Кинетика обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Кинетика обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов

Ковалев Сергей Владимирович

Тамбов 2009



Работа выполнена на кафедре «Прикладная геометрия и компьютерная графика» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Лазарев Сергей Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Полянский Константин Константинович

кандидат технических наук, доцент Набатов Вячеслав Александрович

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН), г. Тамбов

Защита диссертации состоится 2009 г на заседании диссертационного совета Д212.260.02 в Тамбовском государственном техническом университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью) просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.260.02.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: 392032, г. Тамбов, ул. Мичуринская, 112, корп. «Б», а с авторефератом диссертации дополнительно - на официальном сайте ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»: www.tstu.ru

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.М. Нечаев

Подписано в печать 15.10.2009.

Формат 60 84 /16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100. Заказ № 419.

Издательско-полиграфический центр ТГТУ

392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

В последнее время для разделения промышленных водных растворов и очистки сточных вод от примесей органического и неорганического характера активно исследуются методы мембранной технологии. Большое количество сточных вод, например, образуются после промывки деталей гальванических производств, которые необходимо очищать (разделять, концентрировать).

Для интенсификации процесса мембранного разделения необходимы исследования его кинетики, математического описания, а также разработка промышленных технологических схем.

В настоящей работе изучено применение обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов. Работа выполнена в соответствии с аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы на 2006 - 2008 гг.», по теме «Теоретические и прикладные аспекты электробаромембранного выделения и целевого получения веществ из промышленных стоков» (регистрационный номер РНП.2.1.2.1188) и с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 гг.», по теме «Теоретико-экспериментальные исследования влияния поверхностных явлений на сорбционные и проницаемые коэффициенты пористых тел» (ГК 02.-740.11.0272).

В работе использовались труды отечественных и зарубежных ученых Ю.И. Дытнерского, Н.В. Чураева, В.И. Коновалова, С.-Т. Хванга, С. Леба и др.

Целью данной работы является изучение кинетических закономерностей обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов.

Задачи работы:

1. Выполнить обзор литературных данных по существующим методам очистки гальваностоков.

2. Разработать методики и конструкции экспериментальных установок для исследования кинетики обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов.

3. Провести экспериментальные исследования кинетических коэффициентов обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов.

4. Предложить математическое описание кинетики обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов.

5. Разработать инженерную методику расчета обратноосмотического аппарата рулонного типа для многокомпонентных растворов.

6. Разработать технологическую схему очистки сточных вод гальванических производств.

Научная новизна работы. Впервые разработана методика и установка для проведения экспериментальных исследований коэффициентов диффузионной и осмотической проницаемостей мембран при активном гидродинамическом режиме.

Впервые получены экспериментальные данные и аппроксимационные зависимости коэффициентов диффузионной и осмотической проницаемостей мембран в водных растворах сульфата железа, сульфата цинка, сульфата олова в зависимости от температуры, концентрации и типа мембран.

Получены экспериментальные данные и аппроксимационные зависимости коэффициентов задержания и удельной производительности при разделении сточных вод гальванического производства в зависимости от градиента давления, вида растворенных веществ и типа мембраны на обратноосмотическом аппарате рулонного типа.

На базе математического описания массопереноса в межмембранном канале на основе уравнений гидродинамики и конвективной диффузии для ламинарного режима течения раствора разработана стационарная модель кинетики обратноосмотического разделения многокомпонентных растворов, позволяющая рассчитывать продольную и поперечную скорость в канале, среднюю удельную производительность по пермеату и концентрации на выходе из аппарата.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработана методика регенерации мембран, позволяющая проводить промывку обратноосмотического аппарата слабыми растворами кислот в рециркуляционном режиме.

Разработана инженерная методика расчета обратноосмотического аппарата рулонного типа для разделения многокомпонентных растворов.

Разработана технологическая схема для очистки сточных вод гальванопроизводств с применением обратного осмоса, позволяющая повысить качество очистки сточных вод (снизив общее содержание солей в пермеате в 5 - 7 раз по сравнению с исходным раствором), повторно использовать пермеат в технологических нуждах и получать ретентат малым объемом для дальнейшей обработки. Этим обеспечивается стабильный режим работы технологического оборудования и экономия ресурсов.

