Методология разработки комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов

Орлов, Николай Савельевич

Мембраны и мембранная технология

автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.18, диссертация на тему:Методология разработки комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов

доктора технических наук: Орлов, Николай Савельевич
город: Москва
год: 2000
специальность ВАК РФ: 05.17.18
цена: 450 рублей

Диссертация по химической технологии на тему «Методология разработки комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов»

Автореферат диссертации по теме "Методология разработки комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов"

РГо ОД

2 2 Щ Ш

На правах рукописи ОРЛОВ НИКОЛАЙ САВЕЛЬЕВИЧ

МЕТОДОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД НА ОСНОВЕ БАРОМЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССОВ

05.17.18 - Мембраны и мембранная технология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева

Научный консультант Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор

Ведущая организация - Государственное предприятие «Красная звезда»

Защита диссертации состоится 26 декабря 2000 г. на заседании диссертационного совета Д 053.34. 14 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047, г. Москва, Миусская пл., д. 9) в актовом зале им. А.П. Бородина ( МАЗ ) в 14 часов.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан 25 ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 053.34.14 Каграманов Г.Г.

технических наук, профессор Дытнерский Ю.И

Официальные оппоненты: член - корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук , старший научный сотрудник

Юртов Е.В. Лукашев Е.А. Рябчиков Б.Е.

КААЪ с\А _ О

Актуальность проблемы. Опыт высокоразвитых зарубежных стран свидетельствует о том, что при решении проблемы обеспечения высокого качества выпускаемых изделий, продуктов и полупродуктов основная роль отводится методам подготовки особо чистых технологических сред.

Уровень чистоты технологических сред, используемых в производстве, клинической практике, сельском хозяйстве, сфере обслуживания и в быту, а также степень последующей регенерации ценных компонентов и утилизации вредных примесей определяют промышленный потенциал, экологическую обстановку, а в целом и жизненный уровень населения.

Для очистки жидких технологических сред в последние два десятилетия успешно применяются мембранные процессы (МП)- микрофильтрация (МФ). ультрафильтрация (УФ), обратный осмос (00), а также диализ (Д), электродиализ (ЭД) и мембранная дистилляция (МД).

Вместе с тем применение мембранных установок без эффективной предварительной очистки растворов и стремление интенсифицировать процесс мембранного разделения за счет высоких рабочих давлений и скоростей потоков разделяемых смесей сопровождается рядом негативных последствий - быстро снижаются производительность и разделяющая способность мембран, и сокращается срок их службы. Поэтому в последние годы сложилось понимание того, что для увеличения ресурса мембран необходимо создание комплексных систем очистки с высокой степенью интеграции различных методов разделения. Данный вопрос становится особенно актуальным при получении особо чистых технологических сред в электронике, медицине, биотехнологии, пищевой, химической и др. отраслях промышленности, а также при решении межотраслевой проблемы регенерации сточных вод. Для успешного решения рассмотренных проблем необходима методология, обобщающая комплекс теоретических, исследовательских, технологических и прикладных вопросов разработки и применения комплексных систем очистки на основе баромембранныхпроцессов.

Для иллюстрации данной методологии необходим развернутый алгоритм реализации предлагаемого научно-технического решения, позволяющий как разработчику, так и потребителю однозначно оценить возможности и затраты на его реализацию и эксплуатацию.

Цель работы заключается в:

- формировании теоретического подхода - методологии, обобщающей комплек мероприятий, необходимых и достаточных для разработки и применения комплексны систем очистки (КСО) жидких технологических сред на основе баромембранны процессов;

- математическом моделировании, расчете, проектировании и разработк компьютерной программы синтеза КСО

- разработке технологии и оборудования, направленных на решение проблем! подготовки особо чистых технологических сред и регенерации сточных вод.

Поставленная цель была реализована за счет решения следующих задач:

- разработки методов диагностики характеристик пористости мембран и дефектоскопии мембран и модулей;

- разработки методов решения задачи сопряженных внешнего и внутреннего по отношению к мембране маесопереноса;

- обобщения различных схем соединения аппаратов в последовательности аппара

- секция - ступень - каскад с целью обеспечения заданных степеней разделени: компонентов раствора:

- разработки графоаналитического метода расчета мембранных систем больше; единичной мощности - мембранных каскадов:

- разработки метода технико-экономического расчета баромембранных процессов и обоснования на основе исследования их кинетики и релаксационных явлежн выбора оптимальных режимов эксплуатации мембранного оборудования:

- разработки конструкций мембранных аппаратов с учетом специфических особен ноетей конкретных сфер применения.

- обоснования принципа устойчивости комплексных систем очистки к внешним воз

действиям

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается i следующих положениях, следствиях и обобщениях.

Обоснована методология разработки комплексных систем очистки (КСО сочетающих традиционные и мембранные процессы разделения жидки; технологических сред. Разработано и реализовано на IBM - совместимых компьютера: программное обеспечение синтеза КСО.

На основании предложенной модели формирования и дестабилизации капиллярного мениска при конкурентном адгезионном взаимодействии двухфазного потока с поверхностью поры разработано математическое описание, получены аналитические решения, характеризующие толщину связанного слоя, капиллярное давление и истинную задерживающую способность ультра- и микрофильтрационых мембран

Впервые экспериментально обнаружена и обоснована в рамках релаксационного формализма вариация удельной производительности полиамидных мембран при диафильтрации водных растворов диальдегиддекстрана. Показано что причиной вариации являются циклические процессы агрегации и сегрегации макромолекул на поверхности мембраны и в растворе. Осуществлена визуализация адсорбции на поверхности полиамидных мембран.

Обобщены приведенные в работе теоретические и экспериментальные методы исследования характеристик пористости мембран, моделей переноса, кинетики и релаксационных явлений баромембранных процессов. Результаты обобщений представлены в виде определяющих параметров моделей переноса, критериальных уравнений массоотдачи и гидродинамики, а также соотношений времен релаксации внутренних и внешних по отношению к мембране и разделяемому раствору явлений.

Разработан метод технико-экономической оптимизации баромембранных процессов, основанный на результатах решения задачи сопряженных внешнего и внутреннего массопереноса, анализе поведения зависимости удельной производительности мембран от рабочего давления и гидродинамических условий, учете конструктивных особенностей мембранных аппаратов, уровня их структурной организации (секция - ступень - каскад) и распределения потоков в мембранной установке. Метод адаптирован по отношению к традиционным процессам разделения жидких сред.

получения особо чистой воды, используемой в производстве изделий электронной техники. Экономический эффект от внедрения микро- и ультрафильтрационного оборудования на предприятиях отрасли составил за три года эксплуатации около 20 млн. руб. (в ценах 1987г.) и 1,8 млн. долларов за счет отказа от закупок аналогичного оборудования за рубежом.

Разработаны, изготовлены, сертифицированы и внесенны в Государственный реестр медицинских изделий Российской Федераци водоочистительные комплексы, обеспечивающие качество очистки водопроводной воды, соответствующее требованиям ФС-42.2619-97 "Вода очищенная" и ФС-42.2620-97 "Вода для инъекций". Организовано и лицензировано производство комплексов и осуществлено их внедрение на 27 медицинских и фармацевтических предприятиях, а также на 8 предприятиях пищевой и др. отраслей промышленности.

Разработана технология регенерации сточных вод красильно - отделочных производств предприятий текстильной промышленности (подтвержденная ресурсными производственными испытаниями пилотной технологической линии, включающей многостадийную предподготовку и мембранную очистку, на АОЗТ " Фабрика им. Петра Алексеева ) и на ее основе выполнен аванпроект цеха регенерации сточных вод производительностью 150 м.'/час.

Разработана технология регенерации отработанных растворов технических моющих средств, па основе которой ПО «Гехноприбор» (г. Нальчик) изготовил робого-технологический комплекс очистки моющих растворов от масляных загрязнений.

На основе метериалов диссертационной работы подготовлены два учебных курса и изданы два учебных пособия.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на:

- II Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей (г. Владимир,

- апрель 1977 г.);

-II Всесоюзной конференции по методам получения и анализа биохимических препаратов (г. Олайне, октябрь 1977 г.);

- III Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смессй (Г.Владимир, октябрь 1981 г.);

- Всесоюзном научно-техническом семинаре «Теория и оборудование селективного разделения жидких сред с использованием полупроницаемых мембран» (г. Краснодар, октябрь 1983 г.);

- Всесоюзной научной конференции «Повышение эффективности технологии и совершенствование процессов и аппаратов химических производств» (г.Харьков,1985г.);

- Седьмом Всесоюзном симпозиуме «Синтетические полимеры медицинского назначения» (г. Минск, 1985 г.);

- Всесоюзной конференции «Контроль и управление биотехнологическими процессами» (г. Горький, 1985 г.);

- Объединенном Американо-Европейском симпозиуме по исследованию мембранных процессов и технологий (Равелло, Италия, 1988 г.);

- Всесоюзном научно-практическом семинаре-школе «Мембранная технология в решении экологических проблем» (г. Улан-Удэ, 1990 г.);

- Научно-техническом семинаре «Применение новейших мембранных технологий в промышленности и экологии» (г. Владимир, 1997 г.);

- Всероссийской научной конференции «Мембраны-98»(г.Москва,!998 г.).

- Оборудование экспонировалось на выставках: РХТУ народному хозяйству, ЭКВАТЕКС-96 и ЭКВАТЕКС-98.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 печатных работ в том числе 9 авторских свидетельств и 2 патента на изобретения.

Структура к объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав основного содержания, выводов, списка литературы, насчитывающего 249 библиографических ссылок, 12 приложений. Она изложена на 405 страницах печатного текста, включающего 185 рисунков и 51 таблицу.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность работы, определены ее цели и задачи. Отмечено, что для решения межотраслевой проблемы подготовки особо чистых жидких технологических сред и регенерации сточных вод необходимо создание комплексных систем очистки на основе интеграции мембранных и традиционных методов разделения.

В первой главе дан анализ принципов организации комплексных химико-технологических систем. Обобщена и представлена двумя блоками обширная информация о составе примесей, содержащихся в исходных смесях и нормативных требованиях к качеству их очистки в зависимости от сфер применения.

Определена последовательность синтеза КСО, заключающаяся в решении задач топологии отдельных процессов разделения и их оптимизации. Приведен анализ вариантов секционирования мембранных аппаратов. Большое внимание уделено требованиям к качеству предварительной очистки разделяемых растворов перед подачей их на стадию мембранного разделения и. анализу вариантов технологических схем предварительной очистки.

Вопрос технико-экономической оптимизации основывался на обобщении информации о явлениях переноса во внешней диффузионной области и непосредственно через мембрану, а также методах исследования кинетики и динамики баромембранных и традиционных процессов разделения. Приведен анализ литературных данных, касающихся конструкций мембранных аппаратов, явлений переноса в локальном объеме мембранного аппарата, характеристик используемых мембран, а также моделей переноса компонентов раствора непосредственно через мембрану.

Во второй главе приведены экспериментальные установки, методики и характеристики объектов исследования. В соответствии с решаемыми задачами большое внимание было уделено исследованию задерживающей способности И и удельной производительности .IV различных типов мембран.

Для исследования характеристик пористости обратноосмотических, ультра- и микрофильтрационных мембран использовали «гидродинамический метод », метод «точки пузырька», а также электронную микроскопию.

Существенное внимание было уделено визуализации адсорбции на поверхности мембран, а также дефектоскопии мембран и их пористых подложек.

Исследование гидродинамики и массоотдачи в мембранных каналах сложной геометрической формы, ячейках с мешалками и акустическими излучателями проводилось на экспериментальном стенде по методике, основанной на кинетике электрохимических реакций.

Эксперименты с использованием современных инструментальных методов -гельхроматографии, ИК -, УФ и атомно-абсорбционной спектрофотометрии выполнялись в организациях - соисполнителях совместных работ.

При анализе следов неорганических компонентов использовали кондуктометрию, а содержания микрочастиц - лазерные анализаторы микрочастиц ЛАМ-1 и ЛАМ-2.

Для исследования регенерации сточных вод была разработана пилотная технологическая линия, включающая стадии флотации, механической фильтрации, микро- и ультрафильтрации. Исследование элементов на основе отечественных и зарубежных обратноосмотических, ультра- и микрофильтрационных мембран осуществлялась на пилотных и промышленных установках.

В третьей главе, посвященной технико-экономической оптимизации баромембранных процессов, приведены их определяющие параметры, методы решения задачи сопряженных внутреннего и внешнего массопереноса, а также результаты исследования кинетики и релаксационных явлений. Приведено разграничение баромембранных процессов на уровни от локального объема мембранного аппарата (рис.1) до организованной их совокупности - мембранного каскада (рис 8).

Интегральная форма уравнений (1-4) обусловлена ограниченной доступностью информации о профилях концентраций растворенного вещества. Достоверность результатов расчета .IV и Я, основанного на итерационной процедуре решения приведенной системы уравнений по исходным данным : С, , ДР, Ц,. с)э. 1, О, Ии определяется адекватностью уравнений (2), (4) , а также методов расчета И и и Ц

Показано, что ключом к решению системы уравнений (1-11) является величина С, как определяющий фактор сопряжения внешнего и внутреннего по отношению к мембране массопереноса. Концентрация С, обусловливает поляризационные ограничения процессов 00 и УФ. При достижении С, произведения растворимости на эти ограничения дополнительно налагаются сопротивления осадков или гелей. Анализ традиционных методов интенсификации баромембранных процессов, направленных на нейтрализацию поляризационных ограничений и предотвращение образования осадков ( случай наиболее характерный для ультра- и микрофильтрации) за счет обеспечения развитых гидродинамических режимов потоков разделяемых растворов и применения "турбулизаторов", обусловил обширную программу исследований кинетики баромембранных процессов

Пермеат

Мембрана

J¡. = 1.р(АР - а'Агг) Длг=(с3-с2)Л7В

1-я 1-Лы

1п-+1п-

Д Ли

¡}=31г— = АКёл5сп — ¿, <1,

Яи=

с, —с2

с, с3-с2 С}

и>

(1) (2)

(3)

(4)

(5) («>

(7)

(8)

9=/(С; природа раств. вещества ) (9) 0=/(Сзприрода раств. вещества ) (10) V = /(С-^ природа раств. вегцества (11)

Рис.1. Схема сопряжения внешнего и внутреннего по отношению к мембране массопереноса и математическая модель установившегося баромембрашюго процесса в локальном объеме мембранного аппарата в условиях преимущественной адсорбции растворителя (отрицательной адсорбции) на незаряженной анизотропной мембране : 1 и 7 - вязкие, 2 и 6 - диффузионные, 3 и 5 - «связанные» слои соответственно; 4 - матрица мембраны ; I - потоки; С - концентрации растворенного вещества; у -координата в направлении нормали к мембране; Ьр - коэффициент гидравлической проницаемости мембраны; ДР - разность давлений по толщине мембраны; Ак - разность осмотических давлений ; И" - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура, 9 - осмотический коэффициент; БЬ, Яе, Бс - числа Шервуда, Рейнольдса и Шмидта, соответственно; (5 - коэффициент массоотдачи; Б- коэффициент диффузии; (Ъ - эквивалентный диаметр; А, т, п - постоянная и степенные коэффициенты; И, - наблюдаемая и истинная задерживающая способность мембраны; \у - скорость потока разделяемого раствора; V- кинематический коэффициент вязкости.

