ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет мембранных процессов и аппаратов из "Процессы и аппараты химической технологии Часть 2" Полученные уравнения могут быть использованы и для расчета других мембранных процессов. [c.339] Однако этот путь, как отмечалось ранее, оказывается очень сложным трудно найти распределение концентраций в пограничных слоях фаз, часто затруднительно определить поверхность контакта фаз и т.д. Поэтому часто используют другой подход, широко применяемый в инженерных расчетах тепломассообменной аппаратуры процесс разбивают на отдельные стадии, находят уравнения для определения скорости переноса на каждой стадии и по уравнению массопередачи рассчитывают необходимую поверхность массопереноса, в данном случае - рабочую поверхность мембраны. К достоинствам такого метода следует отнести прежде всего возможность получения обобщенных зависимостей для определения скоростей отдельных стадий процесса, что в конечном итоге позволяет рассчитывать мембранные аппараты без проведения предварительных экспериментов. [c.340] Если принять, что М-количество какого-либо компонента (или компонентов) смеси, переходящего через мембрану, то М можно определить из уравнения материального баланса (обычно допустимый перенос компонента разделяемой смеси через мембрану задается). [c.340] Вклад отдельных видов сопротивлений в общее (Я) различен и зависит от типа мембранного процесса и условий его проведения. Например, при диффузионном разделении газов при условии небольшого перепада давлений через мембрану основное сопротивление процессу сосредоточено в самой мембране (г /-4 + Гз), и сопротивлениями Г) и 2 можно пренебречь при обратном осмосе и ультрафильтрации обычно пренебрежимо малой является величина г2 при испарении через мембрану могут быть соизмеримы все виды сопротивлений-г 1, и Г2. [c.341] Наиболее сложным при использовании уравнения (24.22а) для расчета рабочей поверхности мембраны является определение значения / . Поэтому для такой задачи приходится ставить эксперимент. Кроме того, для ряда мембранных процессов не всегда легко определить значение А .р. Поэтому расчет рабочей поверхности мембран на основе уравнения массопередачи нуждается в дальнейшей разработке. [c.341] Гидравлические и тепловые расчеты были рассмотрены в соответствующих разделах данного учебника. Необходимые для таких расчетов справочные величины приведены в специальной литературе. [c.341] Особое место при расчете мембранных процессов занимает учет явления концентрированной поляризации. [c.341] Расчет концентрационной поляризации. В процессе разделения, например, жидких систем через мембрану проходит преимущественно растворитель. При этом концентрация растворенного вещества в пограничном слое у поверхности мембраны повышается. Повышение концентрации происходит до тех пор, пока диффузионный поток растворенного вещества из пограничного слоя в разделяемый раствор не уравновесится потоком растворенного вещества через мембрану с установлением так называемого динамического равновесия. [c.341] Отношение концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны к его концентрации в разделяемом растворе называют концентрационной поляризацией. Ее влияние на рабочие характеристики мембран отрицательно, так как вследствие увеличения осмотического давления раствора снижается движущая сила процесса разделения. Кроме того, при этом возможны выпадение в осадок и осаждение на мембране труднорастворимых солей, гелей высокомолекулярных соединений, что вызывает необходимость чистки или замены мембран. [c.341] Расчетные данные, иллюстрирующие зависимость концентрационной поляризации от проницаемости мембраны и числа Рейнольдса (Яе = и /у) в турбулентном потоке при концентрировании 4%-го водного раствора хлорида натрия с помощью трубчатых мембран, приведены на рис. 24-13, из которого видно, что концентрационная поляризация особенно значительна для мембран с высокой проницаемостью при небольших значениях Яе. [c.343] Эти способы можно разделить на две группы (рис. 24-14) 1) способы, связанные с интенсификацией массоотдачи от поверхности мембран в ядро потока разделяемого раствора, что позволяет с той или иной степенью эффективности выравнивать концентрации у поверхности мембран и в объеме раствора 2) способы, основанные на установлении низкой проницаемости, при которой концентрационная поляризация не достигает значительных величин. Последние носят пассивный характер и скорее должны рассматриваться как условия, при которых КП не представляет собой серьезную проблему. [c.344] Способы снижения КП (упомянутые и другие) целесообразно использовать при ультрафильтрации, несмотря на то что они сопряжены со значительными усложнениями а шаратурного оформления процесса или его организации. В обратном осмосе и нанофильтрации достаточно эффективными являются более простые способы, связанные с увеличением гидравлического сопротивления межмембранного канала во-первых, благодаря тому, что концентрационная поляризация имеет меньшую величину, чем при ультрафильтрации, а во-вторых, из-за значительно более высоких рабочих давлений увеличение гидравлического сопротивления меньше сказывается на росте затрат энергии на процесс. [c.344] Наибольшее влияние концентрационная поляризация оказывает на характеристики процесса разделения жидких смесей. Однако и при разделении газовых смесей-при высоких давлениях (от нескольких мегапаскалей и выше) и больших удельных производительностях-вклад внешнего диффузионного сопротивления процессу может оказаться настолько существенным, что уже нельзя будет его не учитывать. Метод расчета КП для этого случая аналогичен рассмотренному выше. [c.344] Вернуться к основной статье