Исследование коэффициента диффузионной проницаемости мембранного элемента трубчатого типа в водном растворе сульфата натрия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

На выходе из пневмоподъемника 4, благодаря размещенному на валу завихрителто поток теплоносителя с высушиваемым материалом меняет направление на обратное и поступает в циклон 9, где происходит окончательное удаление из материала поверхностной влаги. После циклона 9 высушиваемый материал вновь поступает в сушильную камеру К В этой части сушильной камеры расположен патрубок 7 для тангенциальной подачи дополнительного теплоносителя, благодаря чему в этой части сушильной камеры 1 создается вихревой слой материала, способствующий его лучшему высушиванию. Меняя расход теплоносителя, поступающего через патрубок 7, можно регулировать продолжительность сушки материала. Отсутствие застойных зон в сушильной камере 1 позволяет повысить

температуру теплоносителя, подаваемого через патрубок 7, а, следовательно интенсифицировать процесс сушки. Высушенный материал выгружают через патрубок 3 в циклон 11, Увеличение темпера-туры теплоносителя, подаваемого через патрубок 7, ведет к увеличению температуры теплоносителя, поступающего в циклон 11, что позволяет в большей степени подсушить влажный материал,

ЛИТЕРАТУРА

1. Барулин и др, А,С № 611668 [СССР], Аппарат для проведения процессов во взвешенном слое. - Опубл. в БИ 1978 г. № 23. "2* Романов B.C. и др. A.C. № 690259 [СССР]. Установка для высоковлажных дисперсных материалов во взвешен ноу слое. Опубл. в БИ 1979 г № 37.

УДК 544.726

СЖ ЛАЗАРЕВ, ВЖ ГОЛОВАШШ, В.В. МАМОНТОВ, СЖ КОВАЛЕВ

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МЕМБРАННОГО ЭЛЕМЕНТА ТРУБЧАТОГО ТИПА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ СУЛЬФАТА НАТРИЯ

(Тамбовский государственный технический университет)

Проведены исследования коэффициента диффузионной проницаемости мелгбран-ного элемента трубчатого типа в водном растворе сульфата натрия в процессе диффузии. Определено* что с увеличением исходной концентрации сульфата натрия в растворе значение коэффициента диффузионной проницаемости уменьшается. Установлено, что с повышением температуры раствора сульфата натрия значение коэффициента диффузионной проницаемости увеличивается*

При математическом моделировании работы мембранного аппарата в расчетах используют коэффициент самодиффузии воды и коэффициент диффузии в мембране. Однако данные величины экспериментально определить сложно, поэтому в расчетах используют коэффициенты диффузионной и осмотической проницаемостей. Зная коэффициент диффузионной проницаемости можно оценить вклад диффузионного потока в массопе-ренос. Коэффициенты диффузионной и осмотической проницаемостей можно определить опытным путем. Для этой цели существуют мембранные ячейки различных типов, Наиболее простой является плоскокамерная ячейка [1]. Недостатком данной ячейки является то, что в ней не отражается гидродинамика реальных аппаратов, например трубчатого типа. Этого недостатка лишена уста-

новка, приведенная на рис. 1,

Установка включает в себя мембранный модуль 2? термостатированные емкости с насосами для исследуемого раствора 6 и дистиллированной воды 5, систему вентилей 6,

Рис. 1. Схема проточной установки трубчатого типа. К4-потенциометры; 2 - мембранный модуль; 3 - термопары градуировки ХК; 5,6 - термостатированные емкости с насосами;

7 - вентили.

Контроль над температурой растворов в трубном и межтрубном пространстве осуществляется с помощью термопар 3 градуировки ХК, подключенных к потенциометрам I и 4,

Данная установка предназначена для исследования диффузионной и осмотической проницаемости полимерных мембран для двух, трех и многокомпонентных растворов. Также на ней можно проводить эксперименты по изучению влияния различных видов турбулизаторов на гидродинамику кольцевого канала и наложения магнитных и температурных полей на разделяемый раствор.

Модуль для проведения процесса представлен на рисунке 2. Он состоит из цилиндрического корпуса (I) с фланцами (3), пористой трубки (6), на которую снаружи нанесена мембрана (2), опирающейся на трубные решетки (5), зажатые между фланцами (3) и (4), штуцеров для ввода и вывода исходного раствора (7, 10) и дистиллированной воды (8, 9);

4 3 10 1 2 3 4

Рис.2. Схема мембранного модуля трубчатого типа 1 - цилиндрический корпус; 2 - мембрана; 3,4 - фланцы; 5 -трубные решетки; 6 - пористая трубка; 7,8,9,10 - штуцера.

Коэффициент диффузионной проницаемости определяется по формуле [2]:

р = г д

2

(О

где Р<з - коэффициент диффузионной проницае-

'у

мости, м7с; С] - концентрация растворенного ве-щества в исходном растворе, кг/мг; С2 - концентрация растворенного вещества перешедшего че~

■5

рез мембрану, кг/м ; У2 - объем исследуемого раствора, м3; 5 - толщина активного слоя трубчатой мембраны, м; 8 - рабочая поверхность мембраны, м2; т - время проведения эксперимента, с.

Были проведены эксперименты по определению коэффициентов диффузионной проницаемости (Р а ) на фторопластовой мембране для водного раствора Ыа2804 с исходными концентрациями соли в растворе 0,5; 1; 2; 5 кг/м3 при различных температурах 22; 25; 32; 45 °С. Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 3- 10.

