автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка процессов разделения электролитов на основе метода мембранной дистилляции

^ а

^ ХАРКШСЬКИЙ П0Л1ТЕХШЧНИЙ 1НСТИТУТ

На правах рукопису

КОЗЛОВ ВОЛОДИМИР ОЛЕКС1ЙОВИЧ

РОЗРОБКА ПРОЦЕС1В РОЗД1ЛЕННЯ

ЕЛЕКТРОЛ1Т1В НА П1ДСТАВ1 МЕТОДУ МЕМБРАНН01 ДИСТИЛЯЦИ'

05.17.08 —Процеси 1 апарати х1м!чно1 технологи

Автореферат дисертацн на здобуття наукового ступени кандидата техшчних наук

х а р к 1 в —

1993

Робота виконана на кафедр! загально! та неорган1чно1 х1мП Харк1вського пол^техшчного Лнституту.

Науков1 кер1вники:

— доктор техн!чних наук, акаделик А1Н УкраГни Товажнян-ський Леошд Леошдович;

— доктор техн[чних наук, професор Кутовий Вячеслав Васильович.

Провщна установа: — УкраГнський науково-досл1дний та конструкгорський шститут Х1м1чного машинобудування, м. Харк1в.

Офщ1йн1 опоненти:

— доктор х1м1чних наук, професор Безуглий Василь Данилович;

— кандидат техн!чних наук, зав. лаборатор1ею Коробанов Володимир Миколайович.

Захист дисертацП В1дбудеться ,, " ^__1993 р.

о ^ г. на зас1Данн1 спец,1ал130ваноТ вченоТ ради К 068.39.03 в Харк1вському пол!техн!чному Шститут! (310002, м. Харкав, ГСП, вул. Фрунзе, 21).

3 дисертащею можна ознайомитись в б1бл!отец! Харк1всь-кого пол1техн1чного институту.

Автореферат роз1слано . р { " _1993 року.

Вчений секретар спещал13овано1 вченоТ ради

ЯКИМЬНКО

- 3 -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность теми. Досягнення у га луз i мембранологН та сум1жних фундаментальная дисциплин, зокрема, розроблення за останн: десять рокгв промислових технолог i£i ряду новик ггдрофобних ¡.икропористих мембран поклали початок 1птенсивнии Д0СЛ1Дженням в облаетi вшюсно нового процесу мембракно! технолог i i - мембранно? дистиляц i ! (МД). Ефективн1еть та практична значушдсть цього процесу зуыовлювться його високов розд!ляючоп MosnHBlcTD, що значно перевищуе таку у зворотноосмотичному роэд1ленн1. Особливим фактором, но звертае увагу досл1дник1в на МД, с момивгеть реал1задН процесу при в}дносио невисоких температурах та тиску, цо дозволяв використовувати дешевi дтерела ниэькопотенц!йноГ енергН та эастосовувати компактне обладнання • з недорогих полшерних матер!ал1в. Все це обумовлюе перспективнгсть застосування даного методу для виршування таких проблем, як отримання -пктно!, нодчкетот; та aniporeHHOi води, води для 'паровик котлгв, знесолювання i концентрування розчии1в та Деяких irarast.

Не дивлячись на число пу&пкац!й, яке эб1льшует£ся а даного предмету, ц^лий ряд питань, пов'язанйх з к!льк1снш описом механизму трансмембрайного масопереносу, а такоя з Heo6xiflHtcT£> обл1ку та оц1нки ступеня значущосг! р!эяих фактор1в, ' визначають продуши йнгсть i селектиЕШсть процесу, залишаеться каловивченим або недостатньо розроблениц. практично в рекокендацН з виробу варганту процесу або апаратурно-технолопчного оформления поди масть протир1чкий i часто В1дкритий характер. Все. це йказус на те, цо нов! досл(дяення особливостей процесу мембраяно! дистиляц!I е ахтуаяъними t «Зудуть сприяти його подальш!Й omr.uinaitt i, 1нтейспф1нац{ I та практична peani&autf.

Мета та задачу роботн. Мета рсботц - досл1дконня явиц переносу при МД-роэдглекш водних розчшлз pfSnux електролгт}в, вкзначення фактор1в, впливасчик на еф=ктивн!сть процесу та створення методики його розрахунку.

В1дпов1дно до мети робота визначапться задач! дося1д®зиня: 1. Теоретичне досл1дхеняя механ!зму трансыембрййного масо- t

теялопереносу в умов ах мларовування через гхдрофойн: мэыйрани.

3. (¡творения баз и даних 1 програыно-алгоритм1Чного ¡забезпечення сЗлоку розрахунку фхзико-х1М1Чних властивостей електролшпник систем.

3. Троретичне вивчення впливу поперечного потоку пермеату на параметри тепло- I масоо<5мшу.

4." Розройка математично! модел1 та анал1тачне досл1дкенкя процесу.

3. Експериментальне дослгдкення мем<5ранног дистшшШ в умовах апарату з «¡шапкою.I модуля проточного типу.

6. Оцшка параметрIв модел! I факторгв, що впливавть на ефэктивн!сть процесу.

ч,7, Вивчення впливу типу I геометричних параметр 1 в мембран на характеристики процесу.

8. Вивчення ефеючв, пов'язаних з концентрацхйноа I температурной поляризаЩею.

9, Досл1дкення особливостей мемйранко-дистиляц! йкого роад!лення розчин1в, обидва компоненти якиХ е летними речовинами.

