Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения

I. Введение. 3

II.Литературный обзор. 4

2.1. Описание процесса ультрафильтрации. 4

2.2. Массообмен при УФ. 6

2.3. Физико-химические основы процесса ультрафильтрации. 7

2.4. Массопередача при ультрафильтрации. 10

2.5. Режимы проведения процесса ультрафильтрации. 14

2.5.1. Предгель-поляризационный режим. 14

2.5.2. Модель концентрационной поляризации гелеобразования. 15

2.6. Методы изучения гелевого слоя. 22

2.7. Расчёт величины КП. 23

2.8. Методы экспериментального определения КП. 25

2.9. Способы снижения КП. 27

2.10. Критериальные уравнения массоотдачи при ультрафильтрации растворов ВМС. 34

2.11. Выводы из литературного обзора. 39

III. Методическая часть. 40

3.1. Описание лабораторной установки. 40

3.1.1 Методика работы с преобразователем частоты. 45

3.2. Методика проведения эксперимента. 46

3.2.1. Приготовление модельных растворов. 46

3.2.2. Подготовка установки к работе. 49

IV. Экспериментальная часть. 51

4.1. Влияние частоты вращения турбулизатора на производительность. 51

4.2. Зависимость производительности от времени. 54

V. Обработка экспериментальных данных. 57

5.1. Определение основных физико-химических свойств растворов. 57

5.2. Подбор критериальных уравнений. 58

5.3. Расчёт толщины гелевого слоя. 61

VI. Выводы о проделанной работе. 64

VII. Экономическая часть. 65

VIII. Охрана окружающей среды. 73

IX. Охрана труда. 76

Список литературы. 86

I. Введение

Мембранная технология - отрасль промышленности, занимающаяся разделением жидких и газовых смесей.

Наибольшее распространение получили мембранные процессы, протекающие под действием давления – баромембранные процессы.

В настоящий момент мембранные процессы применяются практически во всех отраслях промышленности: медицинской, пищевой, космической и многих других. Потребность в специалистах данного направления химической инженерии в настоящий момент очень велика и продолжает увеличиваться. Уровень требований современных кампаний, занимающихся внедрением и применением мембранных технологий, к соискателю очень высок. Именно это обстоятельство обязывает поддерживать уровень образования на высоте.

Но, не смотря на это, в России ежегодно выпускаются лишь десятки специалистов данного направления. Для повышения уровня образования студент должен, кроме владения теоретическими знаниями, обладать также и практическими навыками. Именно для этого в ВУЗах предусмотрен курс лабораторных работ призванный на практике показать студенту все нюансы практического применения полученных теоретических знаний, заставить проявить творческую сторону его интеллекта, т. к. инженерные специальности подразумевают не только монотонное заучивание материала, но и формируют личный взгляд индивидуума на проблему.

Именно целью повышения уровня образования и приложения полученных знаний является цель настоящей дипломной работы. Эта работа должна показать студентам все проблемы процесса ультрафильтрации, а также пути возможного их решения.

II.Литературный обзор.

2.1. Описание процесса ультрафильтрации.

Ультрафильтрация – мембранный процесс разделения растворов высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений (ВМС и НМС соответственно). Этот процесс используется для разделения жидких систем, в которых молекулярная масса растворённых компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. В связи с этим некоторые авторы предлагают определять ультрафильтрацию как процесс, в котором повышение концентрации раствора происходит за счёт молекул с размерами на порядок больше размеров молекул растворителя. Принято считать, что для вязких растворов ультрафильтрация применима в том случае, когда хотя бы один из компонентов системы имеет молекулярную массу от 500 и выше.

Основным фактором, обуславливающим разделение ВМС и НМС при ультрафильтрации (УФ), является ситовый механизм, в соответствии с которым через мембрану переносятся преимущественно (а в ряде случаев только) вещества размер которых (молекулярная масса) сопоставим с размером пор ультрафильтрационной мембраны. Влияние же процесса гидратации, как молекул растворённого вещества, так и поверхности мембраны значительно ниже, чем при нанофильтрации (НФ) или обратном осмосе (ОО), однако это явление (гидратация) имеет место быть.

Полупроницаемая ультрафильтрационная мембрана - пористая перегородка, выполненная, в большинстве случаев, из полимерных материалов в виде пластины, трубки или полого волокна. В качестве материала для мембраны используются также керамика, стекло, металлы и ряд других.

Качественный характер массопередачи при ультрафильтрации представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Качественный характер массоотдачи при ультрафильтрации.

Движущей силой процесса является разность гидростатических и осмотических давлений на мембране

, где                      (2.1.)

                                  (2.2.)

∆π – разность осмотических давлений раствора и пермеата у поверхности мембраны;

С3, С2 - концентрация растворённого вещества у поверхности мембраны со стороны раствора и в пермеате соответственно;