Результаты исследований приняты к реализации на предприятии оао «Электроприбор» г. Тамбов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: Всероссийской научно-технической конференции «Интенсификация тепломассообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (г. Казань, 2005 г.); XIX - XXII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Воронеж, г. Ярославль, г. Саратов, г. Псков, 2006 - 2009 гг.); Российской конференции с международным участием «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (г. Туапсе, 2008 г.); Международной конференции «Ion transport in organic and inorganic membranes» (Tuapse, 2009); Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и преподавателей, аспирантов, студентов и менеджеров малых предприятий «Инновационный менеджмент в сфере высоких технологий» (г. Тамбов, 2008 г.).

Материалы по теме диссертации были отмечены дипломом Министерства образования и науки РФ в 2007 г. и грамотой на конференции «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» в 2008 г.

Публикации. Материалы диссертации изложены в 19 публикациях, из них 5 в журналах рекомендованных ВАК РФ Автор выражает благодарность сотрудникам кафедр «ПГ и КГ» и «МАХП» Тамбовского ГТУ канд. техн. наук, доценту В.Л. Головашину оказавшему помощь в обработке результатов и канд. техн. наук, доценту Г.С. Кормильцину за научные консультации при выполнении данной работы..

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и обобщающих выводов, списка используемых источников и приложения. Диссертация содержит 178 страниц текста, в том числе 40 рисунков, 22 таблицы, список используемых источников включает 146 наименований отечественных и зарубежных авторов.

обратноосмотический гальваносток сульфатсодержащий вода

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой темы. Сформулированы цели и задачи исследования. Показана научная новизна и практическая ценность работы. Предоставлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены существующие методы очистки сточных вод. Указаны область применения, преимущества и недостатки данных методов. Произведен обзор работ посвященных мембранному разделению растворов. Представлен обзор конструкций мембранных аппаратов и установок. Приведены основные виды обратноосмотических мембран и гипотезы механизма массопереноса через них. Произведен анализ явления массопереноса и основных кинетических характеристик для процессов обратного осмоса. Проанализированы существующие математические модели.

Во второй главе приводится описание разработанных и усовершенствованных методик проведения экспериментальных исследований кинетических характеристик процесса обратноосмотического разделения с применением промышленных мембран (МГА-95, ОПМ-К, ESPA и МГА-80П). В качестве объектов исследования использовались модельные растворы и реальные сточные воды предприятия ОАО «Электроприбор», а также рулонные разделительные элементы и аппараты с плоскими каналами.

Исследования коэффициента задержания и удельной производительности мембран проводились на экспериментальной обратноосмотической установке, схема которой изображена на рис. 1.

Значение коэффициента задержания определяли по формуле:

. (1)

Значение удельной производительности рассчитывали по зависимости:

, (2)

где V - объем собранного пермеата.

С целью улучшения значений коэффициента задержания и удельной производительности проводили регенерацию обратноосмотических мембран слабыми водными растворами кислот.

Значение коэффициента задержания и удельной производительности регенерированных мембран вычисляли по формуле (1), (2).

Для изучения кинетики механизма разделения проводили исследования коэффициентов диффузионной и осмотической проницаемостей мембран на установке, схема которой представлена на рис. 2.



Рис. 1. Схема экспериментальной обратноосмотической установки:1, 11 - емкость исходного раствора и пермеата; 2 - плунжерный насос; 3 - компрессор; 4 - ресивер; 5 - манометр; 6 - образцовый манометр; 7 - электроконтактный манометр; 8 - рулонный разделительный модуль; 9 - дроссель; 10 - поплавковый ротаметр; Вр_1-6 - вентиль регулировочный

Рис. 2. Схема экспериментальной проточной установки для исследования диффузионной и осмотической проницаемостей мембран: 1 - диффузионно-осмотическая ячейка с мембранными каналами; 2 - термостатируемая емкость дистиллированной воды; 3 - термостатируемая емкость исходного раствора; 4 - термометр; 5 - контактный термометр; Вр1-6 - вентиль регулировочный

Коэффициент диффузионной проницаемости рассчитывали по формуле:

, (3)

где V2 - объем исследуемого раствора в емкости 2; С1,2 - концентрации растворенного вещества в емкостях 2 и 3, соответственно.

