Методы электробаромембранного разделения растворов. Лазарев С.И. - 7 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

– очищенный и сконцентрированный. Очищенный поток (пермеат) используется в качестве промывного раствора. Сконцен-
трированный поток (ретентат) подается в технологический цикл для получения готового органического вещества.
1.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫХ МЕТОДОВ
Математическое моделирование в электробаромембранных и баромембранных процессах, необходимое для выбора оп-
тимальных режимов разделения и конструкций аппаратов [10 – 27], затруднено наличием нескольких видов переноса, боль-
шим числом камер разделения в мембранных аппаратах и нестационарностью процесса.
В ранее предложенных моделях [6, 10 – 12, 28] рассматривались, в основном, узкоспециализированные и частные зада-
чи для стационарных режимов [20 – 27]. Для описания явлений массопереноса в каждой из фаз используются различные фи-
зические теории и соответствующие базовые уравнения Нерста–Планка; Навье–Стокса; неразрывности потока, уравнения,
вытекающие из модели растворения – диффузии термодинамики необратимых процессов и др. При этом используются гра-
ничные условия 1-го и 2-го рода, а для описания переноса в мембранах используются концепции гомогенного и гетерогенно-
го их строения. На основе этих уравнений получают математические модели, устанавливающие взаимосвязь между парамет-
рами переноса в элементарных мембранных ячейках.
Работ, касающихся теплообмена в электробаромембранных процессах, нет. Однако механизм нагрева растворов и мем-
бран в электробаромембранных процессах можно представить следующим образом. При прохождении тока плотностью i
через растворы и мембраны выделяется Джоулево тепло. Причем, количество выделяемого тепла может быть разным из-за
разных электропроводимостей раствора, мембраны и подложки, поэтому температуры растворов и мембран по камерам бу-
дут различны, а следовательно будет наблюдаться и разный теплообмен между растворами и мембранами. Также необходи-
мо учитывать и то, что раствор, протекая из камеры в камеру, будет многократно нагреваться и многократно взаимодейство-
вать с мембранами. Кроме того, теплообмен может в значительной степени влиять на массоперенос. Так, например, А.Ф.
Мазанко с соавторами [29] отмечают, что при повышенных температурах в мембранном электролизе увеличивается диффу-
зия ионов хлора на 5 % на каждый
о
С. А в работе [30] отмечено, что при обратноосмотической очистке сточных вод целлю-
лозно-бумажного производства повышение температуры раствора на 1
о
С увеличивает производительность примерно на 2,8 %.
Более целесообразным представляется разрабатывать модели массо- и теплопереноса для многокамерных аппаратов и
установок, состоящие из балансных соотношений для каждой камеры аппарата и кинетических характеристик процессов.
Такой подход использовался в работе В.И. Коновалова и В.Б. Коробова [31] при разработке математических моделей для
электродиализных процессов. По этому принципу предполагается разработать математические модели массопереноса для
многокамерных баро- и электробаромембранных аппаратов.
При разработке математических моделей массопереноса массоперенос по растворенному веществу складывается из
следующих потоков [32]: диффузионного m
iдиф
, конвективного m
iкон
, миграционного m
iмигр
и электрокинетического m
iэл.кин.
, а
по растворителю из конвективного V
конв
, осмотического V
ос
,
электрокинетического V
iэл.кин.
и электроосмотического V
эос
пото-
ков (микропотоки, учитываются в модели через коэффициент задерживания и водопроницаемость):
ΣМ
i
= m
iдиф
+ m
iконв
+ m
iмигр
+ m
iэл.кин
;
(1.2)
ΣV = V
конв
+ V
ос
+ V
эос
+ V
iэл.кин
. (1.3)
Для описания теплообмена в электробаромембранных системах предполагается разработка математической модели те-
плопереноса. Тепло, выделяемое в электробаромембранном аппарате, включает в себя следующие составляющие: 1) тепло,
поступающее с исходным раствором Q
исх
; 2) Джоулево тепло, выделяемое в растворе, мембранах и подложках Q
эл
; 3) тепло,
полученное от трения прокачиваемого раствора Q
тер. мех
; 4) тепло, отводимое с пермеатом Q
пер
; 5) тепло отводимое с концен-
тратом Q
кон
; 6) тепло, теряемое в окружающую среду Q
пот
:
ΣQ = Q
исх
+ Q
эл
+ Q
тер. мех.
– Q
пер
– Q
кон
– Q
пот
. (1.4)
Рис. 1.1. Взаимосвязь математических моделей массо- и теплопереноса
с кинетическими характеристиками
Целесообразным предполагается рассмотреть взаимосвязь между кинетикой массопереноса и кинетикой теплопереноса
в ЭБМС через кинетические характеристики. Рассмотренные взаимосвязи явлений массо- и теплопереноса на уровне сопря-
женных уравнений электротепломассопереноса, приведенные в работах [24, 33], из-за громоздкости и их сложности являют-
ся достаточно проблематичными. Представляется целесообразным разделить эти уравнения, и рассматривать кинетики мас-

Страницы