Проектирование систем обратного осмоса с использованием программного комплекса ROSA. (DowChemical)
Цель работы: Ознакомиться с принципом работы и возможностями программного комплекса ROSA. Спроектировать систему обратного осмоса с использованием ROSA 6.0.
1. Понятие о рулонных мембранных элементах.
Для извлечения растворенных в воде веществ используются мембранные методы, основанные на свойствах «полупроницаемости» материала мембраны, т.е. способности пропускать молекулы воды, задерживая молекулы и ионы растворенного вещества. К методам разделения на молекулярном уровне относятся обратный осмос (область разделения 1 – 10Å) и нанофильтрация (5 – 100Å).
В качестве материала плоских полупроницаемых или селективнопроницаемых мембран в основном используются полимерные пленки. Основными материалами для изготовления плоских мембран являются: ацетаты целлюлозы (АЦ), полисульфонамид (ПС), фторопласты, поливинилиденфторид (ПВДФ), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиакрилонитрил (ПАН).
Селективнопроницаемые мембраны должны удовлетворять ряду требований, иметь:
- узкое распределение пор по размерам, что обеспечивает высокую разделяющую способность – селективность;
- анизотропное строение;
- высокую проницаемость для воды;
- химическую стойкость к действию разделяемой среды, регенериующим и стерилизующим реагентам;
- стабильность характеристик во времени;
- механическую прочность;.
- отсутствие выноса материала мембран в фильтрат;
- низкую стоимость.
2. Характеристики мембранного разделения.
Эффективность мембранного процесса разделения определяется в основном свойствами мембран. Основными характеристиками являются задерживающая способность, удельная производительность и селективность мембран, а также их химическая стойкость в разных растворах при различных значениях рН.
Селективность φ по разделяемым компонентам определяется как
φ =(1-С2/С1) .100% (1)
где С1 - концентрация растворенного вещества в исходном растворе; С2 – концентрация растворенного вещества в очищенной воде.
Проницаемость g, или удельная производительность мембраны при постоянном давлении, характеризуется объемом прошедшего фильтрата (пермеата) в единицу времени через единицу поверхности и пропорциональна разности приложенного и осмотического давления:
g=Qn/F.τ=K.(p-Δπ), мл/см2.мин или л/м2ч, (2)
где Qn – расход фильтрата; F – поверхность мембраны; τ – время разделения, К – коэффициент проницаемости мембраны, р – приложенное давление; Δπ – разность осмотических давлений растворов с обеих сторон мембраны.
Удельная производительность мембраны или элемента определяется как расход фильтрата Qn в л/ч, отнесенный к площади мембраны F, м2 и к рабочему давлению Р, МПа:
Wp= Qn/P.F (л/м2.ч.МПа) (3)
Конверсия, т.е. степень использования исходной воды для получения требуемого объема пермеата. Выражается в процентах выхода пермеата от расхода исходного раствора:
К=Qn /Qu . 100 (%) (4)
Удельная производительность и селективность зависит от рабочего давления и температуры раствора. С ростом давления увеличивается производительность (зависимость 2) и селективность (за счет сжатия материала мембраны и уменьшения размера пор).
Повышение температуры приводит к росту удельной производительности мембраны и уменьшению селективности, за счет снижения вязкости воды и увеличения подвижности извлекаемых ионов.
Увеличение конверсии возможно до определенного предела, пока при росте содержания солей в концентрате их осмотическое давление не приблизится к давлению питающей воды. Тогда перенос прекращается.
Увеличение концентрации компонентов в питающем растворе сокращает выход пермеата и селективность.
3. Конструктивные особенности современных мембранных элементов
Современные мембраны представляют собой многослойный композиционный материал, в составе которого имеется крупнопористая армирующая подложка, промежуточный транспортный слой толщиной около 1 мкм и ультратонкий разделительный слой, который может быть покрыт протекторным слоем. Благодаря очень малой толщине разделяющего слоя проведение процесса разделения возможно при относительно небольших рабочих давлениях: 2 – 6 атм. для НФ, 4 – 50 атм. для ОО
Мембраны для удаления молекул и ионов имеют незначительное проходное сечение и относительно высокое гидравлическое сопротивление, поэтому для обеспечения заданной производительности требуются большие площади фильтрации, кроме того накопление на поверхности мембраны слоя задержанных молекул (концентрационная поляризация) приводит к быстрому падению проницаемости мембраны и скорости фильтрации, за счет возрастания осмотического давления раствора у поверхности мембраны (зависимость 2).
Для устранения этих трудностей используют системы с постоянным интенсивным движением раствора вдоль поверхности мембраны – т.н. «тангенциальная фильтрация». При этом концентрат извлеченных веществ постоянно удаляется из аппарата. Скорость движения раствора вдоль мембраны должна обеспечивать турбулентный режим и составляет не меньше 2 м/ч. Для увеличения площади поверхности мембраны используют множество пакетов мембранного полотна свернутых в рулон. В настоящее время рулонные элементы для НФ и ОО являются наиболее распространенной формой выпуска и являются оптимальными по критерию эффективность/стоимость.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