Коэффициент осмотической проницаемости определяли по формуле:

, (4)

где ?V - объем перенесенного растворителя; д - толщина мембраны.

По концентрациям растворенного вещества в образцах полимерных мембран и в исходных растворах рассчитывали коэффициенты распределения по формуле:

. (5)

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ. В результате обобщения экспериментальных исследований были получены зависимости коэффициента задержания и удельной производительности от давления, коэффициентов диффузионной и осмотической проницаемостей мембран от исходной концентрации водного раствора и температуры, сорбционной способности мембран от исходной концентрации водных растворов и температуры.

На рис. 3 показана зависимость коэффициента задержания и удельной производительности мембран ОПМ-К и ESPA от давления по отдельным компонентам раствора сточных вод (цех гальванопроизводств, ОАО «Электроприбор», г. Тамбов).

Рис. 3. Зависимость коэффициента задержания и удельной производительности мембран ОПМ-К и ESPA по ионам железа, олова и цинка от давления:

- эксперимент; - - - - - расчет

Увеличение удельной производительности и коэффициента задержания исследуемых типов мембран (рис. 3) происходит при росте давления, так как увеличивается конвективный поток растворителя через мембрану и происходит уплотнение мембраны в нормальном положении.

Для мембраны ESPA коэффициент задержания выше, чем для ОПМ-К (рис. 3), по ионам олова и цинка, но меньше по ионам железа. Видно также, что удельная производительность выше для мембран ESPA. Это связано с различием структур селективного слоя мембраны и взаимодействием их с компонентами стоков.

Для снижения влияния поляризационных эффектов и увеличения рабочего ресурса разделительных аппаратов предложено остановиться на возможности восстановления разделительных свойств мембран с помощью регенерации водными растворами кислот трехпроцентной уксусной и пятипроцентной щавелевой.

На рис. 4 показана зависимость коэффициента задержания и удельной производительности регенерированных мембран МГА-95 и ESPA от давления по водному раствору сульфата цинка.

Из рис. 4 следует, что значения коэффициента задержания по водному раствору сульфата цинка для регенерированных мембран возрастают с ростом давления для мембраны МГА-95 по раствору уксусной кислоты, а для ESPA при регенерации уксусной кислотой и щавелевой кислотой. Это связано с очисткой пор мембран и частичным изменением, вероятно, структуры мембраны, при взаимодействии их со слабыми растворами кислот.

Для мембраны МГА-95 (рис. 4) падение коэффициента задержания после регенерации раствором щавелевой кислоты связано с проскоком компонента сквозь, вероятно, изменяющуюся структуру активного слоя мембраны (через поры) с увеличением давления. Для мембраны ESPA снижение удельной производительности мембран от давления после регенерации раствором щавелевой кислоты, можно объяснить изменением внутренней структуры мембраны (забивка некоторых пор и, возможно, с пластификацией при взаимодействии раствора кислоты с мембраной).

На основе анализа экспериментальных и литературных данных для расчета коэффициента задержания применяли модифицированную для наших исследований формулу Дерягина Б.В., Чураева Н.В., Старова В.М. и других авторов:

, (6)

где k1, k2, k3 - эмпирические коэффициенты, зависящие от мембраны и раствора (табл. 1).

Рис. 4. Зависимость коэффициента задержания и удельной производительности регенерированных мембран по водному раствору сульфата цинка от давления:

- эксперимент; - - - - - расчет

Для расчета удельной производительности мембран получено аппроксимационное выражение следующего вида:

, (7)

где С - концентрация растворенного вещества в растворе; k1, k2, k3, k4 - эмпирические коэффициенты, зависящие от мембраны и раствора (табл. 2).



