CC BY
31
УДК 66.083.3
К ВОПРОСУ О МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ
© О.А. Абоносимов, М.А. Рябинский, А.С. Лазарев, Г.С. Кормильцин
Ключевые слова: электробаромембранный аппарат; ретентат; коэффициент задерживания; удельная производительность.
В статье приведен технологический расчет электробаромембранного аппарата на примере электробаромембранной установки с замкнутой циркуляцией раствора по тракту ретентата.
ВВЕДЕНИЕ
деляет коэффициент задержания по следующей формуле:
Интенсификация процессов разделения промышленных растворов и повышения эффективности технологического оборудования является одной из приоритетных задач развития науки и техники. Основой повышения качества, производительности и снижения энергозатрат на проведение процессов разделения служит разработка высокоэффективных мембранных аппаратов.
Несмотря на многочисленные преимущества мембранных методов разделения жидких систем перед традиционными (ректификацией, экстракцией, адсорбцией, выпариванием и др.), массового внедрения мембранных технологий в промышленность пока не наблюдается. Это связано со многими причинами, важнейшими из которых являются: низкие качество и производительность разделения; полное отсутствие элек-тробаромембранных аппаратов; недостаточно надежное технологическое оформление процессов разделения; проблемы предочистки и дальнейшего использования ретентата мембранных установок [1-3].
Поэтому вопросам расчета электробаромембранных аппаратов в настоящее время уделяется особое внимание.
Наиболее перспективными конструкциями мембранных аппаратов являются конструкции с плоскими мембранными фильтрующими элементами. Отличительной особенностью мембранных аппаратов с плоскими фильтрующими элементами является простота конструктивных решений, легкость разборки и сборки, доступность регенерации мембран и возможность их использования как в микрофильтрационных, ультра-фильтрационных процессах, так и в обратноосмотиче-
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
При технологическом расчете электробаромембранного аппарата рассмотрим многокамерную элек-тробаромембранную установку с замкнутой циркуляцией раствора по тракту ретентата (рис. 1).
По полученным концентрациям растворенного вещества в ретентате и пермеате в результате электро-мембранного разделения и в исходном растворе опре-
К в = 1 -
2С,
пер
С + С
исх рет
(1)
Используя уравнение о взаимосвязи коэффициента задержания и удельной производительности, определяем удельную производительность по следующему выражению:
О = 00 • (1 - К{-1!К))
(2)
где О0 - удельная производительность мембраны по дистиллированной воде, К - коэффициент задержания, Кк - коэффициент концентрирования.
Далее определяем рабочую площадь мембраны в аппарате
пер
О
(3)
Учитывая то, что в работе исследования проводились на плоскокамерых аппаратах, выбираем аппарат типа фильтр-пресс. Кроме того, предпочтение отдано этим аппаратам ввиду того, что аппараты этого класса являются безкорпусными.
Размеры электробаромембранного аппарата определяются шириной выпускаемой мембраны. Переменными величинами могут быть толщина сепарируемой сетки и дренажного слоя (состоящего из собственного дренажного материала и двух подложек), а также число секций.
Рабочая площадь одного электробаромембранного элемента, включающего две мембраны, равна:
Рэ = 2^ --
2
(4)
где Еоб - общая площадь мембранного элемента,
* пер
ё пер = 0,02 мм - диаметр проточного отверстия.
ских
1
Рис. 1. Схема электробаромембранной установки: 1 - расходная емкость; 2 - емкость пермеата; 3 - насос плунжерный; 4 - плоскокамерный аппарат; 5 - дроссель; 6 - поплавковый ротаметр; 7 - ресивер; 8 - компрессор высокого давления; 9 - игольчатый вентиль; 10 - термостат; 11 - образцовый манометр; 12 - электроконтактный манометр; 13 - источник постоянного тока
n=
F_
F„
(5)
Далее определяем число камер разделения в аппарате с учетом наложения электрического поля на элек-тробаромембранный аппарат:
n=
V - (Еэ - 2Ем ) I F„ R
(б)
ходимости обеспечения примерно одинаковой скорости разделяемого раствора во всех секциях аппарата, согласно приведенной табл. 1.
Таблица 1
Секция 1 2 З 4 5 б 7
Число элементов в секции 72 52 З7 27 19 14 10
где V - напряжение питающего источника, Еэ, ЕМ -
электродные и мембранные напряжения, Я - внутреннее сопротивление одной камеры.
Ем = 0,2 log
Сп.
С
пер
R=
v xyf
х
н.м
хп хр J
(7)
(8)
Затем проверяем число камер (n) по следующему соотношению:
n=
F_
F„
(9)
После выбираем оптимальное число камер, рассчитанное по двум уравнениям (5) и (6), и приступаем к секционированию аппарата, при этом исходя из необ-
ВЫВОД
Представлен технологический расчет электробаро-мембранного аппарата с замкнутой циркуляцией раствора по тракту ретентата. Показана перспективность применения электробаромембранных аппаратов в технологических процессах концентрирования растворов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зубарев С.В., Алексеева Н.А., Ивашенцев В.Н. и др. // Химия и технология топлив и масел. 1989. № 11. С. 40-4З.
2. Кульский Л.А., Князькова Т.В., Клименко Н.А. и др. Обзорная информация / Укр. НИИНТИ. Киев, 198б. 48 с.
3. Дытнерский Ю.И., Кочаров Р.Г. // ЖВХО им. Д.И. Менделеева. 1987. Т. З2. № б. С. б07-б14.
Поступила в редакцию 15 февраля 2009 г.
Аbonosimov O.A., Ryabinsky M.A., Lazarev A.S., Kormiltsin G.S. On the problem of calculation of elektrobaromembrane devices. The article presents technological calculation of elektrobaromem-brane device the example of elektrobaromemrane installation with closed circulation of solution along the retentate path .
Key words: elektrobaromembrane device; retentate; delay factor; specific productivity.
4б9
