Ультра- и микрофильтрация в половолоконных аппаратах с образованием осадка на поверхности мембран

• Автор: Поляков, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Ультра и микрофильтрационные половолоконные аппараты конструктивное оформление режимы работы факторы, влияющие на эффективность и производительность области применения.
1.2. Математическое описание процесса образования осадка на поверхности мембраны. Методы расчета процесса массопереноса в ультра и микрофильтрационных половолоконных аппаратах и методики их технологического расчета

1.3. Захват частиц поверхностью коллекторов в объемных фильтрах

1.4. Влияние размера пор мембраны на процесс осадкообразования и скорость фильтрации

1.5. Выводы и постановка задачи исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Математическая модель для описания работы ультра и микрофильтрационных половолокониых аппаратов
2.1.1. Общая формулировка
2.1.2. Численные решения
2.1.2.1 Тупиковый фильтр.
2.1.2.2. Проточный фильтр
2.1.3. Приближенные решения
2.1.3.1. Тупиковый фильтр
2.1.3.2. Проточный фильтр
2.1.3. Асимптотические решения.
2.2. Учет постепенного закупоривания пор на начальном этапе процесса
осадкообразования.
2.3. Влияние проницаемости мембран на величину коэффициентов адсорбции и пептизации.
Глава 3. ВЕРИФИКАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПУТЕМ СРАВНЕНИЯ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ
3.1. Тупиковые фильтры с постоянным давлением и переменной скоростью фильтрации..
3.2. Тупиковые фильтры с постоянной скоростью фильтрации и переменным давлением
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ И СВОЙСТВ МЕМБРАН НА РАБОТУ ПВ ФИЛЬТРОВ С НФП .
4.1. Тупиковый фильтр.
4.2. Проточные половолоконные фильтры с постоянным давлением и постоянной скоростью фильтрации
4.3. Зависимость коэффициентов адсорбции и пептизации от скорости проницаемости.
Глава 5. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПВ ФИЛЬТРОВ С НФП.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Второй тип ПВ аппаратов, с наружной фильтрующей поверхностью (НФП), в последние годы начал активно внедряться в процессы очистки сточных вод как самостоятельный фильтрующий модуль, так и в бескорпусном исполнении в составе мембранных биореакторов, где пучок волокон погружен в рабочую камеру реактора [, 5, 7, 3]. Дальнейший прогресс на пути внедрения ПВ фильтров с НФП и совершенствования установок на их основе сдерживается отсутствием физико-математической модели процесса осадкообразования на поверхности полых волокон, учитывающей основные закономерности процесса разделения в этих аппаратах. Отсутствие такой модели не позволяет разработать адекватные методы проектирования и технологического расчета установок на основе ПВ фильтров с НФП. Например, на основе аналогии с фильтрующими и адсорбционными зернистыми слоями и насадками, у которых отношение объема коллекторов к полному объему фильтра практически равно отношению объема полупроницаемых волокон к полному объему ПВ фильтра, процесс осадкообразования в ПВ фильтре может быть применен для увеличения объема получаемого пермеата и для получения дополнительного (по отношению к пермеату) очищенного продукта - фильтрата. Это может привести к заметному увеличению выхода очищенной воды. Поэтому теоретическое и экспериментальное исследование процессов ультра- и микрофильтрации в половолоконных фильтрах с наружной фильтрующей поверхностью и разработка новых инженерных решений на их основе является актуальной задачей. Нель работы - разработать физико-математическую модель процесса осадкообразования в УФ и МФ половолоконных фильтрах с НФП, адекватно описывающую имеющиеся экспериментальные данные и позволяющую сформулировать требования к свойствам материала половолоконных мембран для повышения эффективности работы ПВ фильтров; разработать физико-математическую модель для описания процессов ультра- и микрофильтрации в ПВ фильтрах с НФП, в которых кроме потока пермеата может производиться поток фильтрата за счет образования осадка на поверхности ПВ мембран, и предложить основы конструктивного оформления такого процесса; с использованием разработанных моделей создать методику технологического расчета ПВ фильтров с НФП. Впервые разработана физико-математическая модель процесса осадкообразования в УФ и МФ половолоконных фильтрах с НФП, учитывающая изменение толщины осадка частиц на мембранах не только во времени, но и по глубине фильтра. Путем сравнения с экспериментальными данными установлено, что кинетика процессов ультра- и микрофильтрации в ПВ фильтрах с ЫФП подчиняется АП механизму образования осадка. Предложена и теоретически обоснована новая схема организации процессов ультра- и микрофильтрации в ПВ фильтрах с НФП, в которой очищенный продукт включает в себя не только пермеат, но и фильтрат, полученный в результате адсорбции частиц на поверхности мембран. Впервые показано, что в отличие от других типов УФ и МФ аппаратов в ПВ фильтрах с НФП увеличение адсорбционной способности мембран по отношению к взвешенным частицам должно приводить не к снижению производительности аппарата, а к ее увеличению. На основе разработанной математической модели предложено использовать в тупиковых ПВ фильтрах с НФП мембраны со средним размером пор, превышающим диаметр отсечки частиц, что позволит за счет использования процесса постепенного закупоривания на начальной стадии повысить суммарный объем получаемого очищенного раствора. С использованием теории аппроксимации для пограничного слоя поверхностных сил установлено, что коэффициент адсорбции частиц к поверхности мембраны должен практически линейно расти с ростом проницаемости, в то время как коэффициент пептизации практически линейно падает. На основе разработанной физико-математической модели получены достаточно простые инженерные формулы для технологического расчета ПВ фильтров с НФП, предложены основы конструктивного оформления процесса с повышенным выходом очищенного раствора и разработаны методики технологического расчета таких фильтров. ПВ фильтров с НФП. Работа выполнена на кафедре "Процессы и аппараты химической технологии" Московского государственного университета инженерной экологии. Больцмана, Дж/К; к - константа в уравнении (1.