10. Проведения ышробувань' э очистки талШаотких вгдходгв ьвройництзза ыонекрцсталгв, опргсиенна морсько! води I когщеятруванкя розчншв паьнну методом меыйраннох дистиляцг I для вазначевия можливост1 реал1зац1I процесу в промисловому масштаб.

Наукова новвзуа, Задропонований новий наш веши ричний метод " розрахунку одя!е! з кайвгшгквшж характеристик процесу МД -коефЩ1енту трансмэыбраякого ыасопереносу, який не розглядався ран1ше. Д&ний ыэтод покладений в основу математично! ыодел1, ышорястаяо! дяя прогнооування процесу Щ в ргзких умовах. •Адекватность математично! модел! шдтверджена аадов!льним зб4гом навивIв розрахункових 1 експериментальних даних. Встановлена шшша1сть значно! 1нтенсиф1кац1\ процесу МД шляхом оптимального вшЗору Ндродинам1чного та теплового реяимгв. Вперше обгрунтовано та екопериментально гпдтверджено вплив поперечного потоку пермеату на характеристики перена у.

- Практична цшнзсть. Практична • значущ*сть роботи полягае

- г> -

в 1пдтвердкенщ доц1лыюст) проиислово! peantaauil пронесу i pospodut ВИК1ДНИК дании та рекокендаЩЯ по його проектуванню. Результат прикладных досл!дяень показують, що даний метол дозволяе ■: робити очистку риких тал!йм1стких в№сд1в виробшщтва монокристал í в до сан i тарко-допустккях норм, при мшгмальгпй попереднШ гпдгоговцг отримувати is морсько! зодя деюн!зовану воду марки Б, а також виройляти rímtíoK© яояцеитрування тершласЗ^льних розчишв tiamtky при biähocho низьких температурах, виключаочи тим самим терм!чний роз клад продукту. Робочий 1нтервал температур процесу сйладае 50^70% до гпдвищуе еф9ктавн1сть його використання при нале, ноет i дадрел дешево! низькопотета ально! енерги.

Автор.робота виносить до вакксту: -фiсиоду та штемагичну модел! тепло- i маеопереносу при мем<5ракй1й дкетият, i í;

-результата теоретячнях та експершентальяих даелгрдень впливу регдаших та $i3HKo-xiMi4HMx параметрiв на офектпвн1сть прсцесу;

-результата промнелового ьпровадкення методу подо очистка р i дких талШмг'ткнх в i вход i в виробництва мо попристал t в, огримування ггитао! води ii морсько í в ексгремаяьних умоваХ та концентрування термсшасП льних розчин1в TiawtHy;

-методику розрахукку пронесу та. коефЩгсяту прояякност! мембрани;

--конструкц! d мембранного модуля.

Апробацхя робота. Питания, що розглянут} в дисертаиг ?¡ допов1далкся на наукових конференциях XTTÍ протягоц Í33Í;-ÍS93

pokíb.

Публ ткан/г У. За темою дисертацП опубл1:совая1 В праць.

Об'в и робота. Дясортац!йна робота складаеться 1з вступу, чотирьох глав, заклнчяння -та додатку. Впкладева на 163 стор. машинописного тексту, який иíстать 43 мэлшпея, 7 таблниь. Б1<5л10граф1Я «¿стать 141 ' прадю р.!тчизняких та aapyrtiSintx авторгв.

- 6 -ЗЫ1СТ робота

Л1тературний огляд.

В оглядI поданий 31ставник анал!з р1аник експериментальних методик дослгдження та алгоритм:в розрахушав процесу МД. тишв I властивостей застосованних мембран, а також кола задач, для внршення яких пропонуеться даний метод роздшення.

Докяадно розглянуто пропонован1 механюми трансмембранного масо- I теплопереносу, вплив морфалог¡чних характеристик мембран ка ■црацеа випаровування. Обговорен! практична рекоыендацг г з реал1зац11 та ¡нтенсиф1Кацг I МД, вибору варганту процесу й конкретного типу апарата. {Назначений ¿х несистематичний I протир^чний характер.

Показано, що- наявшсть розргзнеш» I значно розб!жних експериментальних даних не дозволяе створити модель, придатну для опису процесу МД" в широкому штервал1 змши параметр ¿в, що стримуе розробку методу в прошгелових масштабах.

На основI аиал1зу експериментальних даних визначене коло невир1шених питань процесу 1 сформульована мета роботи.

Математичие модулрьання процесу контактно! момбпаняо! дистиляц!1.

В основ! процесу МД покладена эдатшсть м1кропористих мёмбран бути нероншшиыи для незмочуючих IX рIдких систем I одночасно пропускать пари леткого компоненту. В загальноыу вяпадку проникиий пар (пермеаг) випаровуеться з поверхнг мея1ск1в гарячого розчину, дифундуе через поровий прост¡р мембраны I конденсуеться на поверхш ментскхв холодного розчину (мал. 13. При цьому рукавча сила процесу обумовлена чаявнютю граД1енту тиску пар¡в леткого компоненту, що приводить до сл1дусчого виразу для опису величини потоку пермеату:

3 = С ДР, (1)

де С - коеф1Ц!ент трансиембранного масопереносу СпроншиистьЗ, кг/мг'С-Па.

Переходячи до об'емних температур аоток1в вихгдного розчину I пермеату

3 = С ТРС СТ{ - Г С2) Коеф1ц1ент температурке!

