального баланса по концентрированному компоненту
L0x0 = Lкxк + Wyк
определяют состав концентрата:
xк = (L0x0 —Wyк)/(L0 — W).
Выражая полученное значение через а = W/L0, получим
xк = (x0 —ayк)/(1‑a).
По концентрациям на выходе из аппарата xк yк, характеризующих состав над и под мембраной, определяют селективность мембраны.
j =(xк —yк)/xк.
Из справочников подбирают материал и толщину мембраны. При заданных температуре и давлении для этой мембраны строят зависимость проницаемости от состава заданного раствора над мембраной.
G = f (x).
Находят рабочую поверхность полунепроницаемой мембраны.
F = W/G = aL0/f(xк).
Т ЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода тепла, называются теплообменными. К ним относятся нагревание, охлаждение, конденсация, испарение.
Нагревание - это повышение температуры обрабатываемых материалов путем подвода тепла. Охлаждение - понижение температуры веществ путем отвода от них тепла. Конденсация - сжижение паров путем отвода тепла. Испарение - перевод в парообразное состояние веществ путем подвода тепла. Частным случаем испарения является выпаривание - растворов путем удаления растворителя в виде паров.
В тепловых процессах взаимодействуют не менее двух сред называемых теплоносителями. Самопроизвольно тепло передается только от горячего теплоноситетля к холодному. Теплоноситель с большей температурой называется греющим, с меньшей - нагреваемым.
|
|
|
Различают однофазные теплоносители, т.е. свойства которых изменяются в пространстве непрерывно, и многофазные - состоящие из нескольких однофазных частей, на границах которых физические свойства меняются скачками.
Основной характеристикой теплового процесса является количество передаваемого тепла, которое определяется из основного уравнения теплопередачи
d2Q = KлDt dF dt,
или для установившегося процесса
Q = K Dtм F,
где d2Q — количество переданного тепла;
Kл —локальный коэффициент теплопередачи;
Dt —разность температур между теплоносителями;
dF —элемент поверхности теплообмена;
dt —продолжительность теплообмена;
K —средний коэффициент теплопередачи;
Dtм —средний температурный напор;
F —полная поверхность теплообмена.
Из основного уравнения теплопередачи определяют поверхность теплообмена аппарата
F = Q/(K Dt).
Определение кинетических характеристик теплового процесса —средней разности температур и коэффициента теплопередачи —является основной задачей теплопередачи. Тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Теплопроводность — процесс распространения тепла внутри тела вследствие колебательного движения частиц. Наблюдается в твердых телах и тонких слоях жидкостей или газов.
Конвекция — перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.
Тепловое излучение — распространение тепла в виде электромагнитных волн.
В большинстве случаев тепло распространяется одновременно двумя-теремя способами т.е. происходит сложный теплообмен.
Необратимый процесс переноса тепла в пространстве с неоднородным полем температуры называется теплообменом.
|
|
|