Таблица 1 - Значения коэффициентов формулы (6)

Компонент	Мембрана	k1	k2	k3
железо	ОПМ-К	1,27•104	4,06•10-4	1,46•104
	ESPA	0,538	0,165	23,10
олово	ОПМ-К	2,88•103	2,31•10-4	1,02
	ESPA	1,00	1,00	1,81•105
цинк	ОПМ-К	0,704	0,118	1,00
	ESPA	1,60	7,46•10-2	1,01

Таблица 2 - Значения коэффициентов формулы (7)

Мембрана	K1· 106	k1	k2	k3	k4
ОПМ-К	1,1	-12,88	-5,15	1,36	1,01
ESPA	11,7	-3,19	-42,95	83,51	-212,35

На рис. 5, 6 показаны зависимости коэффициентов диффузионной и осмотической проницаемостей мембран МГА-95 и ESPA от концентрации и температуры водного раствора сульфата цинка.

Анализируя рисунки 5, 6 можно сделать выводы, что коэффициенты диффузионной и осмотической проницаемостей мембран уменьшаются с ростом концентрации сульфата цинка, что связано с сорбционными процессами, происходящими в результате частичной закупорки пор мембран. С увеличением температуры раствора сульфата цинка коэффициенты диффузионной и осмотической проницаемостей мембран увеличиваются, так как уменьшается вязкость растворов и как следствие, раствор легче проходит через поры мембраны.

Рис. 5. Зависимость коэффициента диффузионной проницаемости мембран МГА-95 и ESPA от концентрации и температуры водного раствора сульфата цинка:

- эксперимент; - - - - - расчет

Рис. 6. Зависимость коэффициента осмотической проницаемости мембран МГА-95 и ESPA от концентрации и температуры водного раствора сульфата цинка:

- эксперимент; - - - - - расчет

Для расчета коэффициента диффузионной проницаемости была использована аппроксимационная зависимость вида:

, (8)

где k1, k2, k3, k4 - эмпирические коэффициенты, зависящие от мембраны и раствора (табл. 3).

Таблица 3 - Значения коэффициентов формулы (8)

Водный раствор	Мембрана	k1 · 10+10	k2	k3	k4 · 10-3
сульфат цинка	МГА-95	5,87	-0,672	0,377	-1,888
	ESPA	15,0	-1,361	-0,711	-2,407

Для расчета коэффициента осмотической проницаемости была использована аппроксимационная зависимость:

, (9)



где z1, z2, z3, z4 - эмпирические коэффициенты, зависящие от мембраны и раствора (табл. 4).

Таблица 4 - Значения коэффициентов формулы (9)

Водный раствор	Мембрана	z1	z2 · 10+1	z3 · 10+1	z4 · 10-3
сульфат цинка	МГА-95	3,21•10-7	-4,76	2,16	-4,26
	ESPA	3,26•10-10	-5,03	-2,06	-1,78

На рис. 7 представлены зависимости сорбционной способности мембран МГА-95 и ESPA от концентрации и температуры водного раствора сульфата цинка.

С ростом концентрации исходного раствора (рис. 7) сорбционная способность мембран возрастает, что связано со связыванием растворенного вещества со структурой мембраны, оседанием вещества на поверхности и в порах, а с ростом температуры падает, так как при увеличении температуры повышается растворимость веществ в воде и возрастает подвижность ионов вещества в растворителе.

Рис. 7. Зависимость сорбционной способности мембран МГА-95 и ESPAот концентрации и температуры водного раствора сульфата цинка:

- эксперимент; - - - - - расчет

На основе анализа экспериментальных и литературных данных применяли для расчета коэффициента распределения модифицированное уравнение Фрейндлиха, которое для наших исследований имеет следующий вид:



, (10)

где b, n, m - эмпирические коэффициенты, зависящие от мембраны и раствора (табл. 5); Т0 - начальная температура (принятая как 293 К).

Таблица 5 - Значения коэффициентов формулы (10)

Водный раствор	Мембрана	b	n	m
сульфат цинка	МГА-95	2,165	0,552	8,869
	ESPA	1,854	0,417	11,094

Четвертая глава посвящена разработке математической модели кинетики обратноосмотического разделения в канале с двумя полупроницаемыми стенками, проверке адекватности математической модели и разработке инженерной методики расчета обратноосмотического аппарата рулонного типа для разделения многокомпонентных растворов.

