Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения, страница 10

Представив экспериментальные данные в виде зависимости y = ƒ(X), экстраполяцией при X = 0 определяем величину B. Отсюда находим величины φи, по которым, зная концентрацию растворённого вещества в пермеате, из выражения  рассчитываем концентрацию растворённого вещества у поверхности мембраны и определяем концентрационную поляризацию. Достоверность результатов такого метода расчета КП подтверждается многими исследователями.

Коэффициент массоотдачи определяют в результате обработки экспериментальных данных в виде следующей зависимости:

, где                           (2.32.)

                                           (2.33.)

                                          (2.34.)

где  – модифицированный критерий Рейнольдса; n – частота вращения турбулизатора, об./сек.; dм – диаметр мешалки, м; ν – динамический коэффициент вязкости, м²/с.

                                        (2.35.)

где Pr’ – модифицированный критерий Прандтля; D – коэффициент диффузии растворённого вещества в растворе, м²/с.

2.9. Способы снижения КП.

Как было показано выше, КП ухудшает многие технологические показатели процессов мембранного разделения жидких смесей. Повышение концентрации растворённого вещества в пограничном слое у поверхности мембраны известно под названием концентрационной поляризации (КП). Концентрационная поляризация приводит к следующим отрицательным эффектам.

1.  Вследствие увеличения концентрации у поверхности мембраны снижается движущая сила процесса.

2.  При превышение точки гелеобразования (растворы полимеров) или произведения растворимости (коллоидные растворы) на поверхности мембран могут формироваться осадки или гели в результате желатирования, осаждения или коагуляции. это ведёт к резкому возрастанию гидравлического сопротивления мембранной системы и снижению её производительности.

3.  При повышении концентрации веществ у мембраны она может частично разрушаться или модифицироваться.

Чтобы избежать эффекта накопления растворённого вещества у поверхности мембраны или  хотя бы снизить его существует масса приёмов.

1.  Поддержание низких потоков через мембрану, Это возможно только при достаточной производительности УФ модуля, то есть при очень большой площади мембраны, умещающейся в компактный модуль. Подобного эффекта можно достичь, используя половолоконные аппараты.

2.  Перемещение мембраны с целью получения гидродинамически устойчивого потока над мембраной, с точки зрения производительности процесса, может быть достаточно эффективным средством, однако при этом значительно усложняется и удорожается конструкция мембранного модуля.

3.  Поддержание низкой разности концентраций между примембранным слоем и объёмом разделяемого раствора. Для достижения этого используют перемешивание и удаление концентрата с поверхности мембран, интенсификацию массопереноса растворённых частиц от поверхности мембран в ядро потока, ведение процесса разделения при низком коэффициенте концентрирования, что не всегда является практичным.

4.  Очистка поверхности мембраны, как механическими способами, так и химическими реагентами. Часто используется также обратная промывка мембран, но лишь в тех случаях, когда мембрана устойчива к воздействию повышенного давления со стороны пермеата, т. е. механически весьма прочна. В противном случае возможен отрыв селективного слоя мембраны, если она анизотропна и прорыв поверхности мембраны в случае её изотропности.

Механическая очистка поверхности мембраны проводится с помощью катящихся по мембранным каналам шариков. Однако при этом приходится увеличивать высоту мембранного канал, что приводит к снижению компактности мембранного, а также эрозионное действия шариков, истирающих поверхность мембраны.

5.  Повышение температуры разделяемого раствора уменьшает его вязкость, увеличивая диффузию растворённого вещества от поверхности мембраны в ядро потока.