Баромембранные процессы и аппараты. Николаев Г.И - 8 стр.

UptoLike

Рубрика: 

тип аппаратас направленной естественной циркуля-
цией;
давление в аппарате — 0,2 МПа.
4.1.1. Определение степени концентрирования
на ступени обратного осмоса
При концентрировании разбавленных растворов обрат-
ный осмос экономичнее выпаривания. Однако, начиная с
концентраций растворенных веществ 0,2—0,4 моль/л воды,
характеристики обратного осмоса ухудшаются: становится
существенным уменьшение проницаемости мембран и сни-
жается их селективность, которая для разбавленных раство-
ров примерно постоянна. Это приводит к увеличению необ-
ходимой поверхности мембран и ухудшению качества
фильтрата. Поэтому примем концентрацию 0,3 моль/л воды
в качестве конечной для ступени обратного осмоса. (Наибо-
лее правильно определять эту концентрацию на основе тех-
нико-экономических расчетов.)
С помощью данных, приведенных в Приложении 2, на-
ходим, что выбранное значение соответствует массовой кон-
центрации 3,2 %. Таким образом, в аппарате обратного ос-
моса раствор концентрируется от начальной концентрации
х
1Н
=0,8% (масс.) до конечной концентрации х
1К
=3,2%
(масс.). Степень концентрирования равна: К = х
1К
/х
1Н
=
3,2/0,8 = 4.
4.1.2. Выбор мембраны
При выборе мембраны следует исходить из того, что
она должна обладать максимальной удельной производи-
тельностью (проницаемостью) при селективности, обеспе-
чивающей требования к качеству фильтрата (соответствие
санитарным нормам, допустимым потерям растворенного
вещества и т. п.).
Истинная селективность φ
и
определяется соотношени-
ем φ
и
=(х
3
х
2
)/х
3
, в отличие от наблюдаемой φ, равной
φ=(х
1
x
2
)/x
1
(где х
1
, х
2
, х
3
концентрация соли соответст-
венно в разделяемом растворе, в фильтрате и у поверхности
мембраны со стороны разделяемого раствора в произволь-
ном поперечном сечении аппарата).
Истинную селективность мембран φ
и
можно рассчи-
тать по формуле:
)(lg)1lg( Hfba
И
=
ϕ
. (6)
Ниже представлены характеристики ацетатцеллюлоз-
ных мембран для обратного осмоса (при перепаде рабочего
давления ∆р= =5 МПа и рабочей температуре t=25 °С):
Константы уравнения
Марка мембраны
Проницаемость
по воде G
0
10
3
кг/(м
2
ּс)
а b
МГА-100 1,11 7,342 3,024
МГА-95 1,67 5,780 2,400
МГА-90 2,78 5,179 2,093
МГА-80 4,17 4,323 1,729
Для расчета истинной селективности по формуле (6)
предварительно следует определить функцию теплоты гид-
ратации ионов электролита f(H):
тm
бM
HHHf
+
=
1
187,4/)(
, (7)
где H
M
, H
б
соответственно меньшее и большее значе-
ния теплот гидратации ионов данного электролита; т
константа, зависящая от валентности катиона и аниона.
Экспериментально определенные значения т при
∆р=5 МПа и t = 20 — 25 °С приведены ниже:
Валентность катиона 1 1 2 2 3 3
Валентность аниона 1 2 1 2 2 1
т 0,51 0,47 0,47 0,33 0,33 0,40
12
13
     тип аппарата — с направленной естественной циркуля-         Истинная селективность φи определяется соотношени-
цией;                                                       ем φи=(х3 —х2)/х3, в отличие от наблюдаемой φ, равной
     давление в аппарате — 0,2 МПа.                         φ=(х1—x2)/x1 (где х1, х2, х3 — концентрация соли соответст-
                                                            венно в разделяемом растворе, в фильтрате и у поверхности
       4.1.1. Определение степени концентрирования          мембраны со стороны разделяемого раствора в произволь-
                на ступени обратного осмоса                 ном поперечном сечении аппарата).
                                                                 Истинную селективность мембран φи можно рассчи-
      При концентрировании разбавленных растворов обрат-    тать по формуле:
ный осмос экономичнее выпаривания. Однако, начиная с
                                                                                     lg(1 − ϕ И ) = a − b lg f (∆H ) .               (6)
концентраций растворенных веществ 0,2—0,4 моль/л воды,
характеристики обратного осмоса ухудшаются: становится           Ниже представлены характеристики ацетатцеллюлоз-
существенным уменьшение проницаемости мембран и сни-        ных мембран для обратного осмоса (при перепаде рабочего
жается их селективность, которая для разбавленных раство-   давления ∆р= =5 МПа и рабочей температуре t=25 °С):
ров примерно постоянна. Это приводит к увеличению необ-
ходимой поверхности мембран и ухудшению качества                                    Проницаемость                  Константы уравнения
                                                             Марка мембраны           по воде G0
фильтрата. Поэтому примем концентрацию 0,3 моль/л воды                                                                а                  b
                                                                                     103 кг/(м2ּс)
в качестве конечной для ступени обратного осмоса. (Наибо-
лее правильно определять эту концентрацию на основе тех-    МГА-100                        1,11                    7,342             3,024
нико-экономических расчетов.)                               МГА-95                         1,67                    5,780             2,400
      С помощью данных, приведенных в Приложении 2, на-     МГА-90                         2,78                    5,179             2,093
                                                            МГА-80                         4,17                    4,323             1,729
ходим, что выбранное значение соответствует массовой кон-
центрации 3,2 %. Таким образом, в аппарате обратного ос-
моса раствор концентрируется от начальной концентрации           Для расчета истинной селективности по формуле (6)
х1Н=0,8% (масс.) до конечной концентрации х1К=3,2%          предварительно следует определить функцию теплоты гид-
(масс.). Степень концентрирования равна: К = х1К /х1Н =     ратации ионов электролита f(∆H):
3,2/0,8 = 4.
                                                                                   f (∆H ) = ∆H M ∆H бm / 4,187 1+ т ,              (7)
                   4.1.2. Выбор мембраны                    где ∆HM, ∆Hб — соответственно меньшее и большее значе-
                                                            ния теплот гидратации ионов данного электролита; т—
     При выборе мембраны следует исходить из того, что      константа, зависящая от валентности катиона и аниона.
она должна обладать максимальной удельной производи-             Экспериментально определенные значения т при
тельностью (проницаемостью) при селективности, обеспе-      ∆р=5 МПа и t = 20 — 25 °С приведены ниже:
чивающей требования к качеству фильтрата (соответствие
санитарным нормам, допустимым потерям растворенного          Валентность катиона             1        1          2           2      3          3
вещества и т. п.).                                           Валентность аниона              1        2          1           2      2          1
                                                             т                             0,51     0,47       0,47        0,33   0,33       0,40
                         12                                                                             13