Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения, страница 19

Рисунок 4.1. Зависимость производительности от частоты вращения турбулизатора для 0,3%-го раствора КМЦ.

Рисунок 4.2. Зависимость производительности от частоты вращения турбулизатора для 0,5%-го раствора КМЦ.

4.2. Зависимость производительности от времени.

Эта серия опытов должна выявить оптимальную концентрацию КМЦ в растворе, при которой падение удельной производительности на мембране пройдёт с наименьшими затратами времени на проведение работы и одновременно эффективно и «чётко» для того, чтобы студенты смогли зафиксировать все стадии его образования.

Залив, разделяемый раствор в ёмкость, и установив в аппарат мембрану, включаем насос. Регулирующим вентилем (13) (рис. 3.1.) задаём рабочее давление в аппарате. Снимаем зависимость производительности от времени, как указывалось в предыдущем параграфе. По мере увеличения времени истечения пермеата увеличиваем соответственно и промежутки времени между снятиями проб: так в начальный момент времени пробы отбираем через каждые 5 минут (а при концентрации КМЦ 0,5% масс. постоянно в течении пяти - десяти минут), увеличиваем интервал до десяти, пятнадцати и более минут, если производительность продолжает падать.

После достижения минимально возможной производительности устанавливаем частоту вращения на максимум и включаем режим перемешивания. Для точного фиксирования скачка производительности измерения проводим постоянно до увеличения τ. Опыты проводились на растворах с концентрацией КМЦ 0,1, 0,3 и 0,5%масс.

Обработав результаты измерений, получаем следующие зависимости:

Рисунок 4.3. Зависимость производительности мембраны от времени без перемешивания для концентраций: 0,1, 0,3 и 0,5%масс.

Из рисунка видно, что оптимальной с точки зрения проведения лабораторной работы концентрацией является 0,3%масс. Выбор именно этой концентрации обусловлен тем фактом, что падение производительности проходит за 45 ÷ 50 мин. Этого времени вполне достаточно, для того чтобы зафиксировать наибольшее количество точек для более точного воспроизведения студентами картины образования гель-слоя. При концентрации полимера 0,5% масс. падение G происходит очень быстро (~25-30мин.) и кривая получается размыта. Меньшая концентрация увеличивает время выхода установки на режим до 80-90 мин., что в условиях проведения лабораторной работы не желательно.

Рисунок 4.4. Зависимость G/G0 от времени для концентрации 0.3% масс. при разных частотах вращения вала. Пунктиром показана кривая, снятая без перемешивания.

V. Обработка экспериментальных данных.

Этот раздел дипломной работы включает в себя расчёт коэффициентов массоотдачи для экстремальных точек на полученных графиках зависимостей производительности от времени, производительности от числа оборотов вала мешалки, а также расчет для этих точек КП и концентрации, при которой происходит гелеобразование на поверхности мембраны.

5.1. Определение основных физико-химических свойств растворов.

Перед началом основных расчетов проведём так сказать предварительные, которые включают в себя расчёты основных физических и физико-химических характеристик разделяемого раствора, таких как вязкость, плотность разделяемого раствора и коэффициент диффузии полимера в воде [18].

Кинематическая вязкость жидкой бинарной смеси рассчитывается по формуле Лобе [17]:

                               (5.1.)

                       (5.2.)

                                                  (5.3.)

                              (5.4.)

Ф – объёмная доля компонента, об.д.

ν – кинематическая вязкость компонентов смеси, м²/с;

A – растворённое вещество;

B – растворитель.

Результаты расчётов вязкости растворов КМЦ представлены графически на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. График зависимости вязкости от концентрации полимера в воде.

Коэффициент диффузии для КМЦ в воде по табличным данным составляет .

Плотность раствора полимера рассчитывается следующим образом

                                   (5.5.)