поляризат I

ТРС = 1 /С1 + К / Ю

Ш

сзэ

визначае доли аагалшо! рухаючо! сили пронесу (Т? - Т ), в,о приходить на забезпечення ¿стинно! ру-хаючо1 сили масоперэносу СГГТра) Ефективний коефШгснт теплопоредач! мембрани К характеризуя сумгений тегтообм! н в мембран!

К = Л. + к .

(4)

Коеф1Ц1СНти теплопередачг парогазово£ сумШ1 I полимерно! матриц! мембрани визначавться як

к = J АН / АТ

т »

к = X / <5

С 5) (65

Мал. 1. ПрофШ. температуря га тиску в кембраги.

Загальний ксефПиент теплопер-здачг систеш зв'язаний з коёфщгентами теплопередач1 до I в1д псверхн! мембрани

1/К = I/а, + 1/а . '1)

< р

Внасл! док температурно! поляркэац, \ г величина 7{п I Грт

можуть значно Е1др1знятися 31д в(дпов1диих об'емаих температур Т{ 1 Г . Експериментальне визначення <Зезпосередя!х значень Т{в

1 Г достатньо важке, а в деяких випадках Снапрнкпад,

рпт

порожнистоволокошп мемерани) практично неможлиье.

Нами показано, що температуря на поверхн! мембрани могуть бути розрахован! в залехност1 В1Д режимяих паракетр!в, а такоя коёфщ1ента температурно! поляризац!!:

Ч п

а,Г. + а (Г + ТРССГ, г I в р_£_

а, + а ' Р

С9)

аТ + а (Г - TFCCT. - Г )) г и -Е-Е-Í—Í-Í-Е---(95

S" «, + а,

,г 'Я практичних розраиункзв коефщ!ента проникност i мемйрани i аагального ксефщ1снта теплопередач! системи експеримеиталып дан i з проникност i меморани при АТЬ ¿ 10К апроксимувалкся

р1внянням виду у « ах + в, де у = СТ( - Tp)/JA#v, х íAdP/dn,

а = С,< + Ь 1/СШ С) i в = 1/К.

О V

За граф:ком у = /Сх), побудоваким аа експериыентальними даники для конкретних умов, К i С визначаоться в1Дпов1Дно аа точкоо перетяну прямо! а в}ссю ординат í кута нахилу i! до oci айсцис.

При иЬжливост! достатньо точного визначення рекикив руку потокiз Бихгдного роэчину i перыеату коефхцгенти а{ i ap

розраховувться оа критер1альниш р1ьнянняш. Задов1льнмй 3dtr эначень загального кое$1ц!ента теплопередача, обчисленого d (7) i ввзначеного граф1чно, р доказом адекватност1 моделi i надíPkogtí експеримелтальних даних.

Лнал1з наших i лтратурких експериментальних результатiв локаоуе очевидность впяяьу поперечного потоку пермеату на параметра тепло- i насооо'мшу. Внлив поперечнкх iíotokíb пом{рно1 íKTfeHcitBuOCTt outHDCKS ва допоюго» параметра проникност! позерхн!

Ь = J / (0.5 cf0-p ы (10)

де 0.3 с{д - 1.320 / Ее 0'8- безрозьйрний коефШент тертя.

У випадку ЕИС0К01 штенеивност! иасопереносу стуШнь ышиву потоку пермеату характеризуемо спгввтдношенкян

V'KSLh/Stho =SLd/Stdo, (11)

де St - теплове i дифуэ!йне числа Стактона, _ отчислен i е допуаенш

вгдсуткосгг поперечного потоку. Параметр проникност! в дакому випадку вигшачаетьсл як

Ъ = >/ / Ср ы, Э. С12)

' 0

Граф1чна залей хоть ^ = /СМ дозволяв визначити величину у/ з розрахованого параметру проникност! поверхнх. Дал1, за вгдомим значениям,' розраховуем Ни г сх{.

Перважний перенос розчинника . через мембрану обумовлюе зростання концентрацп розчинено! речовини на Н поверхнI. Дане явите характеризуемся величиной коеф!щента кондентрацгйно! поляризац!I:

СРС = с[п / с, = ехрС J / (ЗЭ, С13)

де (3 = 0 / 6 - кое$1Ц1Бнт зворотн-»одифуз1йного масоперносу розчинено! речовини В1д мембрани в об'ем потоку.

Експериментальие дослМв.ення процесу г оценка параметр!в иатематичног модел!.

Досл1Дження проводились на мембранах "ВЛАДИПОР" типу МФФ I МКЖ, основги влacтивocтi яких представлен! в табл. 1.

Таблиця 1.

Геометричн1 характеристики мембран ВЛАДИПОР.

Парка мембрани Розм1р затримуваних частинок, ыкм Поруватхсть Коеф1ц!ент покрученост1 пор

МФФ1, НФФК1 0.15 0.71 2

МФФ2, МФФК2 0.25 0,72 2

МФФЗ, МФФКЗ 0.45 0.73 2

МФФ4, МФФК4 0.60 0.80 ■ 2

Для оцгнки впливу резшмних параметров потоку, на характеристики наго- 1 теплопереносу експерименти проводились На установках, що забезпечують р1зиий р!вень температурив! поляризацП, в умовах апарату з м1шалкою I модуля проточного типу.

