Интенсификация процесса ультрафильтрации внешним акустическим полем

• Автор: Хулука, Ильма Мамо
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава I. Литературный обзор . I

1.1. Сущность ультрафильтрации.

1.2. Концентрационная поляризация .

1.3. Сущность явления ультразвуковых колебаний .

1.3.1. Акустические эффекты первого порядка

1.3.2. Акустические эффекты второго порядка

1.3.2.1. Акустические течения .

1.3.2.2. Кавитация

1.3.2.3. Акустическая диффузия .

1.4. Описание конструкций акустических преобразователей энергии .
1.4.1. Магнитострикциошше преобразователи
1.4.2. Пьезоэлектрические преобразователи
1.5. Конструкции мембранных модулей с акустическими преобразователями энергии .
1.6. Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования .
Глава 2. Экспериментальная часть .
2.1. Опытные установки и методики исследований
2.1.1. Описание технологической схемы установки для исследования влияния ультразвуковых колебаний на процесс ультрафильтрации . 3
2.1.2. Конструкции улътрафилътрационных экспериментальных ячеек.
2.1.3. Описание схемы измерения плотности предельного тока
2.1.4. Методика определения коэффициента массоотдачи электродиффузионным методом
2.1.5. Объекты исследования и методы анализа
Глава 3. Обсуждение результатов экспериментов .
3.1. Исследование массоотдачи в процессе улътрафилвтра
ции при наложении внешнего акустического поля .
3.1.1. Определение степенного коэффициента при модифицированном критерии Рейнольдса
3.1.2. Определение степенного коэффициента при диффузионном критерии Прандтля.
3.1.3. Определение степенного коэффициента при акустическом критерии Рейнольдса .
3.2. Влияние внешнего акустического поля на процесс
ультрафильтрации
3.2.1. Влияние акустических колебаний на движущую силу ультрафильтрации .
3.2.2. Влияние внешнего акустического поля на массопроводность мембран .
Выводы .
Литература


Показано, что в литературе отсутствуют данные, касающиеся исследований интенсификации массопереноса в процессах мембранного разделения при воздействии внешнего акустического поля. Во второй главе приведено описание методик исследования, схем и конструкций ультрафильтрационных установок с акустическими излучателями, дана краткая характеристика объектов исследования, а также уравнєїшя для расчета параметров внешнего акустического поля. В третьей главе представлены результаты экспериментов и их обсуждение. Приведеш результаты исследований влияния внешнего акустического поля на массоотдачу в процессе ультрафильтрации. Получены критериальные уравнєїшя акустического воздействия. Приведен анализ влияния внешнего акустического поля на величину концентрационной поляризации и движущую силу процесса ультрафильтрации. Даны практические рекомендации по применению внешнего акустического поля с целью интенсификации производительности и режимам регенерации мембран непосредственно в процессе их эксплуатации. Рассмотрены вопросы, касающиеся техники безопасности, при работе с акустическими преобразователями энергии. ГЛЛВЛ I. Под улътрашильтрацией (УФ) понимают процесс разделения растворов с помощью полупроницаемых мембран, способных задерживать макромолекулы и пропускать низкомолекулярные вещества. Основным функциональным элементом является полупроницаемая ультрафильтрационная мембрана. В большинстве случаев это тошсая пористая перегородка, выполненная из полимерных материалов в виде полосы, трубки или полого волокна. В качестве материала мембраны могут быть использованы полимеры, керамика, стекло, металлы и ряд . I, 2, 3/. А — А Р ~ А'У! Т - абсолютная температура, К. Ультрафильтрацию осуществляют при давлениях 0,1+1,0 МПа. Cy - концентрация растворенного вещества в ядре потока концентрируемого раствора. Как отмечалось в диссертации Тарасовой Т. Эффективность разделения зависит от свойств ультрафильтра-ционных мембран, их порометрических характеристик и физикохимических взаимодействий компонентов раствора с материалом мембраны, а такие от методов нейтрализации явлешзя КП. Первому кругу вопросов, определяемому как внутренняя задача переноса вещества, т. II, -/, поэтому подробный анализ данных вопросов нецелесообразен. В связи с тем, что срюствующие методы интенсификации ультрафильтрации направлены на нейтрализацию явления КП, рассмотрим этот вопрос более детально. В процессе разделения растворителя от растворенного вещества ультрафильтрацией (УФ) через мембрану преимущественно проходит растворитель. При этом концентрация растворенного вещества в пограничном слое у поверхности мембраны увеличивается. Повышение концентрации происходит до тех пор, пока под действием возникающего градиента концентрации растворенных веществ между слоем с повышенной концентрацией у поверхности мембраны и объемом раствора не установится динамическое равновесие. В пограничном слое конвективный перенос вещества к мембране лимитируется молекулярным диффузионным потоком в противоположном направлении и прониканием части вещества через мембрану с потоком пермеата. Явлелше образования у поверхности мембраны пограничного слоя, в котором концентрация растворенных веществ больше, чем в основном объеме раствора, получило название "концентрационной поляризации" /I, 2,3, -/. Снижается движущая сила вследствие увеличения осмотического давления раствора, определяемого концентрацией растворенного вещества в пограничном слое. Это приводит к снижению кале прошщаемости, так и селективности мембран. Сокращается срок службы полимерных мембран, который в значительной мере зависит от концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны. Толщина пограничного слоя в общем случае определяется гидродинамическими условиями в аппарате - интенсивностью перемешивания или скоростью движения потока вдоль поверхности мембраны. Профиль концентраций внутри этого слоя также зависит от режима движения раствора. Для анализа явления КП необходимо рассмотреть распределение концентраций и процессы переноса в пограничном слое (рис. С - концентрации растворенного вещества; у - расстояние по нормали от поверхности мембраны.