Результаты исследований масоотдачи и гидродинамики во внешней диффузионной области обобщены критериальными уравнениями.

Для полого стесненного канала;

8Ь=0,39(с1э/1)0,33Ке0,248 с0'33 ; Х.=0,3/кеаз при (200 < Ие < 1200 ) (12)

811=0,09(сЬ/1)0,33Ке0'48с0'33 ; Х=0,3 / Ие0'3 при (1200 < Ие < 4500) (13)

Для стесненного канала с сепарирующими сетками:

5Ь=7,4((11в/1)Ке5с)0 33 ; Х= 1800(ав/1)°'33/Ке при (200 < Яе < 1200)

Для аппаратов с мембранами в виде полых волокон: 5Ь=0,106Г{е0,15б$с0,33; Х=64/Ке при (40 <Яе<300) (15)

Для мембранной ячейки с мешалкой :

8Ь=1,4211ет0'45с0'33; при( 400 < Яе < 3000) (16)

При наложении внешнего акустического поля :

0.0022 Яеа 8с0,33; при (4380 < Яеа< 34500) (17)

где X - коэффициент сопротивления; Яе,,, , Яеа - модифицированное и акустическое числа Рейнольдса.

Предложена методика расчета эквивалентного диаметра мембранных каналов сложной геометрической формы, основанная на характерных размерах чередующихся элементарных ячеек и анализе линий тока и вихря, образующегося при обтекании препятствий в стесненном канале затопленной плоской струей.

Подтверждена двумя независимыми методами адекватность уравнений массоотдачи при малых и больших числах 8с, соответствующих ОО и УФ.

Расчет И,, и .Ту основывался на анализе определяющих факторов конкретных баромембранных процессов.

Обратный осмос. Определяющие параметры в зависимости от моделей переноса в «мембранной фазе» -растворимость, коэффициенты диффузии, пористость, теплоты гидратации ионов. Показано, что все уравнения для расчета И и содержат эмпирические настроечные коэффициенты, достоверность которых определяется корректностью учета в экспериментах величины С3. Расчет дя не вызывает затруднений, т.к. практические осмотические коэффициенты приведены в литературе.

Ультрафильтрацня. Определяющие параметры - радиусы (Ип) пор мембран, гидратация, молекулярная масса (М) растворенного вещества, производными которой в зависимости от структуры макромолекул в растворе являются радиусы (гэфф) эффективных гидродинамических эллипсоидов.

Для расчета истинной задерживающей способности предложено уравнение: *. = П8)

основанное на характеристиках распределения г»| = Г (г, ) "число пор- радиус гидратированных пор" мембран и пороге задержания гЭфф/ Кп в виде соотношении Стоксовского радиуса макромолекул к радиусу пор. Количественная интерпретации порога задержания основана на расчете толщины Н «связанного слоя» в порах мембраны.

Результаты : Н = 2/3 Кп ; г3фф = 1/3 И.,, и ■ ■ ■ р Р„ = 27дАпз МНп""1 аналитического решения „ «_Ц. уравнения

: ' ^ 2,г г-,ЛГ.......(19)

' :: И '..... 6

характеризующего установившееся

Рис.2. Модель формирования СОСТОЯ11ие модельной системы (рис. 2 ) -капиллярного мениска в порах

мембраны капиллярного мениска, образованного при

конкурентном адгезионном лЛ123 =А2з-А13 взаимодействии с поверхностью (3) поры радиуса Кп при избыточном внешнем давлении ЛРа„. двух несмешивающихся сред (1 и 2) были подтверждены независимыми эскпериментальиыми данными( рис.3 ).

Рис.3. Зависимостиь задерживающей способности Я от отношения гэфф/ И,, для глобулярных белков и мембран серии УАМ (1), латексов и мембран ФМ (2), латексов и мембран «ядерные фильтры» (3). (данные Черкасова А.Н. с сотрудниками)

„и™^.,-1-1-.

0.25 0.5 0.75 Г/ЙП

Авторы исследований (рис.3 ) отмечают, что «между коэффициентом селективности и параметром гэфф/ существует универсальная зависимость гЭфф/ Ип= 0,32 ± 0,05, определяющая «критическое» отношение гзфф/ для прохождения частиц через мембрану в исследованном интервале радиусов пор от 30 до 12000 А».

0.5

о -2

Предложен метод расчета осмотического давления макромолекулярных растворов, основанный на уравнении = с + Вгсг + Я,с5 + В,с1 + К. (20)

и вириалыюм разложении по степеням относительно, молекулярной плотности N с 10'

с = ——-растворенного вещества, где Na -число авогадро, к -константа Больцмана.

Мр

Расчет вириальных коэффициентов Bi, В3, В4 в соответствии с теорией «жестких непроницаемых эллипсоидов» основывается на парциальном мольном объеме V„, и соотношении р осей эффективных гидродинамических эллипсоидов.

Мнкрофильтрацня. При разделении эмульсий в соответствии с (19) определяющими параметрами являются конкурентное адгезионное взаимодействие фаз с матрицей мембраны и размеры пор. При разделении суспензий прогнозирование задерживающей способности крупнопористых микрофильтрационных мембран основывается на экранном механизме, т.е. соотношении размеров частиц и пор без учета их гидратации. Наиболее характерным примером является общепринятая методика контроля задерживающей способности стерилизующих мембран на основе тест-организма «Pseudomonas diminute» как наименьшей из бактерий (d £ 0,27 мкм.) встречающихся в природе.

Вследствие D = 0 и , Агс = 0 уравнение (1) сводится к традиционному уравнению фильтрования с соответствующей корректировкой коэффициента Lp. в виде

1/Ц= +l/LlKM.+l/Loc. (21)

На основе анализа приведенных решений и «поведения» капиллярного мениска, т.е. его дестабилизации при наложении внешних факторов обоснованы следующие предпосылки:

-процесс разделения в условиях отрицательной адсорбции осуществляется в режиме колебаний;

-повышение задерживающей способности мембран может быть достигнуто за счет наложения внешнего потенциала, вызывающего «сдвиг» порога задержания в сторону больших пор;

-целенаправленное выделение любой из фаз эмульсии достигается за счет выбора материала мембраны, обладающего большей адгезионной способностью по отношению к выделяемой фазе

Обобщены методы решения задачи сопряженных внешнего и внутреннего массопереноса на примере ультрафильтрации. На основе уравнений (3), (4) . (16) и результатах экспериментов (1у и И ) , полученных на мембранной ячейке при разделении индивидуальных высокоочищенных растворов пепсина, лизоцима и гемоглобина в 0,05 М фосфатном буфере на мембранах УАМ-300, УАМ-400 и УАМ-500, а также растворов гемоглобина, овальбумина, миоглобина и цитохрома -С в 0.05М трис-буфере на мембране УАМ-200 в диапазоне рабочих давлений 0.05 - 0,5 МПа рассчитаны величины С?. Максимальные значения концентраций С? составляли около 0,7-0,85 от концентраций гелеобразования. Отмечено удовлетворительное соответствие рассчитанных по уравнению (1) и экспериментальных значений .К- в диапазоне давлений (0.05 - 1,5) МПа и возрастающее расхождение (.1у расч > .1у эксп.) при увеличении давления.

Характерные два вида отклика .1у ''системы "(рис.1) на внешнее воздействие ДР - линейный и нелинейный, в рассмотренных диапазонах давлений, обусловили направление исследований поведения мембранных процессов. Анализ взаимного влияния внутренних (молекулярная диффузия) и внешних (Л) по отношению к "систе.ме" ( диффузионный пограничный слой) процессов и явлений переноса основывался на сопоставлении их времен релаксации (рис.4).

3 1 л

М М (г1 X

Рис. 4. Качественный анализ динамики формирования профилей концентраций растворенных веществ в процессах: МФ - (а); УФ - (б); ОО - (в) и удельной производительности Jv = f(T) - (г). 1 - мембрана: т - время; т0=5т - первоначальный момент времени; 1га, lg - толщины «неподвижного» слоя и слоя геля соответственно; 5 -толщина диффузионного пограничного слоя: с - концентрация растворенного вещества; (c=ci при у=5 и с=с:, при у< 1Ш).

В первоначальный момент времени т0=5т в каждом из процессов из-за отсутствия поляризационных ограничений вследствие Л' —> тах имеет место скачкообразное

изменение концентрации у поверхности мембраны до величины С}. Динамика последующего формирования профиля концентраций и роста 1т определяется величинами О и . В соответствии с природой компонентов раствора и характеристиками мембран для МФ, УФ и 00 очевидны следующие соотношения -0(00)»0(у<&)»0(мф)=0 и при т0 = 5т -К'(\ю)^>-К'(Уо)'>^\'(00)- а при установившихся режимах разделения величины практически выравниваются, причем нередко -Цмф^-Цуф)-

Результатами аналитического решения одномерного уравнения нестационарной конвективной диффузии:

Сопоставляя та, рассчитанное на основе, характерных для соответствующих мембранных процессов, средних значений ^ и О, составляющее для 00 - минуты, для УФ - секунды и для МФ - доли секунд, с временами выхода этих процессов на установившиеся режимы можно сделать важные для практической эксплуатации мембранного оборудования выводы:

Поддержание высокой .К' за счет развитых гидродинамических режимов потоков разделяемых растворов, по сути сводящееся к сокращению толщины диффузионного пограничного слоя или слоя осадка, оправдано в процессе 00. мало перспективно при УФ и нецелесообразно при МФ.

Для обеспечения стабильной в течение продолжительного времени производительности УФ-мембран целесообразно поддерживать «щадящие» режимы, т.е. низкие рабочие давления и умеренные скорости потоков разделяемых растворов, а требуемую производительность обеспечивать за счет развития поверхности мембран.

Продолжительный ресурс микрофильтрационных мембран может быть достигнут лишь при сравнительно малых рабочих давлениях и очень низких исходных концентрациях суспензий.

дс дс „Э2с — = ./,,— + £>— Эт Эу Эу

(22)

при допущениях J у = const и D = const являются: - функция профиля концентраций ciyTt = c)-(c}-c,)eif(z)

и время релаксации та профиля концентраций по отношению к Jv и С3

(23)

(24)

В результате анализа лимитирующих Лу факторов исходя из аддитивности сопротивлений: - мембраны, слоя толщиной 1т и слоя геля был скорректирован коэффициент Ьр в виде: 1/Ьр=1/Ьмем +1/Ьш + 1/1^ (25)

Расчет удельного прироста массы растворенного вещества и изменения толщины слоя 1т основывался на уравнениях:

^ = Л =Л.С, (26) и А = (27)

по экспериментальным значениям Ду -и С). С целью сокращения числа допущений эксперименты по разделению растворов осуществлялись без перемешивания. Процесс формирования геля на мембране на основе теории полимолекулярной адсорбции формализован последовательными квазихимическими реакциями: Д, + В <-> Л В;

АВ + В^Щ; Щ+В^Щ, (28)

первая из которых характеризует образование мономолекулярного слоя (/Гй) молекул В с активным центром мембраны Д,, остальные - последующих слоев. Константы равновесия этих реакций соответственно равны:

*„=М; *1=ГИ1; (29)

Д,С„ [АВ\С„ * [ЛЙ2]Сй

где А» - поверхностная плотность ("концентрация") свободных адсорбционных центров

на мембране; Кр и Кг, К2, К;,.,.К„ - константы реакции образования мономолекулярного

и последующих слоев соответственно; Св = С3 - концентрация участвующего в

"реакции" адсорбции компонента В.

В качестве активных центров мембраны Д, следует рассматривать заряженные

радикалы и поры, обусловливающие сближение макромолекул, а связь (весьма

непрочная) слоя геля с мембраной обусловлена конкурентной гидратацией за счет воды,

содержащейся в связанном слое. Результаты исследований (рис.5 ) мембран УАМ-100 и

УАМ-500. имеющих существенно различающиеся начальные 1у вследствие разных

величин Ьр. свидетельствуют о том, что при установившемся режиме величины 1у

выравниваются и являются функцией концентрации Сз, и природы растворенного

вещества. Приведенный анализ позволил замкнуть систему уравнений (1-11) и учесть

специфические особенности баромембранных процессов.

40 ; л

100

(б)- Динамика формирования слоя толщиной 1т.

(а)- Влияние концентрации Сз на удельную производительность ]\; ультрафильтрационных мембран.

Рис.5.

Растворенное вещество

5 10 15 iv ш',

200 400 600 т.сек

-гемоглобин, «.V- мембраны свежие и -отрегене-

рированные

В связи с тем, что рассчитанные на основе экспериментальных данных константы Кр и К„ , а также толщина и гидравлическая проницаемость слоя геля являются настроечными параметрами в общей цепи сопротивлений было необходимо в явном виде проиллюстрировать влияние слоя геля на ¡V

Методика расчета Яи хорошо зарекомендовала себя на практике при прогнозировании свойств ацетатцелдюлозных мембран. Однако рассчитанная на основе этой методики задерживающая способность полиамидных мембран была существенно ниже измеренной в эксперименте. Результаты исследований (рис.6), посвященные анализу причин этих расхождений, свидетельствовали о высокой адсорбционной способности полиамидных мембран по отношению к растворенному веществу - положительной адсорбции. Наблюдаемый в случае (а, рис.6 ) разрыв активного слоя мембраны свидетельствует о прочной адсорбционной связи с ней агрегатов макромолекул.

Рис. 6. Структуры растворенных веществ, адсорбированных на поверхности мембран УПМ - 450 после использования этих мембран в процессах: а -диафильтрации диальдегиддекстрана; б - регенерации технических моющих средств; в - подготовки особо чистой воды

(а)

(5)

(в)

Рис.7. Исследование динамики процесса очистки водного раствора диальдегид-декстрана от низкомолекулярных примесей в режиме диафильтрации:

(а) - концентрации иодата калия Скюз (О-в ретанте и еэ-в пермеате) и муравьиной кислоты Снсоон (Д- в ретанте и - в пермеате);

(б) - концентраций альдегидных групп Снсо (*-в ретанте и +- в пермеате);

(в) - вязкости ц пермеата(х), ретакта(») и удельной производительности (Д)мем-браны;

(г) - величины рН пермеата (♦), ретанта (■) и молекулярной массы диальдегиддекстрана (Д).

