Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения, страница 11

6.  Ещё одним принципиально возможным способом снижения КП является использование турбулизирующих вставок, которые помимо интенсивного перемешивания разделяемого раствора служат ещё и вытеснителями, уменьшая живое сечение канала (и таим образом общий заполняемый объём модуля), а также обеспечивают определённое заданное расстояние между стенками канала. Основная область применения – рулонные мембранные элементы.

7.  Применение вибраций для интенсификации процесса также привлекает исследователей. По их мнению, основное внимание следует уделять интенсификации процесса с помощью введения в поток жидкости пузырьков газа, которые в условиях больших скоростей течения в канале аппарата способствуют перемешиванию и обновлению поверхности перемешивания, либо использование магнитного и электрического полей.

Не смотря на достаточно большой выбор способов турбулизации разделяемого раствора, основным всё же считается и наиболее широко применяется в промышленности интенсивное перемешивание надмембранного объёма жидкости (в том числе и применение турбулизирующих вставок). Этот выбор основан на простоте организации процесса и хороших показателях снижения КП.

В работе [3] при конструировании мешалок в основу была положена идея создания максимального количества микровихрей над поверхностью мембраны, причём удельная производительность рассматривалась исследователями как функция энергии подведённой и К.П.Д. её использования: G/G0 ≈ƒ(Е, η), т. е. получение максимального результата при минимальных затратах энергии.

В качестве перемешивающего устройства использовали мешалки в виде плоского диска. Известно, что дисковые мешалки обеспечивают высокие напряжения сдвига. Энергия перемешивания передаётся жидкости в непосредственной близости то диска в результате трения его о жидкость, зависит от скорости вращения мешалки. Дополнительный эффект перемешивания получается за счёт отверстий на диске. Предполагается, что наличие отверстий должно увеличить К.П.Д энергии затраченной на турбулизацию за счёт уменьшения потерь её в объем раствора. То есть направить её полностью на снятие КП и слоя геля.

Для создания турбулентных потоков жидкости у поверхности мембраны на диске мешалки были выполнены различные турбулизирующие элементы, форма которых являлась предметом исследования в этой работе. Идея конструирования заключалась в том, что максимальное количество энергии должно тратиться на локальную турбулизацию жидкости, а не на её объёмное перемешивание. То есть перемешивающее устройство по своей сути необходимо рассматривать в качестве турбулизатора, а не мешалки.

На основании этих позиций исследователями были изготовлены и испытаны одиннадцать вариантов дисковых вращающихся турбулизаторов с различными вихреобразующими элементами на плоскостях.

Все турбулизаторы испытывались в идентичных условиях: расстояние до мембраны - 1,5 мм; скорость вращения - 200 об/мин; мембрана одна и та же с одинаковой после регенерации начальной удельной производительностью. Испытание каждого турбулизатора заканчивалось при достижении равновесного значения концентрационной поляризации, что наблюдалось по прекращении падения удельной производительности мембраны во времени. Результаты испытаний представлены в таблице 2.1. Для сравнения под индексом М1 исследователями показаны результаты эксперимента в том же аппарате, но без перемешивания, М10 – радиально расположенные ряды отверстий увеличивающегося диаметра со снятыми на лобовой половине окружности фасками, М11 – то же, что М10, но с удвоенной толщиной диска,

Таблица 2.1. Массообменные характеристики мешалок.

М12 – то же, что М11, но с фасками на лобовой половине окружности с обеих сторон диска.