CC BY
38
геэы 1810-0148 Вестник ТГУ, т. 16, пып.5, 2011
УДК 66. 067
УДЕЛЬНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МЕМБРАН ПРИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННОМ РАЗДЕЛЕНИИ ВОДНЫХ БЕЛОФОРОСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ
© В.Ю. Богомолов, С.А. Вязовов, С.И. Лазарев
Ключевые слова: ультрафильтрация; удельная производительность, мембрана.
Проведены экспериментальные исследования удельной производительности различных типов промышленных мембран при ультрафильтрационном разделении промышленных белофоросодержащих растворов, с учетом влияния концентрации
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших характеристик процесса ультрафильтрации, как и иных мембранных процессов, является удельная производительность мембраны. Данная величина характеризует производительность процесса, является его количественной оценкой и зависит от многих параметров системы, таких как природа мембран и растворов, концентрация растворенного вещества, температура, давление и гидродинамическая обстановка в разделительном элементе [1].
В химической промышленности при производстве оптических отбеливателей образуется большое количество промышленных белофоросодержащих растворов, которые для дальнейшего использования требуют разделения [2].
Целью данной работы является исследование удельной производительности различных типов промышленных мембран при ультрафильтрационном разделении промышленных белофоросодержащих растворов, с учетом влияния на них концентрации растворенного вещества, интенсификация процесса ультрафильтрационного разделения и его аппаратурно-техноло-гическое оформление. Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи. Разрабагана установка, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований для изучения удельной производительности различных типов промышленных мембран. Проведены экспериментальные исследования удельной производительности различных типов промышленных мембран при процессах ультрафильтрационного разделения модельных белофоросодержащих растворов с учетом влияния концентрации растворенного вещества.
В качестве объектов исследования использовались модельные растворы, а также промышленные растворы, получаемые в процессах синтеза полупродуктов оптических отбеливателей на линиях одного из предприятий г. Тамбова. В качестве модельных растворов использовались растворы веществ, входящие в состав промышленных стоков.
Сущность метода определения удельной производительности заключается в измерении объема воды, прошедшей через плоскую мембрану в заданный промежуток времени при постоянном давлении.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследования удельной производительности различных типов промышленных мембран проводились на установке, представленной на рис. 1.
Основным разделительным элементом установки является рабочая ячейка 1, в которой непосредственно происходит процесс ультрафильтрационного разделения. После пуска вакуумный насос 3 создаст разряжение в емкости для сбора пермеата 2. Таким образом, создается разряжение с внутренней стороны мембраны в разделительной ячейке 1. Под его действием разделяемый раствор, подаваемый в верхний штуцер разделительной ячейки 1, проходит через мембрану. Образовавшийся при этом пермеат накапливается в емкости 2.
В качестве вакуумирующего устройства был использован вакуумный насос ВН-461М, изготовленный в соответствии с ТУ 26-06-459-69 с электродвигателем асинхронным типа 4АА2М80А4УЗ (ГОСТ 183-74). Производительность насоса составляет 0,5 л/мин при 540 об./мин. Для уплотнения фланца разделительной ячейки использовалась прокладка из паронита, толщиной 0,3...210 ^ м. Ячейка стягивается шестью болтами. Рабочая площадь мембраны составляла 0,045216 м2.
Значение удельной производительности мембран рассчитывается по формуле (1):
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - разделительная ячейка, 2 - емкость для пермеата, 3 вакуумирующее устройство, 4 вакуумметр
/
ISSN IK 10-0198 Вестник ТГУ, т 16, вып.5,2011
8 = 7-,
гм*
(1)
где V - объем собранного пермеата, м3; FM - рабочая площадь мембраны, мг; т - время проведения эксперимента, с.
Время проведения эксперимента т было выбрано в соответствии с ГОСТ Р 50! 10-92 «Мембраны полимерные. Метол определения производительности плоских ультрафильт рацио иных мембран по воде» и составляло дли каждого эксперимента 600 о.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментальные исследования удельной производительности различных типов промышленных мембран проводились при различных концентрациях растворенного вещества. Влияние различных концентраций на процесс разделения изучали на мембранах УФМ-100 и УПМ-100 н на растворе белофора ОЦД концентрации 10. ..40 кг/иг.
Проведенные эксперименты выявили следующие закономерности: на обоих типах мембран с увеличением концентрации растворенного вещества наблюдается снижение удельной производительности мембран. Вероятно, это связано с изменением структуры пограничного слоя, а именно - с образованием связанного слоя растворенного белофора ОЦД у поверхности мембраны [3]. Также это может объясняться тем, что увеличение концентрации растворенных веществ приводит к повышению осмотического давления раствора, что снижает эффективную движущую силу процесса, а также приводит к возрастанию вязкости раствора [4|.
6 5.е 5.6 5,4 5,2 5 4.8 4.6 4.4 4,2 4
10
20 С, кг/мЗ
40
Рис. 2. Сравнение удельной производителем™ различных типов мембран: I - УФМ-100, 2 - УПМ-100
Совместное построение обоих кривых удельной производительности на одной координатой плоскости представлено на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что при одинаковом давлении (Р = -0,09 МПа) и прочих равных условиях удельная производительность мембраны УФМ-100 оказалась выше, чем у мембраны УПМ-100. При этом величина рабочего давления, указанная производителем, у этих мембран одинаковая.
ВЫВОДЫ
1. Разработала установка, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований для изучения удельной производительности различных типов промышленных мембран: УПМ-100 и УФМ-100.
2. Проведены экспериментальные исследования удельной производительности различных типов промышленных мембран процесса ультрафилырационно-го разделения модельных растворов белофора ОЦД с учетом влияния на них концентрации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мулдер М. Введение в мембранную технологию I пер. и анис; поп ред СИ. Я польского, В П. Дубяги. М.: Мир. 1999. 51? с.
2. Применение мембран дпд создания систем кругового водшотреб-ления / М.Т. Крык, Е.А Цапюк, К Б. Г реков ¡и др.], М.: Химия,
1990. 40 с.
3. Квстанг Г.Е. Синтетические полимерные мембраны. М : Химия,
1991. 336 с.
4. Аванг С.. Т., КалшермеЬер К Мембранные процессы разделения .' пер. с англ.; под ред Ю И. Днтнерскаго М : Химия, 1981 464 с.
БЛАГОДАРНОСТИ: Научно-исследовательская работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогический кадры инновационной России» па 2009-2013 годы.
Поступила в редакцию 22 июля 2011 г.
BokomolÛV V.Yu., Vyazovov S.A., La^arcv S.I. SPECIFIC PERFORMANCE OF MEMBRANES ON ULTRA FILTERED SEPARATION OF WATER SOLUTIONS CONTAINED BELO-K)R
Experimental researches of specific performance of different type of industrial membranes on ultra filtmiion separation of industrial solutions contained belofor have done. Tlicy were made according with its concentration's influence.
Key words: ultra filtration; specific performance; membrane.