Время косвенно характеризуется приведенной на оси абцисс кратностью диафильтрации.

Традиционное в целом поведение процесса диафильтрации -экспоненциальное снижение концентраций низкомолекулярных компонентов (а, рис. 7) и возрастание рН ( г. рис. 7 ), обусловленное добавлением элюента, тем не менее имеет ярко выраженные особенности. Прежде всего это три устойчивых плато с величинами рН 3.7+0,05 (соответствует логарифму константы ионизации муравьиной кислоты). 4.7±0,05 (соответствует логарифму константы ионизации карбонильных групп) и 5,9 ±0,05. Весьма интересна смена тенденций поведения процесса (в, рис.7), например, возрастание в диапазонах стабилизации рН и снижение при увеличении рН, а также чередующееся изменение вязкости (в, рис.7) и молекулярной массы диальдегиддекстрана ( г, рис.7 ).

Объяснение причин поведения (рис.7) процесса диафильтрации, основанное на релаксационном формализме, сводится к представлению «реакции» обратимой адсорбции на мембране в виде известной схемы:

Св - концентрация диальдегиддекстрана в растворе; - 5, и 8Д концентрации агрегатов макромолекул на мембране и десорбируемых в раствор соответственно ; - К|, К,', К2, К:' -константы скоростей реакций.

Кинетические уравнения имеют вид:

(зо) (3,)

а т а х

Традиционный прием поиска траектории, заключающийся в исключении времени из (30) и (31) при малых возмущениях 5а и 5Я, приводит к замкнутой траектории (предельному циклу) изменения концентраций 53 и 5Л и режиме гармонических колебаний с частотой И =(Л',Л';Р„)'/"

При больших возмущениях колебания становятся ангармоническими, а в самой системе развиваются процессы затухания. Характерными примерами предельных циклов являются три у стойчивых плато на кривой рН ( с, рис 7 ). а соответствующие им энергии ионизации обусловливают «фазовый переход второго рода». Примерами больших возмущений, являются переходные процессы между устойчивыми диапазонами рН, характеризующиеся резким изменением параметров процессов. В результате этих исследований было показано определяющее влияние слоя геля на удельную производительность ультрафильтрационных мембран.

На основе приведенного анализа стали более понятны основные аспекты поведения баромембранных процессов, оценена адекватность и границы применения математической модели, сформировалась основная идея оптимизации, сводящаяся к выбору "рабой точки" на границе области линейного отклика 1у "системы '" на внешнее воздействие ДР. Приведенные критериальные уравнения массоотдачи и гидродинамики позволили осуществить масштабный переход от результатов исследований ¡у и И, полученных на мембранных ячейках, на уровень мембранного аппарата.

к;

В.

Ро<в

Для оптимизации режимов эксплуатации мембранных установок необходимо было перейти на более высокий уровень, т.е. решить вопрос их структурной организации.

Варианты разных схем соединения мембранных аппаратов в установках обобщены графоаналитическим методом расчета мембранного каскада (рис.8), иллюстрируемым диаграммой (рис.9). Мембрана рассматривается как граница раздела фаз, поэтому для удобства восприятия диаграммы концентрации (С) компонентов в исходном растворе и ретанте обозначены .г г, и ли-., а в пермеате у,,.

Каскад (рис. 8) по своей структуре аналогичен массообменной колонне со ступенчатым контактом фаз. В промежуточных ступенях за исключением верхней и нижней имеет место рециркуляция потоков, а пермеат Р.\ верхней ступени (N1) и ретант нижней ступени (1) являются выходящими из каскада потоками.

Концентрации компонентов в выходящих из любой ступени потоках представлены на диаграмме координатами точек, например, (Е) для ступени п,

пересечения рабочей линии вида: у,, = -—ли; + и у = (1-/?)л- линии

^ Л

установившегося неравновесного состояния, которому на диаграмме при Я=0 соответствует диагональ, при Л=1 - ось абсцисс, а при конкретном значении И - прямая ОД . 1<п<Ы - порядковый номер ступени.

Уравнения материального батанса записываются в виде:

- для каскада в целом:

F = .PV+И',, (32)

Рлг =Яд,уг>. (33)

- для отдельной ступени:

рпг1 =РХ+ = + Г - IV, , (34) ~ р--р '

гп*1 »>\

ус./р^и-ю'-4, об)

"у„+1 =(1-Я) хл+1 (37)

Пористей

'-"¿Л

Сп/КН6 пвдвча я

К, Чч

4.1

*г

1-, 4-,

От £

Ветвь с явмиженныя а/грмвмлм щчеЗсг!

В/яЯ* с ¡и-

Ьшениым

свдгржажжн

цтЬон

юнпомнта

'укрплм-ЩОЯ)

Рис.8. Схема организации потоков и ступеней разделения в мембранном каскаде.

Рис.9. Диаграмма баромембранного процесса при произвольном (а) и постоянном (б) соотношениях Н'„/Я„ на всех ступенях

При использовании высокоселективных мембран число ступеней каскада резко

сокращается и часто сводится к одной, состоящей из последовательных секции.

Рис.10. Структура ступени мембранного каскада.0«, 0„ь„, 0рсц - потоки внутри ступени; Я, XV, Р - потоки на входе н выходе из ступени. I < /' < т' < ] < п' -порядковый номер секции в ступени и аппарата в секции соответственно. Е= Qpeu.Qai.i4 -доля рецикла ; I = W/F - доля отбора ретанта в ступени.

п IV ,, Е\У

Потоки внутри ступени представлены в виде: . =-; 0 =-и

I - Е 1 - Е

£?.,,= г +-, а доля отоора ретанта в отдельном аппарате: / = 1—5--(38)

1-Я \\-ti,

где е - поправочный коэффициент (для цилиндрического и прямоугольного каналов с двумя мембранами е=1, для прямоугольного канала с одной мембраной е = 0,5).

Общее число аппаратов в ступени выражается в виде: УУ' = =

1-/

а число аппаратов в секциях, соответственно:

п 1 = п, Г

(39)

(40)

В случае высокого гидравлического сопротивления мембранных аппаратов число секций ш* корректируется исходя из условия:

Р -Р

т~ = " (41)

АР

тр!

Выбор оптимальных условий проведенеия баромембранных процессов и расчет удельных затрат основываются на уравнении:

К = Л:,.ку +

К,

^^тр I т г-.

ли ~ ( ~2~ "

...........Х.-шЮ'

4 и

Энергия, терначан ни вых<н)«г ретанта при д(кц-сс.1ир<>»апии

Средние (кипенье « тк-пчЬыи сакции

Пол ичестм гнте^ией

Мощность, потребляема* « п«с.1«)хей г<чцни

41е

Потер» энергии па трение н предпос. 1еднс й секции

+ (? + (! + 1/2) Р)

Среднее Линление * пшюрно.и пинан- преОгнклсОней секции

Мощность, потребляемая ■ п/>»)>мк'.1с<)нсн сг^им

4£е

Мощнчсн|к, пптр^тлчая я первой епцш

где Ы' - общее число аппаратов в ступени.

1_ 4£е

Л^омумпсть, пг>т/Ч'07ИечаЯ цирку, ¡яцинмныи насосом

(42)

Затраты Ку в руб./м3 пермеата по известным Кг (руб./м2час) и стоимости электроэнергии Кр (руб./кВт*час) в отдельной ступени в результате преобразования (42) выражаются в виде :

К _ Кс ] •ГгР.М' ч

+ (т'ДРт,Е + (1-Е)Р.„)

п.

(43)

V "'""'4Ш,, И'

Поиск оптимума осуществляется по исходным усредненным и Л с последующей корректировкой этих параметров методом итераций.

В четвертой главе , посвященной разработке и применению баромембранных процессов в технологиях подготовки особо жидких чистых технологических сред, приведены конструкции ультра- и микрофильтрационных мембранных аппаратов и установок.

На основе исследования мембран, конструкционных материалов гидравлического контура и обобщения результатов производственных испытаний обоснована последовательность сопряжения баромембранпых и традиционных процессов очистки на финишной стадии подготовки особо чистой воды.

Ниже иллюстрируется результаты решения проблемы подготовки особо чистой воды для микроэлектроники и получения высокоочишенных биологически активных препаратов.

Разработана концептуальная модель кассетного мембранного аппарата ( рис.11), и на ее основе типовой ряд конструкций.

Кассетные мембранные аппараты из-за особенностей организации потоков могут быть использованы для мембранной экстракции, оксигенации, мембранной дистилляции и других мембранных процессов.

Результатом следующего этапа НИОКР, направленных на увеличение поверхности мембран в одном аппарате, явились новые конструкции мембранных аппаратов (рис. 13 и 16), при разработке которых решались задачи исключения застойных зон и снижения гидравлического сопротивления напорных и дренажных каналов.

Особенностью данной модели является напорно-дренажная пластина, плоскости которой выполняют функции напорного и дренажного каналов. Эти функции, обратимы, благодаря чему может осуществляться "обратная промывка" мембран пермеатом по мере снижения удельной производительности мембран до заданного предела, либо через определенные интервалы времени. Процесс управления промывкой при любом из рассмотренных режимов легко автоматизировать. Конструкция аппарата (рис. 13) защищена авторским свидетельством № 1081860

Для очистки и концентрирования растворов биологически активных веществ разработаны, изготовлены и внедрены в производство установки ультрафильтрации (рис. 17), допускающие автоклавирование основных узлов гидравлического контура.

Рис.11.Кассетный модуль (фрагмент Рис.12. Установка ультрафильтрации мембранного аппарата). производительностью 8 м'/час

Потребляемая мощность 3,5 Квт.

Рис. 13. Плоскокамерный мембранный модуль с напорно-дренажными пластинами из полимерных атериалов.

Рис. 14. Установка ультрафильтрации производительностью 0,5 м3/час. Потребляемая мощность 1,2 Квт.

На рисунке 15 приведен один из вариантов размещения ультра- и микрофильтрационного оборудования на финишной стадии технологических линий получения особо чистой воды.

воды: МФ-механический фильтр;К- катионообменник; Д -декарбонизатор; А -анионообменник; Б -бак; ФСД - фильтр смешанного действия; УС - ультрафиолетовая стерилизация; УФ - ультрафильтрация; 0,2 -микрофильтрация с размером пор мембран 0,2 мкм. Цифрами обозначены точки отбора проб.

Рис.16. Плоскокамерный мем- Рис. 17. Общий вид установки ультрафильтрации,

бранный модуль с фильтрующими предназначенной для очистки и концентрирования

элементами без герметизирующих растворов биологичски активных вещееств прокладок.

В пятой главе приведены варианты технологических схем комплексных систем регенерации сточных вод на основе баромембранных процессов. Основное внимание было уделено топологии отдельных процессов разделения на стадии предварительной очистки, предшествующей стадии мембранного разделения.

Для регенерации раствора «Вертолин-74», представляющего собой после использования на Первом московском часовом заводе устойчивую эмульсию типа «масло-вода», была предложена технологическая схема (рис.18), на основе которой ПО «Техноприбор» (г. Нальчик) изготовил робото-технологический комплекс,

предназначенный для очистки моющих растворов от масляных загрязнений.

При разработке данной схемы было показано, что на этапе разделения эмульсии более эффективным мегом по сравнению с сепарацией является электрофлотация. Выбор мембраны и рабочего давления для стадии 8 основывался на результатах решения уравнения 19. Необходимость постановки стадии 7 и выбор фильтрующих элементов для нее основывались на. анализе электронных микрофотографий загрязнений поверхности ульграфильграционных мембран.

Подпитка

Рис. 18. Принципиальная технологическая схема регенерации водных растворов технических моющих средств: 1 - емкость для промывки и обезжиривания деталей «ультразвуковая ванна»; 2 - фильтр грубой очистки: 3 - отстойник: 4 -электрофлогатор; 5 - промежуточная емкость: 6 - насос; 7 - микрофильтр: 8 -ультрафильтрационный мембранный аппарат; 9 и 10 - приемники шлама и нефтепродуктов соответственно; 11 - смеситель.

На основе положительных результатов производственных испытаний установки ультрафильтрации УМТ-18 с мембранными модулями БТУ-0,5 / 2 на Улан-Удэнском тонкосуконном комбинате и пилотной технологической линии, включающей стадии флотации, механической фильтрации, микро- и ультрафильтрации на АОЗТ «Фабрика им. Петра.Алексеева» (г. Москва) , разработан аванпроект цеха регенерации сточных вод красильно-отделочных производств производительностью 150м3/час (рис.19). Обоснован выбор коагулянтов на стадии флотации, в частности более высокая

эффективность по сравнению с РеС1,*6Н;0 была достигнута при использовании А12(504)з*18Н20 . При этом доза коагулянта составляла 60 мг/л и флокулянта 0,5 мг/л при рН = 6.

Сопоставлена эффективность механического фильтра с неподвижным зернистым слоем и эрлифтного с непрерывной регенерацией зернистого слоя.

Рис. 19 Предлагаемая принципиальная технологическая схема регенерации сточных вод тонкосуконного предприятия АОЗТ «Фабрика им. Петра.Алексеева».

При разработке аванпроекта были решены вопросы секционирования мембранных аппаратов, технико-экономической оптимизация отдельных стадий очистки и технологической линии в целом, позволяющей повторно использовать около 95% сточных вод. очищенных до уровня, соответствующего требованиям производства. Расчетные потери воды составляют около 2 - 3 % (естественное испарение и пр). Отходом является влажный шлам, подлежащий утилизации, в расчете на сухой продукт 385 тонн/год. при 70% влажности около 1000 тонн/год. Аванпроект проект был обсужден в 1992 году на расширенном НТС с представителями ЦНИИ Шерсти и рекомендован к внедрению.

В шестой главе приведены алгоритм и описание компьютерной программы синтеза комплексных систем очистки (КСО) природных и регенерации сточных вод на основе

баромембранных процессов, а также вопросы организации производства водоочистительных комплексов для медицины и варианты их применения. Последовательность вопросов, решаемых при двухуровневой процедуре синтеза комплексных систем очистки на основе обобщения материала, приведенного в главах 15, иллюстрируется алгоритмом рис.20.

Исходными данными для синтеза технологической схемы являются результаты полного анализа поступающей на очистку воды в соответствии с протоколом СЭС, требуемые производительность, качество очистки и концентрации загрязнений в утилизируемых потоках.

При решении задачи первого уровня - топологии последовательность размещения в технологической схеме отдельных стадий очистки базируются на процедуре выбора ключевого компонента, допустимых для данной стадии его концентрациях в подаваемом потоке и эффективности стадии по целевому и сопутствующим компонентам. Осуществляемый в автоматическом или диалоговом режимах синтез схемы считается завершенным, если концентрации примесей в очищенном и утилизируемом потоках соответствуют требованиям. В базе данных обобщены нормативы качества воды, используемой в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и в быту.