При разработке математической модели были приняты следующие допущения: 1) насос обеспечивает постоянство подачи многокомпонентного раствора;

2) ввиду незначительного изменения концентрации в канале плотность и вязкость раствора принимаем постоянными; 3) режим течения жидкости ламинарный (Re < 2300); 4) скорость оттока жидкости через стенки значительно меньше продольной скорости потока; 5) коэффициент диффузии в растворе считаем независимым от концентрации; 6) физико-химические свойства мембран учитываются коэффициентом задержания.

Ранее в трудах О.А. Абоносимова и В.Б. Коробова была разработана модель массопереноса в межмембранном канале на основе уравнений гидродинамики и конвективной диффузии. Однако в этой модели отсутствовало выражение для поперечной составляющей скорости в межмембранном канале.

Поэтому в настоящей работе получено аналитическое выражение для учета поперечной составляющей скорости в канале как наиболее точно учитывающее физику процесса.

Для ламинарного стационарного режима система уравнений гидродинамики с упрощениями, для компонентов скорости примет вид:

; (11)

(12)

Граничными условиями для уравнений гидродинамики являются условия:

(13)

; (14)

; (15)

; (16)

. (17)

Распределение давления по длине канала, а также первая и вторая производные давления:

(18)

; (19)

; (20)

(21)

Подставляем выражения (11) и (12) в уравнения конвективной диффузии:



; (22)

; (23)

. (24)

Граничные условия для уравнений конвективной диффузии:

(25)

; (26)

(27)

(28)

(29)

Систему уравнений (22 - 24) при граничных условиях (25 - 29) решаем численным методом. Находим при этом распределение концентрации по длине и высоте канала, среднюю удельную производительность по пермеату.

Коэффициент задержания мембран, в граничных условиях (22 - 24) определяем с учетом аппроксимационных зависимостей (6, 8, 10).

Концентрации на выходе из канала рулонного аппарата вычислялись по формуле:

(30)

(31)

(32)

Средняя удельная производительность по пермеату определялась как:



(33)

Адекватность математической модели проверялась путем сравнения расчетных и экспериментальных данных полученных на обратноосмотической установке и представленных на рис. 1, с использованием обратноосмотических рулонных элементов ЭРО-475, оснащенных ацетатцеллюлозной мембраной МГА-95 и полиамидной ОПМ-К. На рис. 8 показано хорошее совпадение результатов расчета и эксперимента (10 %), что приемлемо для инженерных методик расчета.

Целью инженерного расчета обратноосмотического рулонного аппарата является определение рабочей площади мембраны. Для определения площади используем основное уравнение массопередачи:

, (34)

где М - масса компонентов смеси; ?ср - движущая сила мембранного процесса;

Km - коэффициент массопередачи.

Массу компонентов смеси М определяем из уравнения материального баланса по растворенным веществам:

(35)

Коэффициент массопередачи Km при переносе вещества через мембрану выражаем через общее сопротивление переносу мембраны, учитывая сопротивление массопереносу со стороны разделяемой смеси, в мембране и пренебрегая сопротивлением со стороны пермеата из-за его малости.



Рис. 8. Зависимость концентрации в ретентате для мембран ОПМ-К и МГА-95 от давления:

- эксперимент; - - - - - расчет

Значение коэффициента массоотдачи от потока разделяемой смеси к поверхности мембраны в рассчитываем, выражая из диффузионного критерия Нуссельта.

Для усредненных коэффициентов массоотдачи по длине канала. После их корректировки по результатам экспериментов получено следующее критериальное уравнение (погрешность 10 %):

(36)

Симплекс для учета рабочего давления:

(37)

Учитывая, что аппарат состоит из двух модулей тогда:

(38)

В пятой главе рассмотрены вопросы практического применения исследуемого обратноосмотического метода для очистки промышленных сточных вод гальванического цеха ОАО «Электроприбор» и даны практические рекомендации.

