Гидродинамика и массообмен на полупроницаемых поверхностях с малым отбором и вдувом массы

• Автор: Дмитриев, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 393 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ стр.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ. И

1. ГИДРОДИНАМИКА И МАССОПЕРЕНОС НА

IЮЛУПРОНИЦАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ЛИТЕРАТУРНЫЕ ДАННЫЕ.

1.1. Полупроницаемые поверхности и аппараты мембранного

разделения жидких смесей

1.2. Математическое моделирование гидродинамики и массопереноса в

каналах мембранных аппаратов

1.2.1. Ламинарные течения в плоских и круглых каналах с проницаемыми стенками

1.2.2. Массоперенос в каналах с проницаемыми стенками.

1.3. Экспериментальное исследование массоотдачи в каналах с
полупроницаемыми стенками
1.3.1. Прямые инструментальные методы.
1.3.2. Косвенные способы.
1.3.3. Обобщнные зависимости.
1.4. Образование осадка на полупроницаемой поверхности и способы снижения диффузионного сопротивления.
1.5. О возможности интеграции совмещения процессов с использованием полупроницаемых поверхностей
1.6. Выводы из анализа литературных данных и постановка задачи исследования.
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССООБМЕНА В КАНАЛАХ
РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ С ПОЛУПРОНИЦАЕМЫМИ
СТЕНКАМИ
2.1. Локальные потоки компонентов смеси через полупроницаемые
поверхности
2.2. Плоские щелевидные каналы прямоугольного сечения
2.2.1. Диффузия в каналах с непроницаемыми стенками
2.2.2. Массоотдача в плоских каналах с симметричным отбором массы
2.2.3. Массообмен в плоских каналах с асимметричным отбором массы.
2.3. Каналы круглого сечения с отбором и вдувом массы.
2.3.1. Капилляры полые волокна
2.3.2. Единичное полое волокно с проницаемой стенкой вдув массы
2.3.3. Оценка гидродинамического сопротивления при продольном обтекании массива трубчатых мембран.
2.3.4. Взаимное направление потоков и изменение локальной движущей
силы
2.3.5. Нелинейность падения давления и проницаемости в круглых каналах отбор массы.
2.4. Учт изменения свойств проницаемой поверхности кольматация.
2.5. Гидродинамика и массоперенос в совмещнных процессах на проницаемых поверхностях
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ОСНОВНЫХ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МОДЕЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ.
3.1. Объекты исследования и методики анализа
3.2. Установки для проведения базовых экспериментов.
3.2.1. Исследование диффузионных пограничных слоев метод лазерной
интерферометрии.
3.2.2. Изучение гидродинамики и массообме 1а в пучке полых волокон.
3.2.3. Исследование совмещенных процессов
3.3. Экспериментальная проверка адекватности математических
моделей.
3.3.1. Щелевидные каналы прямоугольного сечения
3.3.2. Каналы круглого сечения с вдувом массы полые
волокна
3.3.3. Характеристики разделения с учтом изменения свойств проницаемой
поверхности микрофильтрация.
3.3.4. Совмещение микрофильтрационного и десорбционного процессов.
4. ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ ПО МАССООБМЕНУ НА
П0ЛУПР1ИЦАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ.
4.1. Корреляции для расчта диффузионного сопротивления
4.2. Влияние проницаемости поверхности на массообмен.
4.3. Предпосылки для расчта интегральных характеристик
баромембранных процессов
5. ИНЖЕНЕРНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛУПРОНИЦАЕМЫХ МЕМБРА
5.1. Плоскорамные модули.
5.2. Аппараты обратного осмоса на основе полых волокон.
5.2.1. Оценка эффективности работы половолоконных
модулей.
5.2.2. Расчет характеристик разделения.
5.3. Аппараты для реализации совмещнного мембраннодесорбционного
процесса
5.3.1. Технологические аспекты.
5.3.2. Расчт микрофильтрационнодесорбционного процесса.
6. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАТНОГО ОСМОСА ДЛЯ очистки СТОЧНЫХ ВОД И МИКРОФИЛЬТРАЦИОННОДЕСОРБЦИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ.
6.1. Проектирование узла обратноосмотической очистки минеральной части сточных вод производства винилхлорида.
6.1.1. Результаты опытных исследований.
6.1.2. Расчт промышленной одноступенчатой установки обратного осмоса
6.1.3. Технологическая схема.
6.1.4. Основное технологическое оборудование и рекомендации по автоматизации
6.2. Разработка технологической схемы очистки сточных вод кустового завода Селенгинского ЦКК с применением обратноосмотических аппаратов на основе полых волокон.
