Кинетика массопереноса в процессах обратноосмотического разделения водных растворов низкомолекулярных органических веществ

• Автор: Головашин, Владислав Львович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 182 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. ВОПРОСЫ АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 8 ОФОРМЛЕНИЯ И ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ.
1.1. Обзор работ посвященных мембранному разделению рас
творов.
1. 2. Основные виды обратноосмотических мембран и гипотезы 16 механизма массопереноса через них.
1.3. Влияние внешних факторов на процесс массопереноса при
обратноосмотическом разделении.
1. 4. Уравнения массопереноса для процессов обратного осмоса
1. 5. Основные кинетические характеристики в мембранах ив
растворах.
1. 6. Конструкции мембранных установок и аппаратов
1. 7. Методы расчета обратноосмотических установок
1. 8. Выводы, постановка проблемы и задач исследования
2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕ- 50 НИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2. 1. Объекты исследований
2. 1. 1. Мембраны
2. 1. 2. Исследуемые растворы
2. 2. Экспериментальные установки и методики проведения
исследований.
2. 2. 1. Экспериментальная установка и методика исследования
селективной и гидродинамической проницаемостей мембран.
2. 2. 2. Промышленная обратноосмотическая установка
2. 2. 3. Установка и методика определения диффузионной и
осмотической проницаемости мембран.

2. 2. 4. Аппаратура и методика снятия изотерм сорбции мем- 65 бран.
2. 2. 5. Способ измерения порозности мембран
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВА- 68 НИЙ И ИХ АНАЛИЗ.
3. 1. Селективная проницаемость мембран
3. 1. 1. Водные растворы анилина
3. 1.2. Водные растворы морфолина
3. 1.3. Водные растворы гидрохинона
3. 1.4. Водные растворы уротропина
3. 1.5. Тернарный водный раствор уротропина и анилина
3. 2. Удельная производительность и гидродинамическая прони- 82 цаемость мембран.
3. 3. Диффузионная проницаемость мембран
3. 4. Осмотическая проницаемость мембран
3. 5. Сорбция органических веществ мембранами
3. 6. Порозность мембран
4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И РАСЧЕТ МАССОПЕРЕ- 107 НОСА В ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОМ АППАРАТЕ РУЛОННОГО ТИПА.
4. 1. Математическая модель массопереноса в межмембранном 107 канале с учетом осмотического давления.
4. 2. Проверка адекватности математической модели
4. 3. Инженерная методика расчета обратноомотического аппа- 120 рата.
5. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОБРАТНО- 123 ГО ОСМОСА В ПРОИЗВОДСТВАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Одной из наиболее остро стоящих проблем настоящего времени как в России, так и за рубежом является защита водного бассейна от попадания вредных промышленных выбросов [1, 2]. Для решения данной задачи необходимо, с одной стороны, максимально утилизировать ценные вещества из сбрасываемых сточных вод, с другой стороны, создавать замкнутые производственные циклы, обеспечивающие наилучшее использование компонентов. Как правило, загрязнения водного бассейна возникают при разделении жидких сред, широко использующихся во многих отраслях промышленности [3+5]. Традиционно для разделения жидких смесей используются экстракция, ректификация, выпаривание и ряд других физико-химических методов [9+10]. Следует отметить, что данные методы характеризуются высокой энергоемкостью, сложностью и громоздкостью аппаратуры, использованием в некоторых случаях токсичных поглотителей.
Большинства недостатков вышеперечисленных способов разделения можно избежать, используя полупроницаемые мембраны и методы мембранной технологии [11+24]. Мембранные методы отличаются высокой экологичностью, компактностью и простотой аппаратуры, ее малой металло- и энергоемкостью. В связи с этим мембранная технология начала применяться в химической, пищевой, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности [24, 28, 34+35].
К мембранным методам, наиболее распространенным в народном хозяйстве, относятся: обратный осмос, ультра- и микрофильтрация, электродиализ. Так же исследуются и внедряются сравнительно новые методы: мембранная дистилляция, электроосмофильтрование и др. [28].
Из вышеперечисленных мембранных методов наиболее часто применяемым является обратный осмос [11+24]. Во многих странах мира методом обратноосмотического обессоливания с успехом получают пресную воду. Известно, что при помощи обратного осмоса можно уда-

ной конструкции аппарата.
Механический расчет включает в себя определение путем прочностных расчетов размеров элементов обратноосмотичских установок.
В результате теплового расчета находят расход теплоносителей и необходимую поверхность теплообмена в случае, когда процесс ведется с растворами имеющими температуру, отличающуюся от температуры окружающей среды.
В настоящее время существует несколько различных подходов к решению задачи расчета обратноосмотических установок, которые достаточно полно изложены в [11, 17, 18, 28].
Рассмотрим кратко основные методы расчета баромембранных процессов и аппаратов.
Расчет на. основе дифференциальных уравнений движения жидкости и массопереноса.
Сущностью данного метода является решение системы дифференциальных уравнений, включающей в себя уравнение Навье-Стокса, уравнение неразрывности потока и уравнение массопереноса. Использование этого метода позволяет получить достаточно точные значения селективности, проницаемости и необходимой поверхности мембран. Однако данный метод применяется редко, ввиду отсутствия аналитических решений системы уравнений, а также трудности определения концентрации растворенного вещества в пограничных слоях.
Расчет на основе определения скорости переноса для каждой стадии.
При использовании данного метода расчета процесс разбивают на отдельные стадии, для каждой из которых находят уравнение описывающее скорость переноса, затем по уравнению массопередачи находят рабочую поверхность мембран,
Данный метод позволяет получать обобщенные зависимости для определения скоростей отдельных стадий процесса, и в результате производить расчет аппаратов без проведения предварительных эксперимен-