Определено, что с увеличением исходной концентрации сульфата натрия в растворе значение коэффициента диффузионной проницаемости уменьшается.

Коэффициент диффузионной проницаемости

■а

9

О

>5

Ь о?

5 г й, * *

* О 5

" § ь

О й>

3 5 5 * « I

О

а с

0,0

2,0

4,0

6,0

Исходная концентраций соли а растворе С, кг/м3

Рис.З. Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от исходной концентрации соли в растворе при Т = 22°С

Коэффициент диффузионной проницаемости

х в

1 1 я

-88

-в- & -е-е- §

^ ж ж о о.

с:

и

2.50

гоо-

1.5а

1.Ш *

150 -

(Ш -

т

2.0

4.2

60

Исходная концентрация соли в растворе С, кг/м3

Рис.4 > Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от исходной кошхеетрации соли в растворе при Т = 25°С

Коэффициент диффузионной проницаемости

X

ш ж а-зг

о

о

® X

о

X О-О

* £

'в' «>

ет ЗУ ^ ж

X

о

С

4,

3 00 !

% 2.00 I

1,00 [■■■■

0,00 1.............................■■

0,0 1,0 2,

3,0 4,0 5,0 60

Исходная концентрация соли в

растворе С, кг/м3

Рис.5, Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от исходной концентрации соли в растворе при Т = 32°С

Козфф^ент диффузионной проницаемости

л & «

5 5 £

х а з

0,Ш I-----------------........-.,.... 4.......

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6.0

Исходная концентрация сели в раствор* С, кг/м1

Рис.6, Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от исходной концентрации соли в растворе при Т - 45°С

Анализируя зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от концентрации, приведенную на рисунках 3-6, Необходимо иметь в виду, что растворимое вещество может диффундировать в мембране как через перовое про-

странство, заполненное раствором, так и через аморфные области набухания мембраны. С увеличением концентрации раствора сульфата натрия протекает процесс сужения и далее закупоривания пор мембраны, вызванный еорбционны-ми процессами, что приводит к снижению коэффициента диффузионной проницаемости [3]. Очевидно, раствор сульфата натрия не пластифицирует мембрану или пластифицирует ее незначительно, поэтому снижение коэффициента диффузионной проницаемости наблюдается на всем исследуемом интервале изменения концентрации раствора сульфата натрия.

Коэффициент диффузионной проницаемости

о

к * * X О Е£ Ф * й.

о Ж о

*«-X * ►»

а g ^

ж

g # ф яК £ J

et

I

с

4 №

3.00

2 да

1ДО 0,00

X

20 30 АО

Те*тература Т, 45

50

Рис.7 . Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от температуры при исходной концентрации соли в

раствор с С - 0,5 кг/м3<

Коэффициент диффузионной проницаемости

о к

S t

w ^ Q •fr "в" 21

8 f I

* § §

X

® S

I |

-9- £

w Л*4 S

а

3,00 2,00 1,00 O.OQ

20 30 40

Температура T* °С

50

Рис>8. Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от температуры при исходной концентрации соли в

растворе С - 1 кг/м3.

Установлено, что с повышением температуры раствора сульфата натрия значение коэффициента диффузионной проницаемости увеличивается- Это соответствует общепринятым представлениям о влиянии температуры на коэффициент диффузионной проницаемости воды в полимерах [2,6].

Коэффициент диффузионной проницаемости

о

Ь

£ 2 « J

Z i JE Ü

« А О

^ti X

2.1

1,50 •

0,50

с 0.00 ;..........----------------------------------------

20 30 40 50

Температур* 7, °С

Рие.9 . Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от температуры при исходной концентрации соли в

растворе С = 2 кг/м3.

КозфеЫм^кт дкффу:»*©нной проницаемости

100

^ ъ *

$ i а з 2 х ц

1 I

*

о а с

0,75

Q.50

0<25

0 00 -I--------------i...................*------------------;

20 30 40 50

Температура Т, оС

Рис. 10. Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости от температуры при исходной концентрации соли в

растворе С = 5 кг/м .

ЛИТЕРАТУРА

1, Лазарев СИМ Коробов ELB,, Коновалов В.И. Исследование диффузионной и осмотической проницаемости полимерных мембран /Тамб* ин-т хим. машииоетр, Тамбов. 1989. 12 с, - Деп. В ОНЙИ-ТЭХИМа 21 «08,89 № 807-хп 89.

2, Николаев Н.И. Диффузия в мембранах. М.: Химия, 1980, 232 с.

3, Хванг С-Т*, Каммермейер К, Мембранные процессы разделения /Пер. с англJ Под ред. Ю.И. Дытнерского, М.: Химия. 1981, 464 с,

4, Технологические процессы с применением мембран /Под ред. P.E. Лейси и С, Лёба, Пер, с англ. Л.А. Мазитова и ТЛ1 Мнацаканян. М,: Мир, 1976. 372с,

5, Мулдер М* Введение в мембранную технологию (пер, с англ. Леонтьева А.КХ, Ямпольской Г.П.; под ред. Ямполъското Ю,П,5 Дубяги В.П.) 2001.

6, Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов. М,; Химия. 1974. 272 с,

7, Дытяерекнй Ю.И, Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия. 1975. 252 с.