Задача второго уровня, направленная на оптимизацию отдельных стадий очистки, основывается на приведенном в третьей главе методе ТЭО, адаптированном также и по отношению к традиционным процессам разделения. Подбор из каталога базы данных основного и вспомогательного оборудования, «фильтровальных» материалов и реагентов для каждой стадии очистки осуществляется в диалоговом режиме. Расчет оборудования традиционных стадий очистки основывается на стандартных методиках. Размещение оборудования каждой стадии очистки в соответствии со СНиП и опытом эксплуатации основывается на процедуре «производительность - компоновка -площадка обслуживания». Это позволяет на этапе оптимизации каждой стадии очистки учесть затраты на помещение. После расчета основного и вспомогательного оборудования всех стадий очистки осуществляется его компоновка в проектируемом или существующем помещении на основе компьютерной программы AUTO CAD.

Рис.20 Алгоритм синтеза комплексных систем очистки жидких технологических сред.

Ниже иллюстрируются варианты синтеза технологической схемы (рис.21) и размещения оборудования (рис.22) комплексной системы на примере очистки Днепровской воды в соответствии с требованиями :

- производительность : - общая - 900 м3/ч; - по технической воде- 380 м3/ч - по воде для котельной - 400 м3/ч; - по питьевой воде-120 м3/ч.

; АЬоЛ Данные Требования Псебср Схема Рзсчея Результаты Выкос. . .

Рис.21. Схема водоподготовки, синтезированная на основе компьютерной программы: 1-Предварительная очистка на решетках; 2- Очистка от взвешенных на механических фильтрах; 3- Обезжелезивание; 4- Микрофильтрация (фильтрующие элементы 5 мкм); 5- Теплообменник (конденсатор); 6- Деминерализация обратным осмосом; 7-, Стадия озонирования или ультрафиолетовой стерилизации.

Рис. 22. Размещение оборудования в цехе водоподготовки с "привязкой" к осям в соответствии с представленными кроками помещения.

На основе программного обеспечения синтеза КСО были разработаны и прошли все этапы валидации четыре модификации комплексов водоочистительных для подготовки "Воды очищенной" по ФС 42.2619-97 и "Воды для инъекций" по ФС 42.2620-97, производительностью 100 и 200-500 л/час.(рис.23 и 24).Комплексы выполнены по единой блок-схеме, включающей предварительную очистку (обезжеле-зивание, дехлорирование, микрофильтрацию), деминерализацию обратным осмосом, глубокое обессоливание ионным обменом и стерилизующую фильтрацию.

Рис.23. Комплекс КВ-0,075 ВО/ВИ-С, внедренный в МНТК "Микрохирургия глаза" (г. Москва)

Рис.24. Комплекс КВ-0,2ВО/ВИ-С внедренный в ООО « Аболмед» ( г. Видное)

"1 Рис.25. Комплекс КВ-0,2 -2 * ВО/ВИ производительностью 2 5 м3/час.( один из четырех, внед-/1 ренных на Московском уни-< тарном предприятии по

производству бактерийных ; препаратов).

Комплексы КВ-0.2 -(2-5) ВО производительностью от 2 до 5 м/час для получения воды, соответствующей уровню «Вода очищенная» успешно применяются в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Удельные затраты энергии на подготовку воды по сравнению с дистилляцией сокращены примерно в 30 раз, а затраты на эксплуатацию примерно 5- 7 раз при сопоставимых производительностях.

К настоящему времени внедрено 35 комплексов. Существенное внимание, уделенное стадии предварительной очистки, обеспечивает ресурс мембран более трех лет.

Основные выводы

1. Научно обоснована и внедрена методология разработки комплексных систем очистки (КСО) сочетающих традиционные и мембранные процессы разделения жидких технологических сред. Па основе методологии в соответствии с требованиями, обобщенными технико-экономическими и экологическими критериями, разработано и реализовано на IBM - совместимых компьютерах программное обеспечение синтеза КСО.

2. Обобщены теоретические и экспериментальные методы исследования характеристик пористости мембран, моделей переноса, кинетики и релаксационных явлений баромембранных процессов. Результаты обобщений представлены в виде определяющих параметров моделей переноса, критериальных уравнений массоотдачи и гидродинамики, а также соотношений времен релаксации внутренних и внешних по отношению к мембране и разделяемому раствору явлений.

3. Экспериментально обнаружена и теоретически обоснована в рамках релаксационного формализма вариация удельной производительности полиамидных мембран при диафильтрации водных растворов диальдегиддекстрана. Показано что причиной вариации являются циклические процессы формирования и распада агрегатов макромолекул на поверхности мембраны и в растворе. Адсорбция на поверхности ультрафильтрационных полиамидных мембран, подтвержденная электронными микрофотографиями, также имела место при регенерации растворов технических моющих средств и очистке глубоко обессоленной воды от микрочастиц, микроорганизмов и следов других примесей.

конструктивных особенностей мембранных аппаратов, уровня их структурной организации (секция - ступень - каскад) и распределения потоков в мембранной установке. На основе приведенного метода рассчитаны оптимальные режимы эксплуатации ряда мембранных установок и технологических линий, общие и удельные затраты, а также произведена сравнительная оценка эффективности мембранных аппаратов. Метод адаптирован также по отношению к традиционным процессам очистки жидких смесей.

5. С учетом приведенных выше теоретических положений разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами 11 конструкций мембранных аппаратов, на основе которых созданы ультра-и микрофильтрационные установки для электронной, медицинской, и др. отраслей промышленности. Определены оптимальные варианты сопряжения адсорбционного оборудования с ультра- и микрофильтрационными установками на финишной стадии технологической линии подготовки особо чистой воды. За работы по созданию мембранного оборудования для электронной промышленности автор в составе коллектива был отмечен премией Совета Министров СССР в 1989 году.

6. Разработаны, изготовлены, сертифицированы и внесены в Государственный реестр медицинских изделий Российской Федерации водоочистительные комплексы, обеспечивающие качество очистки водопроводной воды, соответствующее требованиям ФС-42.2619-97 "Вода очищенная" и ФС-42.2620-97 "Вода для инъекций". Организовано и лицензировано производство комплексов и осуществлено их внедрение на 27 медицинских и фармацевтических предприятиях, а также на 8 предприятиях пищевой и др. отраслей промышленности.

7. Разработана технология регенерации сточных вод красилыю - отделочных производств предприятий текстильной промышленности (подтвержденная ресурсными производственными испытаниями пилотной технологической линии, включающей многостадийную предподготовку и мембранную очистку, на АОЗТ Фабрика им. Петра Алексеева ) и на ее основе выполнен аванпроект цеха регенерации сточных вод производительностью 150 м3/час.

8. Разработана технология регенерации отработанных растворов технических моющих средств, на основе которой ПО «Техноприбор» (г. Нальчик) изготовил робото-технологический комплекс очистки моющих растворов от масляных загрязнений.

9. Подготовлены два учебных курса « Теоретические основы мембранного разделения жидких смесей» ( разделы ультра - и микрофильтрация ) и « Промышленное применение мембранных процессов». Эти курсы читаются автором по утвержденным учебным программам в течение 8 лет студентам РХ'ГУ им. Д.И. Менделеева специализации 25.18.02 "Мембранная технология". Издано учебное пособие. Апробирован и издан на испанском языке ( ротапринт 45 стр. ) в 1990 году в Гаванском институте им. Хосе Антонио Эчеверия курс лекций и и лабораторный практикум "Введение в мембранную технологию".

Основные результаты диссертации отражены в следующих печатных работах:

1. Орлов U.C., Шебанов С.М. Установка для определения размеров пор и методика расчета // Мембранная технология - новое направление науки и техники: Тез. докл. II Всесоюзн. конф. - Владимир, 1977. - С. 133-135.

2. Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С.. Шебанов С.Н. Расчет ультрафильтрационного фракционировния // "Мембранная технология", новое направление в науке и технике. Тез. докл. II Всесоюзн. конф. - Владимир. - 1977. - С. 332-335.

3. Ермолаев Е.Д., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Исследование полупроницаемое™ мембран на модельных смесях биополимеров // "Мембранная технология", новое направление в науке и технике, Тез. докл. II Всесоюзн. конф. - Владимир. - 1977, - С. 448-451.

4. Ермолаев Е.Д., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Сравнительная оценка размеров пор ультрафильтрационных мембран различными методами // "Методы получения и анализа биохимических препаратов", Тез. Докл. Научн. Конф.- .Олайне.-1977-C. 135-137.

5. Орлов Н.С. Исследование процесса ультрафильтрации на основе анализа пористой структуры мембран: Дисс....канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. - М., 1979. - 142 с.

6. Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И., Тарасова Т.А., Ханхунов Ю.М. К вопросу о технико-экономическом совершенствовании мембранных модулей // "Мембранная технология новое направление в науке и технике", Тез. докл. III Всесоюзн. конф. -Владимир. - 1981. - С. 448-451.

7. Тарасова Т.А. , Ханхунов Ю.М., Орлов U.C. Технико-экономический расчет процесса ультрафильтрации. // Тр. Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. -

1982.-Вып. 122.-С.138- 146.

8. Орлов Н.С. Исследование и оптимизация массообмена в ультрафильтрации. // Тр. Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. - 1982. - Вып. 122. - С.47 - 63.

9. Свитцов A.A., Орлов U.C., Кузнецов А.Е. Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. - М., 1983. - 40 с.

Ю.Тарасова Т.А.. Орлов U.C., Дытнерский Ю.И. Расчет коэффициентов маосоотдачи и массопроводности в процессе улырафильтрации //"Теория и оборудование для селективного разделения жидких сред с использованием полупроницаемых мембран". Тез.докл. Воесоюзного научно-технического семинара - Краснодар.-

1983,-С. 21-22.

11.Орлов U.C., Дытнерский Ю.И., Шашкова Л.В.О влиянии связанного слоя на перенос вещества через ультрафильтрационные мембраны/ГТеория и оборудование для селективного разделения жидких сред с использованием полупроницаемых мембран" Тез.докл. Воесоюзного научно-технического семинара - Краснодар.- 1983.- С. 65-66.

12. Орлов U.C., Дытнерский Ю.И., Тарасова Т.А. Расчет коэффициентов массоотдачи и массопроводности в процессе ультрафильтрации. //"Теория и оборудование для селективного разделения жидких сред с использованием полупроницаемых мембран". Тез. докл. Всесоюзного научно-технического семинара - Краснодар.-1983,-С. 86-88

13. Ханхунов Ю..М., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И., Тарасова Т.А. Технико-экономическая оптимизация мембранного разделения. //"Теория и оборудование для селективного разделения жидких сред с использованием полупроницаемых

мембран", Тез. докл. Всесоюзного научно-технического семинара - Краснодар. -1983.-С. 65-66.

14. Мамо И, Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Влияние акустических колебаний на процесс ультрафилътрации. // Тр. Рижск. Политехи, ин-та - 1984. - C.64-7I

15. Орлов Н.С. Графоаналитический метод расчета мембранного каскада // Тез. докл. Всесоюзн. конф. - Горький, 1985. - С. 183-185.

16. Оптимизация конструкций сорбционных колонок и диализаторов, разработка методов их испытаний: Отчет о НИР / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева; Руководители : Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С. - 20-12-85; Инв. № У001617. - М„

1985.- 165 с.

17. Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И., Шашкова A.B., Эвентов В.Л., Ланская И.М. Исследование массообменных характеристик некоторых гемодиализных мембран // Синтетические полимеры медицинского назначения: Седьмой Всесоюзный симпозиум. - Минск, 1985. - С. 175-177.

18. Орлов Н.С., Люкевич И.А., Бакунов В.А. Разработка и исследование диализаторов на полых волокнах из ацетатцеллюлозы // Синтетические полимеры медицинского назначения: Седьмой Всесоюзный симпозиум. - Минск ,1985. - С. 175-177.

19.0рлов Н.С. Некоторые кинетические и термодинамические аспекты ультрафильтрации биологически активных веществ // Тр. Рижск. Политехи, ин-та. -

1986. - С.91-108.

20. Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С., Тарасова Т.А., Кузнецова И.К. Расчет коэффициентов массоотдачи в ультрафильтрации. // Тез. докл. 1Y Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения. - Москва, 1987.-С.78-80.

21. Орлов Н.С. Расчет мембранного каскада // Химия и технология воды. - 1988. - Т.10 -С. 3-10.

22.Свитцов A.A., Орлов Н.С., Кузнецов А.Е., Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. - М., 1983. - 40 с.

23.Свитцов A.A., Орлов Н.С. Мембраны в различных отраслях науки и техники: В 2 ч. -М., 1988. - Ч. 2.: Состояние и перспективы мембранных технологий - 124 с.

24. Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С., Хулука Ильма Мамо. Интенсификация ультрафильтрации внешним акустическим полем // ЖПХ. - 1988. - №6. - С.1289-1294.

25.ШабалинН.Г.. Орлов Н.С. Влияние величины осмотического давления на проницаемость ультрафильтрационных мембран // "Состояние и развитие мембранной техники. " Тез. докл. Всесоюзн. научн. конф .- Краснодар.-1989.-С. 3334.

26. Шабалин Н.Г., Орлов Н.С. Очистка и концентрирование водных растворов желатина микро- и ультрафильтрацией // Химия и технология воды. -1989. - Т. 11, №9. - С. 843847.

27. Orlov N.S. Curso Tecnico-Practico de Conferencias Sobre ultra v microfiitration I. S.PJAE., Havana, Cuba, 1990.-45 p.

28. Орлов Н.С. Ультра- и микрофильтрация. Теоретические основы: Текст лекций. - М, 1990.- 174 с.

29. Orlov N.S., Kuznetsova I.К., Borodkin A.G. Comparison of different channel constructions and their efficiency in membrane cells.// Desalination. - 1991 .-v.81, №4, P.223-224

30. Софронова О-В.. Свиридов Е.Д., Ермолаев Е.Д.. Орлов Н.С. и др. Разработка процесса диафильтрации диальдегиддекстрана // Биотехнология. - 1990. - №3. - С. 6333.

31. Ермолаев С.В.. Орлов Н.С.. Расчет удельной производительности микро- и ультрафильтрационных момбран при наличии осадка на их поверхности // Хим. пром. 1991,-№8,- С. 508-510.

32.3ицманис А.Х., Веверис А.Я., Софронова О.В. Орлов Н.С. и др. Влияние надмолекулярной структуры полимерных носителей «Дексаль» и «Градекс» на биологическую активность при хранении // Биотехнология. - 1991. - №2. - С. 82-86.

