Проблемы процесса ультрафильтрации и пути возможного их решения, страница 20

Плотность воды при н. у. составляет 1000кг/м³, плотность КМЦ – 1590кг/ м³. Расчёты показали, что концентрация полимера в растворе весьма мала для значительного изменения плотности поэтому её можно принять постоянной.

5.2. Подбор критериальных уравнений.

Как видно из графиков (4.1.) и (4.2.) лабораторные опыты проводились в двух режимах: предгель (для 4.1.) и гель – поляризационном (для 4.2.). Предположительно при постоянно работающей мешалке гель-слой на мембране не образуется, так как значения критериев Рейнольдса очень высоки. Это соответствует развитому турбулентному режиму, образование слоя геля на мембране при данных условиях практически не возможно, однако накопление вещества на мембране всё же будет происходить но не перейдёт в стадию образования геля. Следовательно, данный этап исследования соответствует режиму предгель-поляризации. Кроме того, опыты проводились в ультрафильтрационной проточной установке плоскорамного типа с мешалкой. Исходя из вышеперечисленных условий, из таблицы 2.1. можно выделить следующие критериальные уравнения, максимально подходящие под данные условия:

Выборочные расчёты коэффициента массоотдачи по предложенным уравнениям выявили наиболее подходящее для нашего процесса критериальное уравнение, имеющее следующий вид:

Остальные же уравнения не подошли из-за абсурдности рассчитанных по ним результатов: либо β, либо значение КП были сильно занижены (завышены).

Значения величины концентрационной поляризации, рассчитанные по выбранному уравнению, приведены в таблице 5.1. Как видно с увеличением концентрации КМЦ в модельном растворе увеличивается также и значение КП для всех диапазонов частот, что полностью согласуется с теорией. В пределах одной концентрации, но при изменении частоты вращения вала турбулизатора КП снижается по мере уменьшения числа оборотов мешалки (особенно хорошо это видно при С = 0,1% масс.)

Таблица 5.1. Зависимость КП от частоты вращения турбулизатора и концентрации растворённого вещества.

Концентрация, % масс.	КП
	80	160	240	380	460
0,1	1,7	1,16	1,13	1,1	1,1
0,3	1,62	1,438	1,42	1,3	1,33
0,5	1,73	1,5	1,47	1,43	1,48

Результаты расчётов коэффициента массоотдачи по выбранному уравнению представлены графически на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. Зависимость коэффициента массоотдачи от числа оборотов турбулизатора для концентраций 0,1, 0,3 и 0,5%масс.

График показывает, что при возрастании частоты вращения вала мешалки коэффициент массоотдачи также возрастает.

То есть по всем показателям данное критериальное уравнение максимально приближённо описывает процесс турбулизации. Однако при расчёте критерия Прандтля, входящего в уравнение (2.37.), не учитывались не только характеристики отверстий (размеры, расположение на диске), но и сам факт их наличия, что подвергает сомнению адекватность выбранного уравнения, а соответствует варианту сплошного диска. Его применение для описания процесса ультрафильтрации на дисковых турбулизаторах возможно лишь для приближённого (ориентировочного) расчёта коэффициента массоотдачи. Если исходить из производительности и дополнительного турбулизирующего эффекта, создаваемого отверстиями на диске, можно заключить, что истинные значения критериев Прандтля и коэффициента массоотдачи должны быть выше рассчитанных по приведённому уравнению. То есть результаты расчётов по уравнению (2.37.) более соответствуют варианту сплошного диска, нежели диска с отверстиями. Относительно лабораторного практикума в качестве ориентировочной величины выбранное уравнение может быть применено.

5.3. Расчёт толщины гелевого слоя.