Баромембранные процессы и аппараты. Николаев Г.И - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВСГУТУ | Улан-Удэ

Составители: 

Рубрика: 

Тип мембраны УАМ-200 УАМ-300
Отношение
пормол
dd / 7/20 = 0,35 7/30 = 0,233
Условию
5,0/
>
пормол
dd
отвечают мембраны УАМ-90
и УАМ-100.
Начнем расчет с более производительной мем-
браны— УАМ-100. Из графика находим ф
и
= 0,999. При-
няв в первом приближении, что наблюдаемая селектив-
ность ф равна истинной, определим концентрацию раство-
ренного вещества в фильтрате по формуле (8).
Степень концентрирования
10015,0/15,0/
11
=
=
=
HK
XXK .
Тогда,
74
2
10*67,3
999,0/1101
999,0/)999,01(101
10*5,1
−−
=
−−
−−
−
=X кг ацила-
зы/кг раствора, или 3,67 х 10
-5
%. Полученное значе-
ние меньше допустимого (0,003 %), поэтому для дальней-
ших расчетов выбираем мембрану УАМ-100.
4.2.2. Приближенный расчет рабочей поверхности
мембран
Рабочая поверхность мембран зависит от расхода
фильтрата и проницаемости мембраны. Определим прони-
цаемость по чистой воде, пользуясь приведенными выше
данными о константах проницаемости. Для мембраны
УАМ-100 А= 1,7
.
10
-2
кг/(м
2 .
с
.
МПа). Тогда при рабочем
давлении 0,2 МПа проницаемость по чистой воде соста-
вит:
)/(10*4.32.0*10*7.1
232
0
смкгpAG
−−
==∆=
.
Для перехода от этой величины к проницаемости
в рабочих условиях следует учесть, что осмотические
давления неконцентрированных растворов ВМС пре-
небрежимо малы. Селективность ультрафильтра ционных
мембран по неорганическим солям близка к нулю, по-
этому осмотическое давление фильтрата равно осмоти-
ческому давлению исходного раствора, и последнее так-
же не сказывается на проницаемости. Основным факто-
ром, снижающим проницаемость, является повышение
вязкости, определяемое концентрацией соли, которая
значительно превышает концентрацию ВМС.
Течение растворов через поры ультрафильтра-
ционных мембран подчиняется закону Пуазейля, поэтому
проницаемость обратно пропорциональна динамической
вязкости.
Из Приложения 2 находим, что коэффициент ки-
нематической вязкости 5,5%-ного раствора NaCl при t
= 25 °С составляет v = 0,944-10
-6
м
2
/с, плотность раство-
ра р = 1036 кг/м
3
. Отсюда коэффициент динамической
вязкости равен:
000978,01036*10*944,0
6
===
−
νρµ
кг/(м*с).
Вязкость воды при той же температуре
0
µ
=
0,000894 кг/(м*с).
Тогда
33
0
0
10*11,3
000978,0
000894,0
10*4,3
−−
===
µ
µ
GG )/(
2
смкг .
Поскольку в процессе концентрирования ВМС кон-
центрация NaCl, определяющая вязкость раствора, не
изменяется, полученная проницаемость может быть при-
нята постоянной для любого сечения аппарата.
Определим расход фильтрата по формуле (9), считая
в первом приближении, что наблюдаемая селективность
равна истинной:
18,0)101(2,0)1(
999.0/1/1
=−=−=
−−
ϕ
KLL
HФ
кг/с.
Рабочая поверхность мембраны:
8,5710*11,3/18,0/
3
===
−
GLF
Ф
м
2
Расход концентрата (понадобится в дальней-
шем) равен:
38
39 
Тип мембраны                 УАМ-200     УАМ-300                             этому осмотическое давление фильтрата равно осмоти-
Отношение d мол / d пор      7/20 = 0,35 7/30 = 0,233                        ческому давлению исходного раствора, и последнее так-
                                                                             же не сказывается на проницаемости. Основным факто-
      Условию d мол / d пор > 0,5 отвечают мембраны УАМ-90
                                                                             ром, снижающим проницаемость, является повышение
и УАМ-100.                                                                   вязкости, определяемое концентрацией соли, которая
      Начнем расчет с более производительной мем-                            значительно превышает концентрацию ВМС.
браны— УАМ-100. Из графика находим фи = 0,999. При-                               Течение растворов через поры ультрафильтра-
няв в первом приближении, что наблюдаемая селектив-                          ционных мембран подчиняется закону Пуазейля, поэтому
ность ф равна истинной, определим концентрацию раство-                       проницаемость обратно пропорциональна динамической
ренного вещества в фильтрате по формуле (8).                                 вязкости.
      Степень концентрирования                                                    Из Приложения 2 находим, что коэффициент ки-
K = X 1K / X 1H = 0,15 / 0,015 = 10 .                                        нематической вязкости 5,5%-ного раствора NaCl при t
Тогда,                                                                       = 25 °С составляет v = 0,944-10 -6 м 2 /с, плотность раство-
                 1 − 10 − (1 − 0,999) / 0,999                                ра р = 1036 кг/м 3 . Отсюда коэффициент динамической
X 2 = 1,5 *10− 4                              = 3,67 *10− 7 кг а ц и л а -
                      1 − 10 − 1 / 0,999                                     вязкости равен:
зы/ кг раствора , или 3,67 х 10 -5 %. Полученное значе-                           µ = νρ = 0,944 * 10 −6 *1036 = 0,000978 кг/(м*с).
ние меньше допустимого (0,003 %), поэтому для дальней-                            Вязкость воды при той же температуре µ 0 =
ших расчетов выбираем мембрану УАМ-100.                                      0,000894 кг/(м*с).
                                                                             Тогда
4.2.2. Приближенный расчет рабочей поверхности                                           µ                   0,000894
                   мембран                                                        G = G0 0 = 3,4 *10− 3                   = 3,11*10− 3 кг /( м 2 с) .
                                                                                          µ                  0,000978
     Рабочая поверхность мембран зависит от расхода                               Поскольку в процессе концентрирования ВМС кон-
фильтрата и проницаемости мембраны. Определим прони-                         центрация NaCl, определяющая вязкость раствора, не
цаемость по чистой воде, пользуясь приведенными выше                         изменяется, полученная проницаемость может быть при-
данными о константах проницаемости. Для мембраны                             нята постоянной для любого сечения аппарата.
УАМ-100 А= 1,7. 10-2 кг/(м2 . с . МПа). Тогда при рабочем                         Определим расход фильтрата по формуле (9), считая
давлении 0,2 МПа проницаемость по чистой воде соста-                         в первом приближении, что наблюдаемая селективность
вит:                                                                         равна истинной:
         G0 = A∆p = 1.7 *10 −2 * 0.2 = 3.4 *10 −3 кг /( м 2 с) .                  LФ = LH (1 − K −1 / ϕ ) = 0,2(1 − 10−1 / 0.999 ) = 0,18 кг/с.
                                                                                   Рабочая поверхность мембраны:
     Для перехода от этой величины к проницаемости
в рабочих условиях следует учесть, что осмотические                               F = LФ / G = 0,18 / 3,11 *10−3 = 57,8 м 2
давления неконцентрированных растворов ВМС пре-                                   Расход концентрата (понадобится в дальней-
небрежимо малы. Селективность ультрафильтра ционных                          шем) равен:
мембран по неорганическим солям близка к нулю, по-
                                     38                                                                            39

Страницы