33.Dytncrsky Yu.l., Orlov N.S. On the calculation of membrane working surface using masstransfer concepts // Journal of Membrane Science. - 1991. - V.58. - P. 139-146.

34.Dytnersky Yu.l., Orlov N.S. Investigation of ultrafiltration kinetics//Journal of Membrane Science. - 1991. - V.58. - P. 147-152.

35. Орлов H.C., Ухеев Г.Ж., Хамзин А.А., Гавриков B.H., Ханхунов IO.M. Разработка принципиальной технологической схемы регенерации водных растворов технических моющих средств// Хим. пром. - 1992. - №9. - С. 511-513

36. Тарасова Т. А., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Определение кинетических коэффициентов в процессе ультрафильтрации // ТОХТ. - 1992. - Т.26, №3. - С. 336346.

37. A.C. 1473159 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранная ячейка. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Шебанов С.М., Мороз В.А.

38. A.C. 967509 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Степанов В.В., Северин A.B.

39. A.C. 764196 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Жилин Ю.Н., Масленников П.Н., Мороз В.А.

40. A.C. 888345 СССР, МКИ В01 D13/00. Кассетный мембранный аппарат. Орлов Н.С., Еременко М.Г., Ханхунов Ю.М., Даниленко J1.B., Тарасова Т.А.

41. A.C. 1081860 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Мороз В.А., Семенов И.П.

42. A.C. 1149995 СССР, МКИ В01 D13/00. Способ изготовления мембранных элементов. Шаяхметов А.Ш., Орлов Н.С., Мороз В.А.

43.A.C. 1584198, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Шаяхметов А.Ш., Орлов U.C., Толмачев В.М., Титов А.Г.

44.А.С.1637105 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов U.C. и др.

45.A.C. 1775145 СССР. МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов U.C., Шаяхметов А.Ш.. Бородкин А.Г.

46. Пат. 1816230 РФ, МКИ В01 D63/08. Мембранный аппарат. Орлов U.C.

47. Пат 2001664 RU. МКИ В01 D63/00. Мембранный аппарат. Орлов U.C.

48. Орлов U.C. Жидкофазные мембранные системы для медицины, биотехнологии, пищевой и др. отраслей промышленности // Применение новейших мембранных технологий в промышленности и экологии. - М.. 1997. - С. 17-22.

49. Кузнецова И.К.. Орлов И.С.. Бородкин А.Г. Влияние сепараторов на эффективность массоотдачи в мембранных каналах //Химическая технология. - 2000. - №5. С.117-120.

50. Ермолаев C.B., Орлов U.C. Влияние осмотического давления, гелеобразования и коллимации пор на удельную производительность ультрафильтрационных мембран // ТОХТ (в печати)

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Орлов, Николай Савельевич

Введение.

Глава 1. Принципы организации комбинированных химико-технологических систем (Обзор литературы).

1.1. Анализ информации о начальных состояниях технологических потоков.

1.1.1. Характеристика источников водоснабжения. Классификация примесей, содержащихся в природных водах.

1.1.2. Характеристика сточных вод. Классификация примесей, содержащихся в сточных водах.

1.2. Анализ информации о конечных состояниях технологических потоков.

1.2.1.Водоподготовка. Требования к качеству питьевой воды.

1.2.2. Дополнительные гигиенические требования к качеству питьевой, частично деминерализованной воды.

1.2.3.Требования к воде, применяемой в пищевой промышленности.

1.2.4.Требования к воде, применяемой в теплоэнергетике.

1.2.5.Требования к воде, применяемой в медицине и биотехнологии.

1.2.6.Требования к воде, применяемой в электронной промышленности.

1.3. Анализ технологических схем баромембранных систем очистки.

1.3.1.Требования к качеству растворов, поступающих на стадию мембранного

разделения.

1.3^.Стабилизационная обработка воды реагентами.

1.3.3 .Схемы предварительной очистки.

1.3.4.Секционирование мембранных аппаратов.

1.4. Разработка мембранных аппаратов. Характерные тенденции.

1.4.1 .Оптимизация мембранных процессов на уровне объема аппарата.

1.4.2.Массоперенос в локальном объеме аппарата.

1.4.3 .Внешняя задача массопереноса в напорных каналах.

1.4.4.Полупроницаемые мембраны. Краткая характеристика.

1.4.5.Модели переноса компонентов раствора через мембрану.

1.4.6.Выводы из литераткрного обзора. Обоснование задач экспериментального и теоретического исследования.

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Описание опытных установок и методик исследований структуры мембран.

2.1.1. Описание работы установки "Поромер".

2.1.2. Методика исследования структуры мембран.

2.2. Описание опытных установок и методик исследования массоотдачи и гидродинамики в напорных и дренажных каналах.

2.2.1. Лабораторный стенд для исследования гидродинамики и массоотдачи.

2.2.2. Описание конструкции плоскокамерного модуля.

2.3. Расчетные и экспериментальные методики.

2.3.1.Определение коэффициента массоотдачи электродиффузионным методом.

2.3.2. Определение коэффициента массоотдачи и массопроводности в процессе ультрафильтрации белковых растворов.

2.3.3. Косвенный метод исследования концентрационной поляризации.

2.4. Установка дефектоскопии мембранных модулей.

2.5. Объекты исследования.

2.6. Физико-химические и инструментальные методы анализа.

Глава 3. Анализ лимитирующих стадий и способов интенсификации баромембранных процессов.

3.1. Прогнозирование задерживающей способности мембран.

3.1.1. Анализ методов исследования задерживающей способности мембран.

3.1.2. Осцилляция капиллярного мениска в порах мембраны.

3.1.3. Осцилляция частиц в порах мембраны.

3.1.4. Визуализация агрегации и адсорбции растворенного вещества на мембране.

3.2. Внешний массоперенос в локальном объеме мембранного аппарата.

3.2.1. Динамика формирования диффузионного пограничного слоя у поверхности мембраны.

3.2.2. Кинетика адсорбции и агрегации растворенного вещества на поверхности мембраны.

3.2.3. Расчет осмотического давления.

3.3. Кинетика баромембранных процессов в объеме аппарата.

3.4. Технологический расчет мембранного каскада.

3.5. Структура ступени мембранного каскада.

3.6. Технико-экономическая оптимизация баромембранных процессов.

Глава 4. Обобщение опыта разработки и применения баромембранных процессов в технологиях подготовки особо чистых сред.

4.1. Подготовка особо чистой воды для микроэлектроники.

4.1.1. Разработка конструкций ультра- и микрофильтрационных мембранных аппаратов.

4.1.2. Анализ эффективности применения ультра- и микрофильтрации на финишной стадии очистки воды.

4.2. Оптимизация конструкции массообменника с мембранами в виде полых волокон.

4.2.1. Исследование структуры потоков в массообменниках с мембранами в виде полых волокон.

4.2.2. Разработка и испытания массообменника.

4.3. Разработка мембранного оборудования для очистки и концентрирования растворов биологически активных веществ.

Глава 5. Разработка и производственные испытания комплексных систем регенерации сточных вод.

5.1. Разработка принципиальной технологической схемы регенерации водных растворов технических моющих средств.

5.2. Предложения по модернизации технологической схемы очистки сточных вод Улан-Удэнского тонкосуконного комбината.

5.2.1. Обобщение результатов испытаний пилотной установки ультрафильтрации УМТ-18 на Улан-Уденском тонкосуконном комбинате.

5.2.2. Подготовка исходных данных для проектирования мембранного оборудования большой единичной мощности.

5.2.3. Секционирование и технико-экономическая оптимизация ультрафильтрационного мембранного каскада.

5.3. Разработка технологии регенерации сточных вод Московской фабрики им.Петра Алексеева.

5.3.1. Анализ организации производства полотна, потребления химических реагентов, водопотребления и водоотведения фабрики им.Петра Алексеева.

5.3.2. Описание технологической схемы пилотной ультрафильтрационной установки УФ-3 и анализ результатов исследований.

5.3.3. Разработка, изготовление и испытание в производственных условиях пилотной технологической линии очистки сточных вод.

Глава 6. Синтез комплексных систем очистки жидких технологических сред.

6.1. Разработка алгоритма синтеза комплексных систем очистки.

6.2. Описание компьютерной программы синтеза комплексных систем очистки.

6.3. Пример разработки аванпроекта цеха водоподготовки на основе компьютерной программы.

6.4. Организация производства комплексов водоочистительных для подготовки апирогенной воды.

Введение 2000 год, диссертация по химической технологии, Орлов, Николай Савельевич

Актуальность темы. Опыт высокоразвитых зарубежных стран свидетельствует о том, что при решении проблемы обеспечения высокого качества выпускаемых изделий, продуктов и полупродуктов основная роль отводится методам подготовки особо чистых технологических сред.

Для очистки жидких технологических сред в последние два десятилетия успешно применяются мембранные процессы (МП) - микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ), обратный осмос (00), а также диализ (Д), электродиализ (ЭД) и мембранная дистилляция (МД).

Основные этапы развития мембранной технологии в нашей стране и за рубежом можно проиллюстрировать следующей блок-схемой. мембраны аппараты установки технологические линии

В отношении первых трех компонентов данной схемы следует отметить, что к настоящему времени сложился устойчивый рынок со сбалансированным предложением и спросом. Рядом организаций (НПО Полимерсинтез, НПО Химволокно, ПО Электроника) был освоен выпуск мембран, мембранных элементов, аппаратов, т.е. в целом создана элементная база и на ее основе организовано производство мембранных установок (ПО Электроника, Тамбовский завод Комсомолец и др.).

Этому способствовал значительный вклад в организацию теоретических и прикладных исследований пионеров в области отечественной мембранной технологии Ю.И. Дытнерского, Н.В. Чураева, Ф.Н. Карелина, В.П. Дубяги, Л.П. Перепечкина, И.О. Начинкина и многих других исследователей, а также заимствование зарубежного опыта.

Следует отметить, что в последние годы вследствие высокой эффективности, малой энергоемкости и относительной простоты аппаратурного оформления мелкосерийное производство мембранного оборудования освоено рядом отраслевых и коммерческих структур и интенсивно развивается.

Вместе с тем применение мембранных установок без эффективной предварительной очистки растворов и стремление интенсифицировать процесс мембранного разделения сопровождается рядом негативных явлений - быстро снижаются производительность и селективность мембран и сокращается срок их службы.

Поэтому в последние годы сложилось понимание того, что для увеличения ресурса мембран необходимо создание комплексных систем очистки с высокой степенью интеграции различных методов разделения.

Данный вопрос приобретает особую актуальность при получении особо чистых технологических сред в электронике, медицине, биотехнологии, пищевой и др. отраслях промышленности, а также при решении проблемы регенерации сточных вод.

Обобщая опыт применения мембранных процессов в рассмотренных отраслях промышленности следует отметить, что при решении проблемы получения особо чистых технологических сред в первую очередь руководствовались требованиями производства - "технологической ниши", а вопросы очистки сбрасываемых в системы водоотведения сточных вод вследствие их незначительных объемов отодвигались на второй план.

В 80-е годы, в связи с обострением экологической обстановки, для ряда отраслей промышленности стала актуальной проблема разработки крупнотоннажных систем регенерации сточных вод.

При разработке таких систем наряду с обеспечением высокого качества очистки было необходимо решать вопросы достижения высоких степеней концентрирования вредных примесей с целью их дальнейшей утилизации за счет сопряжения различных процессов. Целенаправленный синтез таких систем возможен лишь на основе углубленного анализа не только отдельных процессов, но и их совокупности.

Результатом такого анализа является методология, обобщающая комплекс необходимых теоретических, исследовательских, технологических и прикладных вопросов разработки и применения в различных отраслях промышленности комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов.

Цель работы. Формирование теоретического подхода - методологии, обобщающей комплекс мероприятий, необходимых и достаточных для разработки и применения комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов.

Математическое моделирование, расчет и проектирование комплексных систем очистки с привлечением компьютерных программ .

Разработка технологии и оборудования, направленных на решение проблемы получения особо чистых технологических сред и регенерации сточных вод

Поставленная цель была реализована за счет решения следующих задач:

- разработки методов диагностики характеристик пористости мембран и дефектоскопии мембран и модулей;

- обоснования режимов эксплуатации мембранного оборудования на основе исследования кинетики мембранных процессов;

- разработки метода расчета осмотического давления макромолекулярных растворов.

- разработки конструкций мембранных аппаратов с учетом специфических особенностей конкретных сфер применения

- обобщения различных схем соединения аппаратов в последовательности -аппарат - секция - ступень - каскад с целью обеспечения заданных степеней разделения компонентов раствора;

- разработки графо-аналитического метода инженерного расчета мембранных систем большой единичной мощности - мембранных каскадов;

- разработки метода технико-экономического расчета баромембранных процессов и обоснования выбора "щадящих" режимов их эксплуатации;

- обоснования принципа устойчивости комбинированных систем очистки к внешним воздействиям за счет сопряжения традиционных и мембранных методов разделения;

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующих положениях, следствиях и обобщениях.

Обоснована методология разработки комплексных систем очистки (КСО) сочетающих традиционные и мембранные процессы разделения жидких технологических сред. Разработано и реализовано на IBM - совместимых компьютерах программное обеспечение синтеза КСО.

Практическое значение работы. Результаты НИР и ОКР, включающие методику исследования характеристик пористости мембран, конструкции мембранных аппаратов для микро- и ультрафильтрации, а также метод технико-экономического расчета, определяющий выбор режимов эксплуатации мембранного оборудования, были использованы НИИ Полупроводникового машиностроения (г. Воронеж) при разработке типового ряда мембранного оборудования, применяемого на финишной стадии получения особо чистой воды, используемой в производстве изделий электронной техники. Экономический эффект от внедрения микро- и ультрафилырационного оборудования на предприятиях отрасли составил за три года эксплуатации около 20 млн. руб. (в ценах 1987г.) и 1,8 млн. долларов за счет отказа от закупок аналогичного оборудования за рубежом.

Разработана технология регенерации сточных вод красильно - отделочных производств предприятий текстильной промышленности (подтвержденная ресурсными производственными испытаниями пилотной технологической линии, включающей многостадийную предподготовку и мембранную очистку, на АОЗТ " Фабрика им. Петра Алексеева ) и на ее основе выполнен аванпроект цеха регенерации сточных вод о производительностью 150 м /час.

Разработана технология регенерации отработанных растворов технических моющих средств на основе которой ПО «Техноприбор» (г. Нальчик) изготовил Ь робото-технологический комплекс очистки моющих растворов от масляных загрязнений.