Конструкц1я апарату зшшапкою передбачала моюгкв1сть його р1зних ор1ентацгй для вивченяя впливу конвекцН на процеси переносу. Швилк'сть омшування в иап!вячейках змпшвалася В1д 1

гА , Д^

до 10 с*1. ". Приштно, що вплив швидкостI змшування на продуктивнють мембрани залишаеться !стотним тхльки до п = б ^ 7 с"4 , подальше эсЯльшення числа обертхв практично не впливало на 3. Дан1 мал. 5. являють порхвняння теоретично! продуктивное^ без врахування температурно! полярйзаци С А!) I з врахуванням ТРС СБ) в залегаост! вхд рхзницг парцгальних тискхв в системI. Достатньо добрий зб1г розрахункових СБ) I експериментальних СБ) даних показу^ неойх!дн1сть врахування температурно! поляризац1I в розрахунках. Разом з тим,мала величина ТРС СО. 08 + 0.2) показуе, що процес в даному випадку лшиований теплопереносом, що не доаволяе Досягати значних тансмембранних поток1в в умовах

апарату з мшалкоь.

Для мШИ1зацп температурно! поляризац!х був розроблений модуль проточного типу 4, в якому мембрана 5 вмща-лася на охолодкену по-верхню 8,дозволявчи, таким чином, отримувати пермеат не змшаний з хо~ лодним потоком Смал. 2). Перекачка вих1дного I охолоджуючого розчшпв здхйсяювалась циркуляЩй-ними насосами 3,10, змхна концентрацН пермеату I ретентату ф1ксувалась для виыхру визначались хромель-

V

ч-

й'

41

11

Л*

г

Мал.2. Схема циркуляр йно! установки, кондуктометрично на проточних ячейках 6,7

Температура 1 витрата поток;в копелевими термопарами х ротаметрами типу РЖ. К1льк1сть пермеату фшсувалась по градуйован!й бюретц!. Умови термостатування дозволяли отримувати ф1ксоваш значения ¿Ть, при яких спостерхгалась постхйнхсть поток¡в пермеату.

Для виэначення константи проникност1 С I загального коефйценту теплопередача за експерим•нТальними даними С при ДТЬ ¿10 К) будувалйсв залежност! ДТ / 3 В1д 1 / (.йР / сГГ) дня кожио1 мембрани в конкретних умовах. Так, Для мембрани МФФ4

- и -

при швидкостях вих1дного потоку 0.2 i 0.4 м/с тангенси кут1в нахилу прямо! i точки перетину з bIccd ординат в1дп0в1дн0 снлали 0.623; 0.47; 0.81 i 0.341 (мал. За, <3 ), що в1дпов!дае значениям загального коеф1ц1ента теплопередач! система 1600 t 2330 Вт/м2К, Кое$гц1ент протгакносП С, виэначений граф!чно, склав 81дпов1дно

5.45 • 10** i S.29 ■ 10"' кг/я1 -с-Па.

Дан1 про прончкн1сть ЫФФ1 catдчать про Л1н1йн1сть запекност! J в!д ДРЬ t , вгдповхдно, про переважно кнудсеновський характер мехашзму дифуз i i (мал. 4 ). НелгнШпсть подобно! залежност! з.'являеться у мембрани МФФЗ f М<Ж, що вказуе на эмшаний характер дифуз! i в таких системах. Дане передбаченкя п¿дтверджуеться розрахунковими даними про Ьеличини кое$1ц1ент1в кнудсеновсько!, молекулярно! i зм!шано1 дифузН Ск, CD, С0 для мембран з разним розм1ром пор Скрива А, Б, i В мал. 5 Очевидно, що най<51льи близыи значения мать коефгцгенти эмтаног дифуз i i i експериментально визиачен! величини С.

Методом статистично! обробки експериментальннх данях було отримано р1вняння залехност1 коефШенту проникносТ1 мембрани С в!д середньо! температури мембрани Г та загального кое$1ц!енту

теплопередачг К при Тт * 40 - 70°С t К = 500 - 4000 ВТ/u2 -К:

С = А СК - Т )* / (К + Т )ь, С14>

де А, а, b для мембрани МФФЗ в1дпов1дно дор1Енгпть 1.07 -Ю"'; 0.1; 0.2.

При МД-роэд1 ленн1 сольових розчшпв питома продуктивна;сть незначно зм{нювалась до концентрангi i Н, ф дозволяе концентрувати розчини практично до точки насичення. Проте, якщо для нелетких сполук cTyniHb затримашя в середньому складав 99.92 - 99.98'/,, то для систем э летким електролгтом селективн1сть пом1тно зменшуегьсл вке при 1 М Смал. 6), цо свхдчить про в!дсутн1сть впливу м1кропоруватих мембран ка парор:динну р|вновагу в системi.

В ц1лсму МД можна характерипувага як достатньо ефектявний тепловий процес Степловг втрати в середньому складають 20-50 ?<). Ефективнтсть випарування ЕЕ збгльшуеться з ростом робочих

T/J-HvxlOOO, игК/Ьг

3.2 2,4

О

у

us *.г 1.

А 2А

s l/(dP/dT)*1000, К/Па Мал. За

Т/Л»Ну«1000УК/6Т

у

/

/

У /

0.Б 1.2 <£ 2,4

l/(dP/dT)xlOOO, К/Па

Идл.Зсг

Мал. За, <3. .ЕкстраполяиДя експериментальних даних для виэначекня коефщхенту проникиост! та загального коефШекту теплопередач!.