6.2.1. Опытная установка.
6.2.2. Технологическая схема.
6.3. Регенерация рабочих технологических жидкостей
микрофильтрационнодесорбционным способом.
6.3.1. Очистка и регенерация рабочих жидкостей краткие литературные данные
6.3.2. Итоги опытных исследований
6.3.3. Технологические схемы.
I1ЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В ряде случаев для крупнопористых и перфорированных поверхностей необходимо учитывать скольжение на стенке. Для уравнения диффузии в качестве одного из граничных условий используют равенство поперечного конвективного потока и диффузионного потока компонента, задерживаемого мембраной. Кроме граничных условий на проницаемых стенках принимают во внимание и состояние среды во входных сечениях каналов. В случае плоских профилей скорости и концентрации на входе решаются задачи одновременного формирования гидродинамического и диффузионного пограничных слоев. Наиболее часто гидродинамический пограничный слой считают сформированным и рассматривают проблему развития диффузионного пограничного слоя. Решение системы дифференциальных уравнений 14 очень сложная математическая задача. К такого рода допущениям относят постоянство плотности смеси, коэффициентов вязкости и диффузии, неизменность скорости отбора или вдува массы по длине канала. Так допущение о постоянстве коэффициентов вязкости и диффузии приводит к независимости уравнений 1. Как отмечалось ранее, для напорных каналов мембранных аппаратов наиболее характерным является ламинарный режим течения, который и будет рассматриваться более детально. Ламинарные течения в плоских и круглых каналах с проницаемыми стенками. Берман нашел, что при постоянной скорости отбора система уравнений 1. В этом случае из уравнения 1. С учетом выражений 1. Здесь число Рейнольдса, составленное для скорости
отбора или вдува массы. Граничными для уравнений 1. V о, i 1. Ч 0 р1 0 1. Роль уравнения 1. Из 1. Террил показал, что уравнение 1. В , 0 получено решение уравнения 1. Яеу. А3Зкеуо1Ц. Первые члены в 1. Пуазейля в плоской трубе . Заметим, что при Яеу 0 выражения 1. При больших значениях имеющих место при интенсивном отборе Иву 1 и вдуве Иву 1, возникает задача о сингулярном возмущении , т. С 1. Физический интерес представляют два решения 1. Выражение 1. Неуоо и описывает однородное распределение продольной скорости по сечению канала, не удовлетворяющее условию прилипания на стенке. Однако, от внешнего разложения это и не требуется, т. Выражение 1. Интересной особенностью уравнения 1. Внутреннее пристенное решение уравнения 1. Для определения функции из 1. ЛехрЛ. С
1. Распределение продольной скорости по сечению канала при разных значениях параметра Яеу приведены в работах , . Отмечено, что с увеличением интенсивности отбора массы профиль продольной скорости становится более заполненным и по своей структуре приближается к пограничному течению, описываемому выражением 1 В построены зависимости коэффициентов трения и градиентов давления от числа Яег Показано, что вдув приводит к более резкому падению градиента давления, т. В случае отбора массы при Яеу,3 давление возрастает, несмотря на увеличение поверхностного трения, т. Отметим, что при малых и больших значениях Веу для вычисления зрения на стенке можно использовать асимптотические разложения 0. Яе,1 . НИ 0,4 0,2 Яе,, Яе,
Соотношение 1. Яеу 4. Течение в плоском канале с асимметричным отбором массы исследовали , , 6, 7, 2 на основе гой же системы дифференциальных уравнений 1. Ясуо1Ц
I
1. Асимметрия течения в канале приводит к смещению максимума осевой скорости к непроницаемой поверхности при вдуве и к проницаемой при отборе массы. Однако при очень малых Яеу это смещение практически не отражается на течении в непосредственной близости у проницаемой стенки. Что касается проблемы скольжения, то большинство исследователей , 9, 0, 1, 2, 9 полагает, что поток на слабопроницаемых стенках полностью тормозится. Необходимость учета скольжения возникает при течении у перфорированной или крупнопористой поверхности, т. В подробном анализе, данном в работе 9, сообщается о практическом отсутствии скольжения до Яеу 1,5. V дг
1. Для полностью развитого течения с постоянной скоростью отбора вдува массы г0 граничными условиями для системы будут 1. Классическое автомодельное решение системы уравнений 1. Как и при течении в плоском канале с проницаемыми стенками, из уравнения 1. Р р т 1. Г раничные условия для уравнений 1. Нт4 0 Нто 0 1 ,. ИтУУМо , р1 о 1. Из 1.