На основе метериалов диссертационной работы подготовлены два учебных курса и изданы два учебных пособия.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на:

- II Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей (г. Владимир,

- апрель 1977 г.);

-II Всесоюзной конференции по методам получения и анализа биохимических препаратов (г. Олайне, октябрь 1977 г.);

- III Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей (г.Владимир, октябрь 1981 г.);

- Седьмом Всесоюзном симпозиуме «Синтетические полимеры медицинского назначения» (г. Минск, 1985 г.);

- Всесоюзной конференции «Контроль и управление биотехнологическими процессами» (г. Горький, 1985 г.);

- Всероссийской научной конференции «Мембраны-98»(г.Москва,1998 г.).

- Оборудование экспонировалось на выставках: РХТУ народному хозяйству, ЭКВАТЕКС-96 и ЭКВАТЕКС-98.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 печатных работ в том числе 9 авторских свидетельств и 2 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав основного содержания, выводов, списка литературы, насчитывающего 249 библиографических ссылок, 12 приложений. Она изложена на 405 страницах печатного текста, включающего 185 рисунков и 51 таблицу.

Заключение диссертация на тему "Методология разработки комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов"

Основные выводы

1. Научно обоснована и внедрена методология разработки комплексных систем очистки (КСО) сочетающих традиционные и мембранные процессы разделения жидких технологических сред. На основе методологии в соответствии с требованиями, обобщенными технико-экономическими и экологическими критериями, разработано и реализовано на IBM - совместимых компьютерах программное обеспечение синтеза КСО.

4. Разработан метод технико-экономической оптимизации баромембранных процессов, основанный на результатах решения задачи сопряженных внешнего и внутреннего массопереноса, анализе поведения зависимости удельной производительности мембран от рабочего давления и гидродинамических условий, а также учете конструктивных особенностей мембранных аппаратов, уровня их структурной организации (секция - ступень - каскад) и распределения потоков в мембранной установке. На основе приведенного метода рассчитаны оптимальные режимы эксплуатации ряда мембранных установок и технологических линий, общие и удельные затраты, а также произведена сравнительная оценка эффективности мембранных аппаратов. Метод адаптирован также по отношению к традиционным процессам очистки жидких смесей.

5. С учетом приведенных выше теоретическх положений разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами 11 конструкций мембранных аппаратов, на основе которых созданы ультра- и микрофильтрационные установки для электронной, медицинской, и др. отраслей промышленности. Определены оптимальные варианты сопряжения адсорбционного оборудования с ультра- и микрофильтрационными установками на финишной стадии технологической линии подготовки особо чистой воды. За работы по созданию мембранного оборудования для электронной промышленности автор в составе коллектива был отмечен премией Совета Министров СССР в 1989 году.

6. Разработаны, изготовлены, сертифицированы и внесенны в Государственный реестр медицинских изделий Российской Федераци водоочистительные комплексы, обеспечивающие качество чистки водопроводной воды, соответствующее требованиям ФС-42.2619-97 "Вода очищенная" и ФС-42.2620-97 "Вода для инъекций". Организовано и лицензировано производство комплексов и осуществлено их внедрение на 27 медицинских и фармацевтических предприятиях, а также на 8 предприятиях пищевой и др. отраслей промышленности.

7. Разработана технология регенерации сточных вод красильно - отделочных производств предприятий текстильной промышленности (подтвержденная ресурсными производственными испытаниями пилотной технологической линии, включающей многостадийную предподготовку и мембранную очистку, на АОЗТ " Фабрика им. Петра Алексеева" ) и на ее основе выполнен аванпроект цеха регенерации сточных вод производительностью 150 м3/ час.

9. Подготовлены два учебных курса « Теоретические основы мембранного разделения жидких смесей» (разделы ультра - и микрофильтрация ) и Промышленное применение мембранных процессов». Эти курсы читаются автором по утвержденным учебным программам в течение 8 лет студентам РХТУ им. Д.И. Менделеева специализации 25.18.02 "Мембранная технология". Издано учебное пособие. Апробирован и издан на испанском языке (ротапринт 45 стр. ) в 1990 году в Гаванском институте им. Хосе Антонио Эчеверия курс лекций и лабораторный практикум "Введение в мембранную технологию."

Библиография Орлов, Николай Савельевич, диссертация по теме Мембраны и мембранная технология

1. Эткинс П., Порядок и беспорядок в природе. М., 1978. - 223 с.

2. Шеннон К., Работы по теории информации и кибернетике. М.: Иностр. Лит., 1963. -829 с.

3. Винер Н., Кибернетика или управление и связь в животном и машине. М.: Советское радио, 1968. - 326 с.

4. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Системный анализ процессов химической технологии-М.: Наука, 1976. 499 с.

5. Налетов А.Ю., Принципы создания ресурсосберегающих экологически целесообразных технологических схем : Дис. . докт. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева.-М., 1993. 449.

6. Дигуров И.Г., Китайнер А.Г., Налетов А.Ю., Скудин В.В., Проектирование и расчет аппаратов технологии горючих ископаемых. М., 1993. - 288 с.

7. Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский A.M., Шевченко М.А., Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: В 2 т. Киев, 1980. - Т. 1-2. - 1206 с.

8. Пааль Л.Л., Кару Я.Я., Мельдер Х.А. и др., Справочник по очистке природных и сточных вод. М., 1994. - 335 с.

9. Беличенко Ю.П., Гордеев Л.С., Комиссаров Ю.А., Замкнутые системы водообеспечения химических производств. М., 1996. - 272 с.

10. Химическая энциклопедия: В 5 т. М., 1988. - Т.1. - 623 с.

11. П.Алексеев Л.С., Гладков В.А., Улучшение качества мягких вод. М., 1994. - 152 с.

12. Кастальский А.А., Проектирование установок для химического обессоливания воды. Изд. 2-е, перераб. и дополн. - М., 1964. - 210 с.

13. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В., Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справ. М., 1990. - 254 с.

14. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы.- М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996.—111 с.

15. Руководство по контролю качества питьевой воды. Рекомендации.- ВОЗ.- Женева, 1994. Т. 1.-255с.

16. Фомин Г.С. Вода. Контроль химический, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Справочник./ Под ред. С.А. Подлепы -М.,1992 392с.

17. Ф.Берне, Ж.Кордонье. Водоочистка. Под ред. И.А.Роздина, Е.И.Хабаровой. М., 1997. -288 с.

18. Л.М.Блянкман, В.Г.Пономарев, Н.Л.Смирнова. Очистка фильтрующих материалов. Изд. 2-е, перераб. М., 1992. - 144 с.

19. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев., 1968.- 128 с.

20. Кудряшов В.Л., Устинников В.А., Проблемы и перспективы внедрения мембранной технологии в пищевой промышленности.//Пищевая и перерабатывающая промышленность. 1985. - №3. - С. 25-28

21. ТИ 10-5031536-73-90. Технологическая инструкция по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков.

22. МУ-78-113. Медицинские иммунобиологические препараты. Приготовление, хранение и распределение воды очищенной и воды для инъекций: Методические рекомендации. М., 1998. -32 с.

23. ОСТ 11029.003 80. Изделия электронной техники. Вода, применяемая в производстве. Марки, технические требования, методы очистки и контроля.

24. Сверхчистая вода для электронной промышленности: Сборник докладов. -Сусатроник Инж. АГ, 1986. 102 с.

25. Дытнерский Ю.И., Мембранные процессы разделения жидких смесей. М., 1975. -228 с.

26. Дытнерский Ю.И., Обратный осмос и удьтрафильтрация. М., 1978. - 351 с.

27. Дытнерский Ю.И., Баромембранные процесы. М., 1986. 272 с.

28. Технологические процессы с применением мембран / Под ред. Лейси Р. и Леэба С. -М., 1981.-232 с.

29. Хванг С.Т., Каммермейер К., Мембранные процессы разделения. М., 1981. - 463 с.

30. Дубяга В.П., Перепечкин Л.П., Каталевский Е.Е., Полимерные мембраны. М., 1981. - 232 с.

31. Начинкин О.И., Полимерные микрофильтры. М., 1985. - 216 с.

32. Брок Т., Мембранная фильтрация. М., 1987. - 462 с.

33. Брык М.Т., ЦапюкЕ.А., Ультрафильтрация. Киев., 1989. - 288 с.

34. Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. М., 1988. - 206 с.

35. Таубенест Р., Юберзакс X., Применение сверхчистой воды в производстве полупроводников: Препринт фирмы «Крист». Швейцария, 1978.

36. Cleasby J.L., Approaches to filtrability index for granular filters, Journ. AWWA, 1969, Y.61, p.362.

37. ASTM Committees on Electronics Standard Method of Test for Silting Index of Fluids of Processing Electron and Microelectric Devices, 1973.

38. Channabasappa K.C., Status of Reverse Osmosis. Desalination Technology, Desalination, 1975, 17, p.31.

39. Matsumura T. Et al., Consideration of filtration mechanism in retreatment process of sea water desalination by reerse osmosis, Desalination, 1980, 32, N1/3, p.93-101.

40. Dupont de Nemours and Co., Determination of Silt Density Index, Technical Bulletin, 1977, N491.

41. Маквард К., Коллоидный индекс как дополнительный параметр для определения содержания неионогеных веществ в воде // Химия и технология воды. -1982.4,№4.-с.326-329.

42. Dupont de Nemours and Co., Determination of Fouling Index, Technical Bulletin, 1976, N491.

43. Карелин Ф.Н., Николадзе Г.И., Ташемев K.M., Методы оценки загрязненности взвешенными и коллоидными веществами воды, поступающей на обратноосмотические установки // Тр. Моск. хим. -технол. ин-та им. Д.И. Менделеева. 1982. - Вып. 122. - С.117-124

44. Heyden W., Seawater desalination by RO plants design, performance, data, operation and maintenunce, Desalination, 1985, 52, p. 197-199.

45. Van Dijk J.C., De Moel P.J., Van Den Berkmortel. Optimizing Design and Cost of SeawaterRO Systems //Desalination. 1984. -52. - C. 57-73

46. Rossum J.R., Merrill D.T., An evalution of the calcium carbonate saturation indexes, J. Amer. Water Works Ass., 1983, N2, p.95-100.

47. JohnsonK, S. Contact stabilization of potential calcium carbonate scale by rhodochrosite// DesaUnation. 1983. - V. 48. -N I. - pp. 17 - 23.

48. Пат. N 53-28265 (Япония) кл. 13(7)Д42 (В01Й13/00).

49. Пат. N 3589998, США, кл. 210-23

50. Клячко В.А., Апельцин Н.Э., Очистка природных вод. М., 1971. - 580 с.

51. Киреев В.А., Краткий курс физической химии. М., 1969. - 638 с.

52. Кирьян Б.В., Федоренко В.И., Сушинская Т.В., Стабилизация воды для последующей деминерализации методом обратного осмоса // Химия и технология воды. 1992. -14, №9. - С. 700-706.

53. Veza J.M., Gotor A. Gomes, Castillo J. Perez, Desalination. 1992. - 85. - P. 147-159

54. Громогласов A.A., Копылов A.C., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты. М., 1990. - 272 с.

55. Первов А.Г. Разработка и внедрение мембранной технологии в области водоподготовки Дис.докт. техн. наук / НИИ ВОДГЕО М.,1997, -504 с.

56. Кочергин Н.В., Полянская Н.Б. Выбор оптимальной схемы обратноосмотической установки // Тр. Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. 1982. - Вып. 122. -С. 134-138.

57. Кочаров Р.Г., Карцев Е.В. Сравнительный анализ эффективности двухступенчатых схем обратного осмоса и ультрафильтрации с рециркуляцией и без рециркуляции потоков // Тр. Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. 1982. - Вып. 122. - С. 82-90.

58. Kagramanov G.G., Nazarov V.V., Dytnerskyi Yu.I., Lukin E.S., Development of ceramic membranes coated by A1203, Si02, Ti02 and Zr02 for micro-, ultra- and nanofiltration, Proc. of Int. Symp. "New Werkstotte in Bayern", Erlangen-Munchen, 1994, p.374-376.

59. Смирнов B.A., Шибаева А.Ф., Микосьянц C.B., Термодинамические расчеты основных процессов в энерго-химико-технологических системах: Учеб. пособие. -М., 1988.-68 с.

60. Sonin А.А., Isaacson M.S.Optimization of Fljw Design in Forced Flow Electrochemical Sustems, With Special Application to Electrodialisis // Ind. Eng. Chem., Process Design. Dev. 1974. -V. 13, №3, - P. 241-248.

61. Орлов Н.С., Исследование и оптимизация массообмена в ультрафильтрации // Тр. Моск. хим.-технол. ин-та им. Д.И. Менделеева. 1982.-Вып.122. - С. 47-63.

62. Тарасова Т.А., Ханхунов Ю.М., Орлов Н.С. Технико-экономический расчет процесса ультрафильтрации // Тр. Моск. хим.-технол. ин-та им. Д.И. Менделеева. -1982. -Вып. 122.-С. 138-146

63. Буевич Ю.А., Ясников Т.П., Релаксационные методы в исследованиях процессов переноса // ИФЖ. 1983. - Т. 44, №3. - С. 489-504.

64. Балданов М.М., Танганов Б.Б., Электропроводность водных растворов слабых кислот // Докл. АН СССР. 1988. - Т. 299,№4. - С. 899-904.

65. Балданов М.М., Танганов Б.Б., Мохосоев М.В., Электропроводность растворов и кинетическое уравнение Больцмана // Журн. Физ. хим. 1990. - Т. 64,№1. - С. 88-94.

66. Лайтфут Э., Явления переноса в живых системах. М., 1977. - 520 с.

67. Ротинян Л.А., Тихонов К.И., Шошина И.А., Теоретическая электрохимия. Л., 1981. - 467 с.

68. Лыков А.В., Тепломассообмен. М., 1978. - 480 с.

69. Емцев Б.Т., Техническая гидромеханика. М., 1978. - 463 с.

70. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача. М., 1982. - 696 с.

71. Гебхарт, Джалурия И., Махаджан Р., Салимакия Б., Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен: В 2т. М., 1991. - Т. 1-2.

72. Berman A.S., Laminar flow in a channels with porous walls, J. Appl. Phys., 1953, vol.24, N9, p. 1232-1235.

73. Sellars J.R., Laminar flow in channels with porous walls of high suction Reynolds numbers, J. Appl. Phys., 1955, vol.26, N4, p. 489-490.

74. Morduchow M., On laminar flow through a channel or tube with injection: Application of method of averages, Quart. Appl. Math., vol.14, N4, p.361-368.

75. Terril R.M., Laminar flow in a uniformly porous surfaces, Proc. Roy. Soc., London A, 1959, vol.234, N1199, p.456-475.

76. Robinson W.A., The existence of multiple solutions for the laminar flow i a uniformly porous channel with suction at both walls, J. Eng. Math., 1976, vol.10, N1, p.23-40.