34'

26 «

. (О

СМО"7, кг/рё-сПз

/

/ У

+ -СЛ . -Ск / /

о - Сс * -Сэкса /

о, <5 0,ь

J -10 , кг/м2-с

0,45

0,6

/

/

/

Иал.4 Poi«îp пор Мап.5 дРв, кШ

Мал. 4. Вплив морфологiчних характеристик МФФ1 - МФФ4 на механгзм трансмемйранно! дифузíS.

Man. 5. Залежн1сть питомо! продуктивное i Ыд od'euHoï piamú температур dea I з обл!ком температурно! поляризаил ï.

температур, але це зсПлылення в! дносне Спри д!йсно зростеючону^ величина к лншаеться незм!нною),

с

Для розйавленнх роэчинхв величина потоку пермеату незначно залегать в!д тоЕидани ыемйрани, так як 13 зиеншенням |5а

коеф1Ц1ент проникносп С зросгае, але разом з ннц зростае 1 коефппент теплопередача матриц! иемОраки Н , цо врхБНОважуе,

таким чином, осЗидва ефекти. Аналог¡чно е$ективн4сть вкпарування такоя виявяяеться незалежноа в!д б . 4

п

Параметром мпсроструктури менбранм, позитивно впливапчяи ка зрют J>в поруватхсть с: э 11 ЗсЯльшенням коефщ1ент проникнсст! С зростае, а коеф!ц1ент теплопередачг пол}мерноI патриц! к зменшуеться.

Для оц1нки параметр I в модел1 та визначення ступеня' впливу р1зних фактор I в на характеристики процесу дуло пор1ВИвно розрахункоы та експериментальн1 дан! Щ-розд1лення 30« розчину 1йС1г вIдносно до води Смал. 7). Результата П0р1вняння показано

в табл. 2. Таблиця 2.

Вплив зшни $1зшсо-х1м1чш!1с властивостей вих1дного потоку Ш.С1а Св1дносно до води) на пареметри процесу.

Фактори р /р 0 И V С /С р р» р/р* ХЛ. V Без СР Вс1

йе 1 0.34 1 1.32 1 ' 0.43 0.46

■ Рг 2.98 0.67 1 1.1 2.20 2.22

№ 1 0.67 0.84 1.23 1.04 0.73 0.73

Сз 1 0.67 ■ 1 1.12 ' 1 "0.75 0.76

а1 1 0.67 0.84 1.25 0.97 0.68 0.67

М 0.65 0.89 0.9В 1.04 0.99 0.57 0.53

' Л 0. 71 0.76 0.98 1.07 0.99 ^ 56 0.51

Очевидно, що найсЯлыгай вплив на зкеншення питою! продуктивное^ виявляе энияэння парциального тиску I тдвижения в'язкостг розчину при зросташп концентрацИ електрол!ту. Незначний р1вень концентратйно! поляризацН ССР - 1.03 - 1.12) зумовлве зменшення 3 на 4 - &/, Смал. 9), 5. температурна

Ма«.б Снвдз.юш/Ь Мал.? 'С^С1г,%

Мал« 6. Бплив кокцектрацН леткого електролхту на продуктивн1Сть ! селективность МФФ1 та М$ФЗ.

Мал. 7. Залежн1сть питомо! продуктивном! МИ4 В1Д к.онцентраилI №С1а при р!зних температурах викшюго розчнну.

Мал. 8. Вплив швидкост! * концентрацП вих иного потоку на величину концентрациюI поляризац!!.

Мал. 9. Эалежн!сть коефШенту температурно! поляризацп втд швидкост1 внятного потоку.

поляризация ефективно знижуеться з шдвшаенням швидаост! ,вих!дного потоку С мал. 9).

Промислове застосування мембранно 1 диотиляш 1.

Експерименги з очистки редких агдход1в В!д талЮ проводились на модул I проточного типу з вицевказаио! методики. Змгна концентрацп виходного роэчину г пермеату фгксуваяась кондуктометрично. Ем ют тал¡и в пермеат! визначався на спеилал^зозанШ полярограф1Чн1й установи,I. Рэестрац1Я полярогран проводилась на двохкоординатному потекидометр! типу ПДА-1. Анал1з експериментальних даних з МД-розд! леп.чя вгдгон!», отриманих звичайною одноразовой дистиляцхеп, показу«, ко при Т - 70° С процес характеризуемся достатньо вясокоо питомоэ продуктивною С 18^.30 кг/мг - г, в залежност! В!Д номинального розмхру пор мембрани) 1 ступеней роздхлення 99.92+99.94%, при выIстг тал!с в пермеатх 10"6 ^ 10"5 ист/п.

Дещо шша картина спостер1гаеться при перерОбц! достатньо концентрованих талШ.пстких редких в!дход1В С* = 13 + 14 Си/и). Дан! мал.11 показупть, цо вШст тал!Е> в пермеатт не перевщус допустимого значения (10 мг/л) тшьки в випадку застосування МФФ1, тобто при в1дносно невеликих трансмембранних потоках. Шдвищення температуры, такса як I збхльшення" номинального розм1ру пор мембрани, приводить до росту продуктивнее?1 1, В1дпов1дно, до эбгльиення дифузгйного потоку розчинено! речовиня через Г1дроф1льн1 дглянки порового простору мембрани. Дака обставина примушуе критично п!дходити до вибору оптимального сп!вв1дношення'. продуктивность - якхсть пермеату.

