Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения, страница 12

Дальнейшие эксперименты проводились на мешалках М10-М12 как наиболее эффективных.

Далее в работе приводятся экспериментальные данные, полученные при разделении растворов ВМС в случае турбулизации надмембранного пространства с помощью дисковых перемешивающих устройств. Исследователям удалось выяснить, что наилучшей формой отверстий в турбулизирующих элементах являются отверстия круглой и трапециевидной формы с двухсторонней фаской на лобовой стороне.

Авторы статьи попытались оценить степень турбулизации в различных зонах поверхности мембраны. Для этого на ней были выделены четыре кольцевые зоны таким образом, что кольцевые ряды отверстий в мешалке М10 приходились на середину зоны.

Ширина каждой зоны составляла 3 см, а при исследовании каждой зоны остальные блокировались клейкой лентой, то есть в проницаемости не участвовали. На рисунке 2.5. показан процесс выхода проницаемости на стационарное равновесное состояние в разных зонах мембраны.

Рисунок 2.5. Зависимость G/G0 от времени для различных областей мембраны с изменяющимся диаметром отверстий.

Полученный результат интересен следующими обстоятельствами:

-  даже при самой большой линейной скорости размер турбулизирующих отверстий в зоне 1 слишком велик для эффективного разрушения слоя КП;

-  в зоне 4 результат, что можно объяснить как низкой линейной скоростью, так и малым размером турбулизирующих отверстий.

Для решения этого вопроса была изготовлена и испытана мешалка с отверстиями в зоне 4, равными отверстиям на периферии из варианта М10. Результаты испытаний изготовленного турбулизатора изображены на рисунке 2.5. и говорят об уникальности достигнутого эффекта: величина параметра G/G0 близка к 1, что означает практически полное снятие КП в исследуемой зоне.

Рисунок 2.6. Сохранение относительной удельной производительности мембран во времени при постоянно работающей мешалке (2) и без перемешивания (1).

На основании вышесказанного можно сделать следующий вывод: размеры отверстий в большей степени, чем линейная скорость их движения, ответственны за эффективность разрушения гелевых слоёв на мембране.

Исследователи объясняют это следующим: жидкость по фаске затекает в отверстие и отражается от его лобовой части, создавая вихрь и увеличивая осевой поток. Они предполагают, что чем больше лобовые отверстия, тем больше вихрь и, следовательно, мешалка будет лучше снимать слой КП с поверхности мембраны.

 

Рисунок 2.7. График зависимости G/G0 – f(nотв) для круглых (2) и трапециевидных (1) отверстий.

На рисунке 2.7. отображены результаты эксперимента с мешалками, имеющими различное количество отверстий в форме трапеции и круга. Как видно из рисунка, производительность мембран при использовании турбулизаторов с отверстиями в виде трапеции больше, чем с отверстиями в виде круга.

2.10. Критериальные уравнения массоотдачи при ультрафильтрации растворов ВМС.

Массообмен в напорном канале мембранного модуля протекает в сложных гидродинамических условиях [12, 13, 14]. В канале формируется про филь концентраций, а у поверхности мембраны, вследствие массопереноса через неё происходит накопление растворённого вещества. Возможность определения коэффициентов массоотдачи при УФ для различных режимов движения жидкости в плоских каналах рассматривалась различными авторами. На основании проведённых исследований Голдсмит установил, что результаты удовлетворительно описываются для ламинарного режима уравнением:

                      (2.36.)

для турбулентного режима

                                  (2.37.)

Портер обобщил все данные по КП в процессе УФ и показал, что скорость УФ пропорциональна скорости движения раствора в степени от 0,3 до 0,5 для ламинарного потока. Таким образом, для технологического и технико-экономического расчётов УФ первостепенное значение исследование кинетики процесса. Поэтому становится очевидным экспериментальное определение кинетических параметров УФ и их сопоставление с известными решениями.