Кинетика процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран

• Автор: Ефремов, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Процесс изменения основных характеристик разделения единицы микропористой поверхности наноматериала

с течением времени

1.1.1. Процесс загрязнения селективной поверхности

пористых материалов

1.1.2. Изменение структуры микропористого слоя полимерных мембран под воздействием рабочего
давления
1.1.3. Изменение структуры поверхностно активных
слоев полимерных мембран в результате релаксации
1.2. Модели переноса компонентов раствора через мембрану
1.3. Анализ структуры микропористого полупроницаемого наноматериала
2. Экспериментальная часть
2.1. Описание опытных установок
2.2. Методика проведения эксперимента
2.3. Свойства капиллярно-пористых стеклянных полупроницаемых материалов
2.4. Перспективное изготовление мембран нового типа
на основе ячеистого бетона
3. Исследование селективной пористости мембран с жёсткой
структурой
3.1. Постановка задачи
3.2. Обоснование гипотезы о логарифмически-нормальном распределении селективных пор по их размерам
3.3. Блок-схема и алгоритм расчета распределения пор

по размерам в среде МаЛСАР с использованием алгоритма Левенберга-Марквардта
4. Устойчивость процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных
и боросиликатных мембран
4.1. Анализ необратимого падения рабочих характеристик обратноосмотических мембран в процессе их
эксплуатации
4.2. Исследование процесса разделения растворов А1С13 на установке
с мембраной из пористого стекла
4.3 Анализ необратимого падения рабочих характеристик
обратноосмотических мембран в процессе их эксплуатации
4.4. Структурно-стабилизационные особенности расчета
пористости обратноосмотических мембран разной природы
4.5. Методика планирования ремонтно-восстановительных
работ оборудования баромембранного разделения
4.6. Выявление кинетической стабильности аппаратов обратного осмоса с использованием алгоритма
сглаживания данных
4.7. Разработка методики расчета удельных затрат
на производство единицы объёма разделяемой среды
4.8. Актуальность результатов исследования для компьютерного моделирования процесса
разделения полупроницаемыми перегородками
Основные результаты и выводы
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время осваиваются новые наукоемкие процессы химических технологий в соответствии с постоянно усиливающейся во всём мире тенденцией развития высокотехнологических процессов. В связи с этим процессы с использованием тонкослойных нанопористых полупроницаемых структур разных геометрических форм (мембран) привлекает к себе всё больше внимание.
В результате таких мембранных процессов происходит продавливание раствора через мембрану, пропускающую молекулы растворителя, но задерживающую молекулы или ионы растворенного вещества, осуществляя тем самым разделение молекул по размерам. Отличительной особенностью этого метода является простота конструкции установок, возможность осуществления процесса при невысокой или даже комнатной температуре, экономичность в сочетании с известными методами разделения - ректификацией, адсорбцией, экстракцией и др.
В связи с этим для баромембранных процессов осваивается промышленный выпуск новых полимерных мембран, включая ацетатцеллюлозные (АЦМ), которые положили начало этому методу и до настоящего времени обладают наилучшими характеристиками разделения -высокой селективностью и удельной производительностью (проницаемостью).
Однако АЦМ, как и большинство полимерных мембран, обладают недостаточно стабильными свойствами. Так, структура этих мембран меняется в зависимости от давления, концентрации растворенных веществ, их природы, продолжительности работы и ряда других факторов. Эти мембраны непригодны для работы в щелочных и сильнокислых средах, что ограничивает их применение. В связи с чем, представляет интерес не только получение и изучение свойств новых мембран, в том числе на основе неорганической природы, но и выявление кинетики процесса разделения этими мембранами.
Настоящая работа посвящена исследованию кинетики процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и

После ряда преобразований было получено
^=Ьр(АР-сг'Ал) (1.22)
Js =(Cs)n.(- где со - проницаемость растворённого вещества при нулевом объёмном потоке; а' - коэффициент Ставермана [86]. Обе величины определяются с помощью экспериментальных данных.
Усовершенствование метода привело к созданию модели Спиглера-Кедема [65], результатом которой являются интуитивно полученные уравнения
А» ^03(
•А ~ А? ш

Ґ (І/и5Л

которые в ходе преобразования получили следующий вид:
Т — —Т V
и V ~~ ^а>о>у о)
' ар с 1- Ам5 с: ) СІ7Г
,Ф Аш» С5 , ) Ф ,

4^5 Авш А? У
с/яг 2.
С учётом уравнения Вант-Гоффа,

'§о>____ Т V
и<оУ <*>•

= уЯТ-
сіу Ыу
ограничения Онзагера уравнение (1.27) принимало вид

Js — р3 + (1 и^С^у,

(1.24)
(1.25)
(1.26)
(1.27)
' > и применением
(1.28)
где Рэ -

- локальная проницаемость растворённого вещества;
у - число молей, образующихся в растворе при диссоциации моля соли.
При этом были отмечены серьёзные ограничения применимости модели. В частности, это связано с пренебрежением конвективным потоком и ограничением в применении лишь для бинарных растворов.