Рис. 9. Технологическая схема очистки сточных вод:

1 - емкость усреднительная; 2 - емкость реакционная; 3 - смеситель; 4 - бункер-дозатор; 5, 8, 11 - насос; 6 - отстойник; 7 - вентилятор; 9 - вакуум-фильтр; 10 - емкость, 12 - мембранный элемент; 13 - емкость ретентата

Модернизация заключалась в следующем: в существующую технологическую схему очистки стоков был включен секционированный каскад обратноосмотических аппаратов для получения технической воды, повторно используемой в ваннах промывки и ретентата малым объемом для утилизации или закачки в подземные грунты.

Включение дополнительной стадии обратноосмотического разделения в схему очистки сточных вод ОАО «Электроприбор» (рис. 9), позволит повысить качество очистки промышленных растворов (снизив общее содержание солей в пермеате в 5 - 7 раз по сравнению с исходным раствором) и повторно использовать пермеат в процессе производства.



ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполнен обзор литературных данных по методам очистки гальваностоков. Для стоков гальванических производств определено применение мембранных методов разделения. Проанализированы существующие математические модели для описания, данного процесса.

2. Разработана методика исследования регенерации мембран на экспериментальной обратноосмотической установке с мембранными каналами, позволяющая восстанавливать задерживающие и проницаемые свойства полимерных мембран (МГА-95, ESPA).

3. Разработана методика и проточная установка с мембранными каналами для проведения экспериментальных исследований по определению коэффициентов диффузионной и осмотической проницаемостей мембран, позволяющая снизить концентрационную поляризацию мембран и получить более надежные данные по кинетическим коэффициентам.

4. Впервые экспериментально изучены коэффициенты задержания, удельная производительность, коэффициенты диффузионной и осмотической проницаемостей, коэффициенты распределения для промышленных стоков и модельных водных растворов в зависимости от концентрации, температуры, давления, вида растворенных веществ и типа мембран. Для мембран ОПМ-К, МГА-95, ESPA и МГА-80 П соответственно: коэффициент задержания по ионам железа - 0,97; 0,92; 0,84; 0,82; по ионам цинка - 0,86; 0,91; 0,92; 0,88; по ионам олова - 0,95; 0,92; 0,98; 0,89; удельная производительность - 4,4810-6 м3/(м2с); 7,9710-6 м3/(м2с); 2,5610-5 м3/(м2с); 14,810-6 м3/(м2с) при Рраб = 4 МПа.

5. Получены аппроксимационные зависимости для теоретического расчета кинетических коэффициентов процесса обратноосмотической очистки водных растворов в зависимости от концентрации, температуры, вида растворенного вещества и типа мембраны.

6. Предложена математическая модель процесса обратноосмотического разделения многокомпонентных растворов, позволяющая рассчитывать продольную и поперечную составляющие скорости в канале, концентрации веществ на выходе из канала рулонного аппарата и среднюю удельную производительность по пермеату в мембранном аппарате рулонного типа. Проверена адекватность математической модели путем сравнения экспериментальных и расчетных данных, расхождение не превышает ±10 %.

7. Разработана инженерная методика расчета обратноосмотического аппарата рулонного типа для разделения многокомпонентных растворов, позволяющая рассчитывать рабочую площадь мембран и переходить к секционированию аппаратов.

8. Разработана технологическая схема очистки сточных вод гальванопроизводств с применением обратного осмоса, позволяющая повысить качество очистки сточных вод (снизив общее содержание солей в пермеате в 5 - 7 раз по сравнению с исходным раствором), повторно использовать пермеат в технологических нуждах и получать ретентат малым объемом для дальнейшей обработки. Этим обеспечивается стабильный режим работы технологического оборудования и экономия ресурсов.



ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Головашин, В.Л. Математическая модель массопереноса в плоском межмембранном канале / В.Л. Головашин, С.В. Ковалев, С.И. Лазарев // Серия. Критические технологии. Мембраны. - М., 2009. - Т. 42. - № 2. - С. 4 - 9.