Порхвняння параметр!в мембранно! дистиляцИ а такими у эворотноосмотичному розд1ленн! (мал. 10) п!дтверджуюе доц!лья1сть використовування методу МД для отримання питно! води в екстремальпих умовах. Експеримеятя з МД-опрхснення морсько! водя також проводились па установи 1 циркуляцШюго тииу, Попередня шдготовка вих1дно1 води складалась т!лька з одн}е? операх^т очистка II в!д грубих механ!чних дом! шив на папероаому ф!льтр1 N88 типу "ПИгак".

Особливо сл1д вгдзначити як!сть пермеату. Нав!ть при фактор 1 концентрування (Т = 4+5, ступшь патримкйлн!коли не бу& мокше 99%. В середньому цей показник складав 99.92%. Склад

-16 - .

пермеату доопдкувався в лабораториях х!м!чного та бактериального анал!ау Алуштинського! сан i тарно-еп iдек i олог1чноi станц!!. а такок в лаборатор i! $1энко-х1м1Чних досл!дкень !hстатуту Шнеральних pecypciB См.Симферополь). KinbKicHi вияви кат1он1в виконувались методом атомкоа бсорбц i йно! спектрофотометр!! на спектрофотометрах "Сатурн" С-112 (луил i лухноземельШ метали) i Hitachi Z-7000 (вамп метали). Пор!вняльна характеристика показншав якост! пермеату мембранно-дисталяц!йного i зворотиьоосмотичното С л{тератур>п даш) опреснения морсько! води приводяться в таблиц! 3. Як!сть пермеату, отрккапого МД-розд!лекняк, в1дпов!дае деошзовакхй вод! марки Б.

Досл!дження могливостi переробки лабтльних розчин1в методом мембранно! дистиляц!! проводились на модэльних розчинах т!амхну. Siiifia кондентрац!! еик!дного розчину, а такок як!сть пермеату фЬге/Еались кондуктокотркчно.

Результат« експеримент1в показують, до питома продуктиш:сть кэкбраи ШФ незкачно знижуеться з ростом коицентрац!! ретентату до 28+30К. Пометке зменшення продуктивности спостер!гаеться при досягненн! кокцентрац!! ретентату iOJJ-УЛ. При цьому селективность залишаеться достатньо високоь О S3. SSO as до кокцентрацi! 25^.30%. 3 псдальшим ростом концентрац!! спостер!гаеться !! зникення до 97+98%, цо пов'язано, видно, як is зсНлывенпяи дифуз!i рсзчикеного компоненту через г!дроф!льн1 пори мембрани, так ia гПдслленням г!дрсф!л!зусчого впливу молекул Г1ам!ну на макроструктуру пол¡керна! матриц! мембрани при рост! концентрац!i вихШого розчину,

Для областей в!дносно невеликих кснцентрад!й зб1льаення швидкостi потоку diльш 0.5^0.6 м/с надае калоефективний вплив на продуктпвтсть С мал. 12), в той час як для достатньо концентрованих розчин!в спостер!гаеться йрактично niniilHa залехн!сть продуктивности В1Д швидкост! ак до uf =2 м/с, цо звичайно пов'язано !з зменшенням в' язк:сних ефеюпв при турбулхзацх! потоку.

Б!льш складний характер was зм1на залекност1 питомо! продуктивност! i ступеия кондечтрування »¿д тривалостг лроцесу.

За десять годин роботи продуктмвн!сть МФФЗ закономерно

Л. кг/мгг . Н. %

г

м2): иффз /

мгт л

/

л,

АЗ «а 5» 64

Мая.»

Vе

га *5 52 ьЬ й йо .МзМО • Т^ 0 С

Нэп. 10. Яоргвняльна характеристика МД ¡с зз<5рютнсга

осмосу. Залежн1сть питоио! продуктивное? 1 * ступай аатр:гаувания процесу в!Д температуря вих1дного розчяну 1« МаС1.

•

А /

и

/

ь тьгоъ

о с ,4 ОЛ. 42 <6

Мал; <2

, м/с

ч

К ■

п У / N К

К / \

0 ^ а Те=201: 1 5 ь 45

Мал. Й

годони

Мал. П.- Роздьтання ргдкяя талньиотких й1дг-д1в, Вшшв температуря видного потоку на продуктта'Лсть 1 ягЛсть перкеату для мембран МФФ1 - МФМ.

Мал. 12. Впп-.э авидкост! потоку резчнну т!ам1ну на птозу продуктивн1сть М$ФЗ прн р1зпих коицентрзгЦ®. _ ,

г'лл. 13. Кгнетика МД-зневолгспня розшийв т1аМ1ну. оале-шпетъ пнтомо! продуктивное^ 1 етупемя концентрувайия х)!д тртаапост! процесу.

ТасЗлиця 3.

Поргвняльна характеристика показштв якост! кеыйранноI дистиляцд i 1 зворотнього осмосу по опр1снэннп морско! води.