77. Terril R.M., Shrestha G.M., Laminar flow through parallel and uniformly porous walls of different permeability, Zeifschr. angew. Mafh. und Phys., 1965, Bd.16, N4, s.470-482.

78. Shrestha G.M., Terril R.M., Laminar flow with large injection through parallel and uniformly porous walls of different permeability, Quart. J. Mech. and Appl. Math., 1968, vol.21, N4, p.413-432.

79. Дебрюж JI.JI., Хэн Л.С., Решение задачи о теплообмене в канале с пористой стенкой применительно к охлаждению лопаток турбин, Теплопередача, т.94, №4, с.54-60.

80. Kozinski А.А., Lightfoot E.N., Ultrafiltration of proteins in stagnation flow, J. Amer. Inst, of Chem. Eng., 1971, vol.17, N1, p.81-85.

81. Варапаев B.H., Ягодкин В.И, Об устойчивости течения в канале с проницаемыми стенками, Изв. АН СССР, МЖГ, 1969, №5, с.91-95.

82. Курильская Н.А., Свириденко АА., Ягодкн В.Н, О течении в начальных участках каналов с проницаемыми стенками, Изв. АН СССР, МЖК, 1976, №5, с.43-48.

83. Cage K.S., Reid W.H., The stability of thermally stratified plane Poisenille flow., J. Fluid Mech., 1968, vol.33, pt.l, p.21-32.

84. Chandra K., Instability of fluids heated from below, Proc. Roy. Soc., 1966, vol.9, p.31-37.

85. Doshi M. R., Boundary layer removal in Ultrafiltration, Environmental Sciences Division The Institute of Paper Chemistry Appleton, 1976 -P 231-246.

86. Lonadale H.K., The growth of reverse osmosis: mechanisms, membranes and applications // J. Membrane Sci. 1982. - V. 10, №2/3. - P. 81-181.

87. Lonadale H.K., The evolution of ultrathin synthetic membranes // J. Membrane Sci. 1987. - V. 33, №2. - P. 121-136.

88. Кочкодан B.M., Мембраны на основе полиэтилентерефталатных ядерных фильтров с химически модифицированной поверхностью: Автореф. дис. . канд. хим. наук. -Киев, 1987.- 16 с.

89. Strathman Н., Development of new membranes // Desalination. 1980. - V. 35, №1/3. - P. 39-58.

90. Brannot M., Peppas M.A. Transport phenomeha in polimers. Recent advances on prediction of asymetric membrane morphology // Polym. News. 1986. - V. 12, №1. - P. 17-19.

91. Sudak R.C., McKeem E., Low pressure composite membranes // Ibid. 1977. - V. 22, №1/3.-P. 235-242.

92. Nocdegraaf D.A., Smolders С.A., Preparation and properties of a charghed membranes // Ibid. 1982. - V. 41, №3. - P. 249-261.

93. Nomura H., Seno M., Takahashi H., Yamabe Т., Reverse osmosis by composite charged membranes // Ibid. 1979. -V. 29, №3. - P. 239-246.

94. Pusch W., Walch A., Synthetic membranes: state of the art // Desalination. 1980. - V. 35, №1/3.-P. 5-20.

95. Wijmans Ed. J. G., Synthetic membranes. Amsterdam, 1984. - 219 p.

96. Strathman H., Коек K., Amar P., Bacer R.W., The formation mechanisms of asymmetric membranes // Desalination. 1975. - V. 16, №2. - P. 179-203.

97. Hindler A.B., Epetein A.C., Measurements and control in RO desalination // Ibid. 1986. -V. 59, №1/3. -P. 343-380.

98. Богданов А.П., Салдадзе K.M., Получение полупроницаемых мембран и оценка их свойств // Пластич. Массы. 1980. -№11. - С. 49-50.

99. Nilsen W.K., Kristensen S., The prospect of water removal by hiperfiltration using thin composite membranes // Desalination. 1982. - V. 41, №3. - P. 277-289.

100. Флеров Т.Н., Барашенков B.C., Практическое применение пучка тяжелых ионов // Успехи физических наук. 1974. - Вып. 2. - Т. 10. - С. 351-372.

101. Флеров Г.Н., Синтез сверхтяжелых элементов и применение ядерной физики в смежных областях // Весн. АН СССР. 1984. - №4. - С. 35-44.

102. Асадчиков В.Е. и др., Определение геометрических параметров трековых мемьран методом рентгеновской контактной микроскопии.//:Тез. докл. Всероссийск. научн. конф Мембраны 98 - Москва, 1973. - С 130.

103. Мороз В.А., Разработка и аппаратурное оформление технологической схемы получения особо чистой воды для электроники на основе мембранных методов: Дис. . канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева.-М.,1985. 192 с.

104. А.С. №1661167 СССР, МКИ С 04 В 38/00, 1991, Способ изготовления керамических фильтрующих элементов, Веричев Е.Н., Оналейчук Л.С., Фарсиянц С.Ю., Терпугов Г.В. и др.

105. Каграманов Г.Г., Овсяников А.С., Дытнерский Ю.И., Разработка керамических микро- и ультрафильтрационных мембран, Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, Сер. «Машиносроение», 1992, №4, с.25-30.

106. Пат. 2040371, РФ, МКИ В22 F7/04. Способ изготовления фильтровального материала, Трусов Л.И., Лаповк В.Н., Новиков В.И.108. № 2040371 Заявка 3726730 ФРГ, МКИ В 01 D 13/04, В 01 D 13/00, 1987, Получение углеродных мембран, Soffer A., Rosen D., Koresh J.

107. Golub D., Soffer A., The increase of the permeability of the carbon membrane upon stretching: a molecular sieve effect, Israel Atom. Energy Comm., Tel-Aviv, 1989, p. 124126.

108. Дытнерский Ю.И., Кочаров Р.Г., Мосешвили Г.А, Терпугов Г.В., Очистка сточных вод и обработка водных растворов с помощью динамических мембран // Химич. пром-сть. 1975. - №7. - С. 503-507.

109. Tanny G.B., Dynamic membranes in ultrafiltration and reverse osmosis // Separ. Purif. Meth. 1978. V. 7, №2. - P. 183-220.

110. Кульский Л.А., Духин C.C., Князькова T.B., Коллоидно-химические представления о механизме формирования порового слоя динамических мембран // Химия и технология воды. 1985. - Т. 6, №1. - С. 3-12.

111. Цапюк Е.А., Бадеха В.П., Кучерук Д.Д., Современные представления о кинетике образования динамических мембран // Химия и технология воды. 1980. - Т. 2, №3. -С. 224-229.

112. Духин С.С., Жарких Н.И., Модель динамической мембраны с равнодоступной поверхностью // Химия и технология воды. 1987. - Т. 9, №2. - С. 107-111.

113. Antoniou S., Springer J., Dynamic polyacrylamide membranes in reverse osmosis // Desalination. 1980. - V. 32, №1/3. - P. 47-55.

114. Старов B.M., Горбатюк В.И., Послойное формирование динамических мембран // Химия и технология воды. 1983. - Т. 5, №5. - С. 387-391.

115. Свынко В.И., Князькова Т.В., Кульский JI.A., Свойства осадков, формирующихся при мембранном фильтровании гумусосодержащих вод // Химия и технология воды. 1987. - Т. 9, №2. - С. 126-130.

116. Горбатюк В.И., Старов В.М., Условия образования динамической мембраны // Химия и технология воды. 1984. - Т. 6, №5. - С. 387-389.

117. Жарких Н.И., Духин С.С., Формирование динамической мембраны в процессе гелеобразования // Химия и технология воды. 1987. - Т. 9, №1. - С. 16-19.

118. Айткулиев К., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Влияние укрепляющих структуру воды добавок на селективность обратноосмотических мембран // Коллоидн. журн. 1984. -Т. 46,№5. -С. 1047-1048.

119. Kedem О., Katchalsky A., Thermodynamic analysis of the permeability of biological membranes to non-electrolytes // Biochim. Biophys Acta/ 1958. - V/ 25, №2. - P. 229246.

120. Pusch W., Efficiency off synthetic membranes in comparison with biological membranes // Desalination. 1987. -V. 62, №1/3. -P. 5-18.

121. Kedem O., Katchalsky A., A physical interpretation of the phenomenological coefficient of membrane permeability // J. Gen. Physiol. 1961. - V. 45, №1. -P. 145-179.

122. Spiegler K.S., Kedem O., Thermodynamics of hyperfiltration (reverse osmosis):criteria for efficient membranes // Desalination. 1956. - V. 1, №3. - P. 311-326.

123. Jonsson J., Overview of theories for water and solute transport in UF/RO membranes // Ibid. 1980. -V. 35, №1/3. - P. 21-38.

124. Pusch W., Measurements techniques of transport through membranes // Ibid. 1986. -V. 59, №1/3.-P. 105-198.

125. Свитцов A.A., Орлов H.C., Кузнецов A.E., Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. М., 1983. - 40 с.

126. Свитцов А.А., Орлов Н.С., Мембраны в различных отраслях науки и техники: В 2 ч. М., 1988. - Ч. 2.: Состояние и перспективы мембранных технологий - 124 с.

127. Черкасов А. Н. и др., О влиянии соотношения размеров частицы и поры на селективность мембран. // Коллоидный журнал . 1978. - Т. XL, №6. - С. 1155-1160.

128. Derjaguin B.V., Churaev N.V., Martynov C.A., Theory of the reverse osmosis separation of solutions using fine-porous membranes // J. Colloid Interfase Sci. 1980. -V. 75, №2.-P. 419-434.

129. Jonsson J., Boesen C.E., Water and solute transport through CA membranes // Desalination. 1975. - V. 17, №2. - P. 146-165.

130. Дорохов B.M., Мартынов Г.А., Старов B.M., Чураев Н.В., Обоснование выбора расчетной модели обратноосмотической мембраны // Коллоидн. Журн. 1984. - Т. 46, №2. - С. 238-246.

131. Jonsson J., Molecular weight curves for ultrafiltration membranes // Desalination. -1985.-V. 53, №1/3. -P.3-10.

132. Pucsh W., Determination of transport parameters of synthetic membranes by hyperfiltration experiments. Pt. 1 // Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1977. -V. 81, №3. - P. 269-276.

133. Jonsson J., The influence of the porous sublayer on the salt rejection properties and reflection coefficient of asymmetric CA membranes // Desalination. 1980. - V. 34, №1/3. -P. 141-154.

134. Jonsson J., Concentration profiles and retention-flux curves for composite membranes in reverse osmosis // J. Membrane Sci. 1983. - V. 14, №3. - P. 211-224.

135. Jonsson J., Dresner L., Kraus K.A., Hiperfiltration // Principles of Desalination. New York: Plenum Press. - 1966. -P. 348-360.

136. Meares P., On the mechanism of desalination by reversed osmosis cellulose acetate membranes // European Polumer Journal. 1960. - №2. - P. 241-245.

137. Belford J., A molecular friction model for transport of un charged solutes in neutral hyperfiltration and ultrafiltration membranes // Desalination. 1976. - V. 18, №3. - P. 259-281.

138. Hoffer E., Kedem O., Hyperfiltration in charged membranes: the fixed charge model // Desalination. 1967. - V. 2, №1. - P. 25-39.

139. Derjaguin B.V., Churaev N.V., Structure of boundary layers of liquids and its influence on the mass transfer in fine pores // Progr. in Surf. And Membrane Sci. -1981.-№14.-P. 69-130.

140. Paul D.R., The solution-diffusion model swollen membranes // Separation and purification methods. 1976. - №5. - P. 33-50.

141. Resting R.E., Synthetic polymeric membranes. N.Y., 1971. - 308p.

142. Glimenins R., Microfiltration State of the art // Desalination. - 1985. - V.53, №1/3. -P. 363-372.

143. Michaels A.S., Ultrafiltration: an adolescent technology // Chem. Technol. 1981. -№1. -P.36-45.

144. Strathman H., Membrane separation process // J. Membrane Sci . 1981. - V.9, №1/2. -P. 121-189.

145. Strathman H., Chmiel H., Membranen in der Verfahrenstechnik // Chem. Ind. Technol. 1985. - B. 57, №7. - S. 581-596.

146. Porter M.G., Selecting of the right membranes // Chem. Eng. Progr. 1975. - V. 71, №1. - P. 55-60.

147. Pusch W., Mosca G., Influence of pressure and/or pressure differential on membrane permeability // Desalination. 1978. - V.24, №1/3. - P. 39-59.

148. Sourirajan S., The science of reverse osmosis mechanisms, membranes and applications // Pure and Apl. Chem. 1978. - V.50, №7. - P. 593-604

149. Дерягин Б.В., Чураев H.B., Зорин 3.M., Структура и свойства граничных слоев воды //Изв. АН СССР Сер. Химич. 1982. - №8. - С.1698-1710.

150. Чураев Н.В., О механизме обратноосмотического разделения растворов электролитов // Коллоидн. журн. 1985. - Т. 57, №1 С. 112-119.

151. Антонченко В.Я., Ильин В.В., Маковский Н.Н., Молекулярно-статистические свойства воды вблизи поверхности // Коллоидн. журн. 1988. - Т. 50, №6. - С. 10431051.

152. Духин С.С., Ярощук А.Э., Нерастворяющий объем и диэлектрические свойства связанной воды // Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем: сборник. Киев, 1985. - №17. - С. 19-26.

153. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М., Поверхностные силы. М, 1985. - 399 с.

154. Духин С.С., Гаевский А.Ю., Ярощук А.Э., Обратный осмос, нерастворяющий объем, химический потенциал иона // Химия и технология воды. 1984. - Т.6, №4. -С. 291-304.

155. Манк В.В., Оценка количества связанной воды в дисперсных системах по данным ЯМР // Коллоидн. журн. 1984. - Т. 46, №5. - С.1029-1032.

156. Брык М.Т., Атаманенко И.Д., Исследование структуры обратноосмотических ацетатцеллюлозных мембран сорбционным методом // Коллоидн. журн. 1986. - Т. 48, №2. - С.334-338.

157. Лукавый Л.С., Дытнерский Ю.И., Синяк Ю.Е., Влияние давления на проницаемость и селективность обратноосмотических мембран // Теор. основы химич. технологии. 1970. - Т.4, №5. - С. 763-767.

158. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М., термодинамика и строение водных оболочек ионов.-Л., 1976.-328 с.

159. Эрден-Груз Т., Явления переноса в водных растворах. М, 1976. - 595 с.

160. Качаров Р.Г., Основы технологического расчёта мембранных аппаратов для разделения жидких смесей, Тр. Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева, 1982, Вып. 122, с.39-46.

161. Старов В.М., Чураев Н.В., К теории мембранного разделения растворов неэлектролитов // Теоретич. основы химич. технологии. 1980. - Т. 14, №4. - С. 509514.

162. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Мартынов Г.А., Старов В.М., Теория разделения растворов методом обратного осмоса // Химия и технология воды. 1981. - Т. 3, №2. -С. 99-105.

163. Старов В.М., Чураев Н.В. Общее решение задачи течения раствора через обратноосмотическую мембрану // Коллоидный журнал. 1988. - Т. 50, №3. - С. 527-534.

164. Soltanieh М., Gill W. Review of reverse osmosis membranes and transport models // Chem. Eng. Commun. 1981. - №12. - P. 279-363.

165. Волгин В.Д. О причине зависимости скорости фильтрации жидкостей через полимерные мембраны от направления потока // Теор. основы химич. технологии. -1975. Т. 9, №5. - С. 790-794.

166. Дмитриев Е.А., Исследование явления концентрационной поляризации и его учёт в процессах разделения растворов обратным осмосом, Дис. к.т.н., М., 1980, 179с.

167. Тарарышкин Н.В., Внешний массоперенос в процессе обратного осмоса при ламинарном течении в плоских каналах, Дис. к.т.н., МХТИ им. Д.И. Менделеева, М., 1995, 152с.

168. Кем В.А., Массопередача в плоских каналах с селективнопроницаемымистенками, применительно к процессу газоразделения: Дис.канд. техн. наук / Моск.хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева, М.,1989, 222 с.

169. Кастро Арияно Хосе Хавьер., Массобмен при обтекании проницаемого горизонтального цилиндра: Дисс.канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1992, 191с.

170. Орлов Н.С. Исследование процесса ультрафильтрации на основе анализа пористой структуры мембран: Дисс.канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1979. - 142 с.

171. Орлов Н.С., Шебанов С.М. Установка для определения размеров пор и методика расчета // Мембранная технология новое направление науки и техники: Тез. докл. II Всесоюзн. конф. - Владимир., 1977. - С. 133-135.

172. Шабалин Н.Г. Разработка процесса очистки желатиновых фотоэмульсий на основе микро- и ультрафильтрации: Дисс.канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1990. - 203 с.

173. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. М., 1947. - 552 с.

174. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М., 1974. - 416 с.

175. Орлов Н.С. Ультра и микрофильтрация. Теоретические основы: Текст лекций. -М., 1990. 174 с.

176. Жуков И.И. Электрокинетические свойства капиллярных систем: Монографический сборник. Л., 1956. - 352 с.

177. Софронова О.В. Разработка процесса ультрафильтрации полисахаридов и белков на основе их взаимодействия с мембраной: Дисс.канд. техн. наук / Моск. технол. ин-т пищ.пром. М., 1990. - 156 с.

178. Софронова О.В., Свиридов Е.Д., Ермолаев Е.Д., Орлов Н.С. и др. Разработка процесса диафильтрации диальдегиддекстрана // Биотехнология. 1980. - №3. - С. 6333.

179. Зицманис А.Х., Веверис А .Я., Софронова О.В, Орлов Н.С. и др. Влияние надмолекулярной структуры полимерных носителей «Дексаль» и «Градекс» на биологическую активность при хранении // Биотехнология. 1991. - №2. - С. 82-86.

180. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М., 1989. - 464 с.

181. Eriksson P. Nanofiltration extends the range of membrane filtration // Environ. Progr. -1988.-V. 7, №1.-P. 58-62.

182. Jitsuhara I., Kimura S., Rejection of inorganic salts by charged ultrafiltration membranes made of sulfonated polysulfone // J. Chem. Eng. Jap. 1983. - V. 16, №5. - P. 394-399.

183. Mockley M.C. A charged ultrafiltration membrane process for water softening // WSIA Journal.- 1985.-V.1,№1.-P. 1-13.

184. Brattacharryya D., Shelton S., Grives R.B. Charged membrane ultrafiltration of multisalt systems: applications to acid mine waters // Separ. Sci Technol. 1979. - V.14, №3.-P. 193-208.

185. Mattson M.E., Lew M. Recent advances in reverse osmosis and electrodyalysis membrane desalting technology // Desalination. 1982. - V. 40, №1. - P. 1-24.

186. Ермолаев C.B., Орлов Н.С. Влияние осмотического давления, гелеобразования и коллимации пор на удельную производительность ультрафильтрационных мембран // ТОХТ (в печати)

187. Reihaniam Н., Robertson C.R., Michaels A.S. Mechanisms of polarisation and fouling of ultrafiltration membranes with proteins // J. Membrane Sci. 1983. - V. 16, №1/3. - P. 237-258.

188. Fene A.D., Fell C.J.D., Waters A.G. Ultrafiltration of protein solution through partially permeable membranes // Ibid. 1983. - V. 16, №1/3. - P. 221-224.

189. Howell J.A., Velicangil О. Protein ultrafiltration: theory of membrane fouling and its treatment with immobilised protesses // Polym. Sci. Technol. 1980. - V.13, №2. - P. 217230.

190. Gekas V., Hallstrom В., Tragardh G. Food and dairy application of ultrafiltration // Desalination. 1985.-V. 53, №1.-P. 95-127.

191. Bayser H., Chimiel H., Stoh H., Walitsa E. Control of concentration polarisation and fouling of membranes in medical, food and biotechnology // J. Membrane Sci. 1986. - V. 27, №2.-P. 195-202.

192. Idol W.K., Anderson J.L. Effects of adsorbed polyelectrolytes on convective flow and diffusion in porous membranes // J. Membrane Sci. 1986. - V. 28, №3. - P. 269-286.

193. Шабалин Н.Г., Орлов H.C. Очистка и концентрирование водных растворов желатина микро- и ультрафильтрацией // Химия и технология воды. 1989. - Т.11, №9. - С. 843-847.

194. Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. -М., 1964.-719 с.

195. Тарасова Т.А., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Определение кинетических коэффициентов в процессе ультрафильтрации // ТОХТ. 1992. - Т.26, №3. - С. 336346.

196. Тарасова Т. А. Разработка метода расчета ультрафильтрации на основе коэффициентов массоотдачи: Дисс.канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1985.- 160 с.

197. Sourirajan S. The science of reverse osmosis mechanisms, membranes transport and application // Pure Appl. Chem. - 1978. - V.50, № 7. - P. 5936-5943.

198. Hsich F.H., Matsura Т., Sourirajan S. Reverse osmosis of polyethylen glycols in dilute aqueous solutions using porous cellulose acetate membranes // J. Appl. Polym. Sci. 1979. - V.23, №2. - P. 561-573.

199. Куртина Н.Н. Влияние потока электролита на кинетику электродных реакций, осложненных химической стадией: Дисс.канд. хим. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1970. - 145 с.

200. Ханхунов Ю.М. Влияние гидродинамических факторов на процесс ультрафильтрации: Дисс.канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1984. - 153 с.

201. Kuroda О., Takahashi S., Nomura М. Characteristics of flow and mass transfer rate in an electrodialyzer compartment including spacer // Desalination. 1983. - V. 46 - P. 225232.

202. Zhong X.W., Zhang W.R., Hu Z.Y., Li H.C. Effect of characterizations of spacer in electrodialysis cells on mass transfer // Desalination 1983. - V. 46. - P. 243-252.

203. Blass Eckhart. Geometrische und stromungstechische Untersuchungen an Drahtgeweben // Chemie-Ing.-Techn. 1964. - №7. - S. 747-758.

204. Кускова T.B. Развитие течения в плоском канале .- Научный отчет, 99 ЗА., М., 1978 -57с.

205. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: Учебник для студ. высш.техн.учебн.заведений. 4 е изд.,-М, 1976-888 с.

206. Джозеф Д., Устойчивость движения жидкости.: Пер с англ./ Под ред. Петрова Г.И.-М.:Мир, 1981.-63 8с.

207. Ильма Мамо Хулука : Дисс.канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1985- 118 с.

208. Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С., Хулука Ильма Мамо. Интенсификация ультрафильтрации внешним акустическим полем // ЖПХ. 1988. - №6. - С. 1289-1294.

209. Орлов Н.С. Графоаналитический метод расчета мембранного каскада // Тез. докл. Всесоюзн. конф. Горький., 1985. - С. 183-185.

210. Орлов Н.С. Расчет мембранного каскада // Химия и технология воды. 1988. -Т.10-С. 3-10.

211. Dytnersky Yu.I., Orlov N.S. On the calculation of membrane working surface using mass-transfer concepts // Journal of Membrane Science. -1991. V.58. - P. 139-146.

212. Dytnersky Yu.I., Orlov N.S. Investigation of ultrafiltration kinetics // Journal of Membrane Science. 1991. - V.58. - P. 147-152.

213. Гребенюк Д.Г., Мазо А.А. Обессоливание воды ионитами. М., 1980. - 254 с.

214. Шаяхметов А.Ш., Исследование процесса и разработка технологических схем получения особо чистой воды с применением метода обратного осмоса : Дис. . канд. техн. наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1978. - 134 с.

215. А.С. 1473159 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранная ячейка. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Шебанов С.М., Мороз В.А.

216. А.С. 967509 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Степанов В.В., Северин А.В.

217. А.С. 764196 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Жилин Ю.Н., Масленников П.Н., Мороз В.А.

218. А.С. 888345 СССР, МКИ В01 D13/00. Кассетный мембранный аппарат. Орлов Н.С., Еременко М.Г., Хамхунов Ю.М., Даниленко JI.B., Тарасова Т.А.

219. А.С. 1081860 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Мороз В.А., Семенов И.П.

220. А.С. 1149995 СССР, МКИ В01 D13/00. Способ изготовления мембранных элементов. Шаяхметов А.Ш., Орлов Н.С., Мороз В.А.

221. А.С. 1584198, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Шаяхметов А.Ш., Орлов Н.С., Толкачев В.М., Титов А.Г.

222. А.С.1637105 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С. и др.

223. А.С. 1775145 СССР, МКИ В01 D13/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С., Шаяхметов А.Ш., Бородкин А.Г.

224. Пат. 1816230 РФ, МКИ ВО 1 D63/08. Мембранный аппарат. Орлов Н.С.

225. Пат 2001664 RU, МКИ В01 D63/00. Мембранный аппарат. Орлов Н.С.

226. Оптимизация конструкций сорбционных колонок и диализаторов, разработка методов их испытаний: Отчет о НИР / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева; Руководители Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С. 20-12-85; Инв. № У001617. - М., 1985.-165 с.

227. Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И., Шашкова А.В.и др. Исследование массообменных характеристик некоторых гемодиализных мембран // Синтетические полимеры медицинского назначения: Седьмой Всесоюзный симпозиум. Минск , 1985.-С. 175-177.

228. Орлов Н.С., Люкевич И.А., Бакунов В.А. Разработка и исследование диализаторов на полых волокнах из ацетатцеллюлозы // Синтетические полимеры медицинского назначения: Седьмой Всесоюзный симпозиум. Минск, 1985. - С. 175-177.

229. Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С., Шебанов С.Н. Расчет ультрафильтрационного фракционировния // "Мембранная технология", новое направление в науке и технике, Тез. докл. II Всесоюзн. конф. Владимир. - 1977. - С. 332-335.

230. Ермолаев Е.Д., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Исследование полупроницаемости мембран на модельных смесях биополимеров // "Мембранная технология", новое направление в науке и технике, Тез. докл. II Всесоюзн. конф. Владимир - 1977. - С. 448-451.

231. Ермолаев Е.Д. Исследование и разработка ультрафильтрации в технологии биохимических препаратов: Дисс.канд. техн. наук / Рижск. политехи, ин-т. Рига.,1979.-243 с.

232. Орлов Н.С. Некоторые кинетические и термодинамические аспекты ультрафильтрации биологически активных веществ // Тр. Рижск. Политехи, ин-та. -1986. С.91-108.

233. Дорохов В.М., Мартынов Г. А., Старов В.М., Чураев Н.В. Теория обратноосмотического разделения растворов электролитов // Коллоидн. журн. -1984.-Т. 46, №6.-С. 1068-1093.

234. Ермолаев С.В. Влияние осадкообразования и каллимации пор напроизводительность ультра- и микрофильтрационных мембран: Дисс.канд. техн.наук / Моск. хим.-технол. ин-т им. Д.И. Менделеева. М., 1994. - 122 с.

235. Беспятнов Г.К., Кротов Ю.А. Преджельно-допустимые концентрации веществ в окружающей среде: Справочник. Л.: 1985 - 528 с.

236. Макаров В.М., Беличенко Ю.П., Галустов B.C., Чуфаровский А.И. Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях. М., 1988. -265 с.

237. Пушкарев В.В., Южанинов А.Г. Очистка маслосодержащих сточных вод. М.,1980.- 198 с.

238. Орлов Н.С., Ухеев Г.Ж., Хамзин А.А., Гавриков В.Н., Ханхунов Ю.М. Разработка принципиальной технологической схемы регенерации водных растворов технических моющих средств // Хим. пром. 1992. - №9. - С. 511-513.

239. Очистка сточных вод красильно-отделочных производств предприятий текстильной промышленности: Сборник научных трудов ЦНИИ шерстяной промышленности. М., 1979. - 241 с.

240. Хантургаев Г. А. Модульный принцип построения гибких замкнутых водоочистных систем для промышленных предприятий в бассейне озера Байкал Автореф. дис. докт. техн. наук. -М., 1997, 32 с.

241. Мигалатий Е.В.Разработка и применение баромембранных процессов в технологиях очистки природных и сточных вод: Автореф. дис. . докт. техн. наук. -Екатеринбург. 1999, -34 с.

242. Терпугов Г.В. Разработка процессов очистки сточных вод и технологических жидкостей с использованием мембранной технологии: Автореф. дис. . докт. техн. наук.-М., 1999, -34 с.

243. Орлов Н.С. Жидкофазные мембранные системы для медицины, биотехнологии, пищевой и др. отраслей промышленности // Применение новейших мембранных технологий в промышленности и экологии. М., 1997. - С. 17-22.

244. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию .Под ред. Ю.И. Дытнерского М., 1983. - 272 с.

245. Кузнецова И.К., Орлов Н.С., Бородкин А.Г. Влияние сепараторов на эффективность массоотдачи в мембранных каналах //Химическая технология. 2000. - №5, С.117-120.

246. Дытнерский Ю.И., Орлов Н.С., Тарасова Т.А., Кузнецова И.К. Расчет коэффициентов массоотдачи в ультрафильтрации. // Тез. докладов IY Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения. Москва, 1987.-С.78-80.

247. Orlov N.S., Kuznetsova I.K., Borodkin A.G. Comparison of different channel constructions and their efficiency in membrane cells.// Desalination. 1991.-v.81, №4, P.223-224384

Похожие работы

Химическая технология
05.17.00