Параметр Нихгд-на , вода1 0пр1С-нена МД ИйХ1Д- на ? водас 0пр1с-нена р 30 й гдк

Зьажеи! речовшш, мг/л 19 0 16^20 - 1.5

Сухий эалишок, мг/л 21900 0 - 350 1000

в тому числ! БО*" _ а 1.76 1713 32.2 ' 500

СГ 9800 4.4 4722 323 350

р- - 0 - 0.2 1.5

Эагальна твердгсть. ммоль/й 100 0.1 19.5 1.9 3.5

в тому числ! Са1* - 0 8.4 0.1 1.2

0.1 16.1 1.8 2.3

ВШст зализа, мг/л - (0.02 0.2 0.1 0.3

Вмтст свинцп. мг/л - (!/0 - 0.05 0.1

Вм}ст мот'яку. кг/л - н/о - 0.04 0.05

Вм1от МШ. • мг/л - 0.002 - 0.5 3.0

ВМ1СТ цинку. кг/л - 0.0011 - 1.1 5.0

Вм1ст залишкового активного хлору, мг/л _ 0 2 0 0.5

Вм1ст йон1й, мг/л

в тому числ{ А13* - <0. 003 0.4 - 0.5

. . Вег4 - <0.0001 - - 0.0002

Ка* - 0.07 , - 133- '200

К* - 0.058 - - 300

. Ш"* - <0. 002 - 0.1

ю; - н/о * - - 10.0

КО" £ 0.013 0.00В - - 1.0

Окиси{сть. мг/л 2.56 0. 46 2.4 0.7 _

Колг-1ндбкс . <50 <3 - - <3

Загальна Шкро^^сЦ^- 2000 0 - 0 100

1 - вода Чорного моря Сс.Ы. Маяк, Кримська обл.), вихЦний

солезмгст 18 г/л

2 - за данями обезсолсвання води Азовського моря

3 - дан! вЦсутн!

4 - не виявлено.

знижуеться з 22.8 до 4.2 кг/м 2 г, в той час як ступ1нь концентрування мае три характерных Д1лянки эросту Смал. 13).

Таким чином, е можливим, наприклад, ' процес випарки пром!кних розчшпв па.'.пну у вакуум-апаратзх на стадп третьо! I четверто! кристал^заци виробництва в1там1ну В4 зашнить на

б1 льш м'який процес мембранной дистиляцИ, но дозволило 6 м!нш1зуьати енергетичн! витрачання, втрати продукту вкасщдск його розкладу, а такок в^дсунути небезпеку короз1йного руйнування апаратури.

Осноьн! висновки по роботI.

1. Встановлено вплив загального коеф1Щента теплопередача системи на продуктивность. При низьких значениях К (500 ^ 1000 Вт/м 2 -10 процес характеризуется значной температурной поляризацию СТРС = 0.08 + 0£5) !, в^дповшго, невеликов продуктивности.

Подвищения К до 2000 ^ 3500 Вт/м2 -К сприяе знижешда р|вня температурно! поляризацп до ТРС = 0.6 + 0.85 ¡з збгльиенняи продуктивном 1 до 1000%.

2. Вивчено вплив мсрфологгчних характеристик мембрана { режимних параметр¡в процесу на ыехан1зм трансмембранного маео- 1 теплоперносу. Показано,. що для мембран з нотналъним розьпром пор 0.1 + 0.25 мкм транспорт пароподгйного пермеату зд1йсиюзться в основному кнудсеновською дифузтв, в той час як при розмор! пор 0.4 4. 0.6 мкм Й1льш характерний механизм молекулярно' дифузп.

3. ймплттично отрнман1 ргвняння для розрахунку температур на поверхн; мемфани I Гп в аалежност! в^д реаимних

параметр!в. На основ! статистично! сбройки експериментальних даних отримана емшрична залежшеть коеф!ц1ента проникност! С В1д середньо! температур« мембрани ! загального кое$1ц1снта теплопередач! К-

4. Вивчено вплив концентрац!йно! поляризац!! на процесс. В середньому СРС = 1.08 1.12, цо в!дпов!дае зниженн» продуктивное^ на 1 4. 4 МоюнЫсть зниження рхвня концентрац!йно1 поляризац!! за рисунок зб!льшення а{ дозволяв концентрувати роэчини практично до точки яасичення при

- го - .

втрат! продуктивное^ 35 + 30 % (в пор!втпш1 з чистоо водою}.

5. Установлено, до мембрани ММ характеризуются стабглыйстю ройочик показ ник t в в !ктерв.ал1 рН » 1 * 14 при температурах ко 80*С. Частково тчдрофШзуючкй вгогав на них виявляе йверхазеотропна азотна кислота t концентрован! розчини Tiattiny. Усуненяя Ыдкладеция ыалороэчинних солей odpodKon мембран розчинака кислот дозволяв в!даовити пронишпсть до 83 + 93 X,

6. На приклад! роэчшпв азотно! кислоти вивчено вплив леткого електрол1ту на продуктивн!сть i селективн!сть пронесу. Сеяэктщш1сть залишастьсл на píen i 69.5 S8 '/. до Butcry кислота 1 ыэЯь/л. Э Подальшим poeto« копцентрацП с<элективн1сть зникуеться, цо св!дчить про в!дсутн!сть впяиву- кокбран, як i заотосовуаться для !!Д-розд!ленйя, на парергдинну р!вновагу в систем!.

7. Иа основ! створзно! база даних t програшю-аягоретшчяого эабёзиече яяя tínony визначегшя фхгик о-хШгчнях влаататстей {.•лектрелгтечклх сястеи розроблена ыатодика розрахунку пронесу Ш £ широкому !ктервая! регпшах параметр!d. Адекватность кодея! п!дтвердЕуьться задов!льним sóírcu експеринентаяъикх 1 рэзрахуяхозях данях.

8. Вплив pos4¡menoi речовини ка процес в яайб!льшому ступени вязначаеться знкягкшад парцельного таску napiB водг í абЬгшеюшм в'язгсост! роочику.

9. Показано шеокоефектквн! результата впровадженяя методу ©эдо зир!шенкя одного з íiartrociptax та складнях питень -очгщення талгй^егкяя в1кход!в вкробкицтаа 1,окс1српстйл!в. М£ забезпэчуе концентрувани-й р!дких тая1йкг!стких вхдхорле п!сля одноразово! градвдШго! дкстияяЩ! практично до точки насичсння ПО . 1од1ду tejííK) э одночасшш отрицаниям в <:г.ост! пэркеату дистйльоЕано! води а кеиереьищуочий саштарно-допутим! кояцейтрац!! bmíctom гал!о. £койом!чна ефектпвн!сть досягаеться ба рахунок позитивного еасгог!чйого едзекту i можлквост! аникення еверговтрат па 90 + 150 % в пор!вшшн! s хенуючов технолог!ес.

10. При ц!н!шль}пй п!дготовц! винiдно! корсько! вода ЫД-опр!снйШяи було отрймаао диггиякт, по skoctí вЬхговЦаочий' де1он1&ован!Й EOjii марки Б. Економ!чна ейактивтеть зебезпечуетьед кожлпаЧет» етворення авгоноияих подулi& для отряшмя пятно! води в екстремалъшх уыовах при викориотанн!

дешевих дяерел низкопотешийно! енергН I скорочених втрат на передпгдготовку води.

И. Було проведено ефективне концентрувашш ласИльних розчйшэ •Нам!ну практично до. точки насичення пра в1Дпосно визькпх температурах С Т( й 60° СЭ. Економ1чиа ефектншпсть ойуиовлсзтьая унккнепням терочного розкладу •пам1ну (до 40 'Л втрат за 1снувчо0 технолог!»). Мокляв1сть викорястання недорогая пол1мерних кснструмШних натер1ал1в на тгщжи зппнуэ мэталовм1стк1сть, але такоа шдвизув як!оть 'ильогого продукту, запо(51гаючи короз!т апаратури.

ОСНОВШ П03НАЧЕ11Ш.

С - коефщ$ент проникност! меийраин с - концентрация масова моляльна - теплозшпсть

р

СГ СР

- стушнь коицентрування ~ концентрац!йна поляризация 0 - кое$Щ1ент дифузП ЕЕ - ефектавнгсть випарування АН - теплота фазового переходу .7 - питома продуктивна: сть /С - загаяьний коеф!Щеят теплопередач1 к - коефшент теплопередач! Р - тиск

9,- питомий тепловий гот к к - коефШент затримування Г - температура

ТРС - когфщ1еят температурно! поляризацН а .- селектнвнгеть а - коеф!ц1ент теплов^ддач! с - поруватгсть меыбраии у - коеф!ц1ен. динам!чно? в'язкост! X - кое$1ц1ент теплопров\ дностI и X - питома електропров!дн1сть р - густина

кг/См --С-П:0

кт/Ы 3 ксль/л Дг/Скг-Ю

н 2/0

Да/кг кг/См 2 о) Вт/См 2-10 Вт/См 2'Ю Па Дж/м 2

К

Вт/См •'•Ю

Па-о Вт/См-Ю

Си/и к?/м

1ндекси; Ь - (хЗ'ешшй; с - охолоджуючий пот! ic; f - гарячий вик{«ний noria; р ~ т-рысат; s - розчинена речовина; v - .пара! « - вода.

По Teut дисертацН onydniкован 1 так! робота:

1. Атрощенко В.И., Кутовой В.В., Козлов В.А. в др. Давление паров над растворами тетроксида азота в азотной кислоте 80 - S8îî при повышенных температурах/ЛЙ. тез. докл. Всесоюз. научн. семинара по состоянию разработки агрегатов азотной кислоты. -Харьков, 1984.

2. Козлов В.А., Кутовой B.D. Определение растворимости кислорода в растворах азотной кислоты//Геэ. докл. 14 Всесокз. копф. по технологии неорганических веществ и минеральных удобрений. - Львов, 1688.

3. Кутовой В.В., Козлов В.А. К вопросу теркодинаияческого анализа скстецн азотная кислота - вода с учетом электролитической диссоциации коипоневтов/'/ВестнЕК КШ1. Технология нэорганвчэскик вецеств. - Карьков: Вода школа. -вапЛЙ, K2S0. -1SS3. C.S3-55.

4. Козлов Б. Al, Товаявянский Д. Л., Кутовой Б. В. К спределеки» кек&нйзма течения пара в пористых средах для случай иэибраикей дйстияляакя//'!Сарьк. полктехн. нн-т. - Харьков, 1993. -1с. - Леп/Ъ ГНТВ Украмш. 22.04.93, Ш36-Ук93.

5. Козлов В.'»., Товакнякский Л.Л. Влияние поперечного потока вещества на тепло- и массообг.'ан в процессе мембранной дисгняляцки//Харьк. пол:;техн. ин-т. - Харьков, 1993. - 6с. - Деп. ь ГНТВ Украины. 2è.04.S3, К837-Ук93,

Подписано до друку Т.Об.93 р. Об'ем 1,6 друк.йрк* Ойл.-вид.арк. 1,25

Формат пал еру 60x84

тираж тоо прим. ■ ______Зам.

Друкарня XBBKÎyPB, Сумська» 77/"Я