2. Лазарев, С.И. Исследование влияния температуры и концентраций водного раствора сульфата железа на сорбционные характеристики обратноосмотических мембран / С.И. Лазарев, С.В. Ковалев, О.А. Абоносимов // Известия вузов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2007. - Т. 50. - Вып. 8. - С. 35 - 37.

3. Влияние концентрации и температуры водного раствора сульфата цинка на сорбционные свойства полимерных мембран. / С.И. Лазарев, С.В. Ковалев,

О.А. Абоносимов, Г.С. Кормильцин // Конденсированные среды и межфазные границы.- Воронеж, 2007. - Т. 9. - № 2. - С. 134 - 137.

4. Лазарев, С.И. О некоторых особенностях математического описания массопереноса в мембранных аппаратах / С.И. Лазарев, С.В. Ковалев, О.А. Абоносимов // Конденсированные среды и межфазные границы. - Воронеж, 2007. - Т. 9. - № 1. - С. 61 - 63.

5. Абоносимов, О.А. К вопросу математического описания массопереноса в обратноосмотических аппаратах рулонного типа. / О.А. Абоносимов, С.В. Ковалев,

К.С. Лазарев // Математические методы в технике и технологии - ММТТ-20 : сб. тр. XX Межд. науч. конф. Т. 5. Секция 11 / под ред. В.С. Балакирева. - Ярославль : Яросл. гос. техн. ун-та, 2007. - С. 68-69.

6. Ковалев, С.В. Исследование сорбционной способности обратноосмотических мембран / С.В. Ковалев, Д.Ю. Редин, К.С. Лазарев // Труды ТГТУ : сб. науч. статей молодых ученых и студентов. - Тамбов, 2007. - Вып. 20. - С. 33-34.

7. Ковалев, С.В. Исследования кинетических коэффициентов полимерных мембран на двухкамерной плоскокамерной ячейке / С.В. Ковалев, К.С. Лазарев // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов, 2008. - Вып. 21. - С. 32 - 36.

8. Лазарев, С.И. Математическое моделирование массопереноса многокомпонентных систем в баромембранных аппаратах / С.И. Лазарев, В.Л. Головашин, С.В. Ковалев, // Математические методы в технике и технологии - ММТТ-21 : сб. тр. XXI Междунар. науч. конф. Т. 5. Секция 11 / под ред. В.С. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. - С. 137 - 139.

9. Исследование коэффициента диффузионной и осмотической проницаемости олова сернокислого на двухкамерной диффузионно-осмотической ячейке /

С.В. Ковалев, С.И. Лазарев, Г.С. Кормильцин, К.С. Лазарев // Конденсированные среды и межфазные границы. - Воронеж, 2008. - Т. 10. - № 3. - С. 217 - 222.

10. Ковалев, С.В. Обратноосмотическая очистка сточных вод процесса цинкования / С.В. Ковалев // Инновационный менеджмент в сфере высоких технологий : сб. науч. тр. Всер. школы-семинара. - Тамбов : Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - С. 253-254.

11. Влияние концентрации и температуры водного раствора сульфата олова на сорбционные свойства полимерных мембран / С.И. Лазарев, С.В. Ковалев,

Г.С. Кормильцин, З.А. Ансимова // Известия вузов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2008. - Т. 51. - Вып. 7. - С. 23 - 26.

12. Математическая модель массопереноса в плоском межмембранном кана-ле / В.Л. Головашин, С.В. Ковалев, С.И. Лазарев, К.С. Лазарев // Вестник Тамб. университета «им. Г.Р. Державина». - Тамбов, 2008. - Т. 13. - Вып. 5. - С. 363 - 365.

13. Ковалев, С.В. Обратноосмотическое разделение гальваностоков / С.В. Ковалев, С.И Лазарев // Ионный перенос в органических и неорганических мембранах : рос-я конф. с междунар. уч-м. - Туапсе: Кубанск. гос. ун-т, 2008. - С. 147 - 149.

14. Лазарев, С.И. Математическое моделирование массопереноса многокомпонентных растворов в баромембранных аппаратах рулонного типа / С.И. Лазарев,

В.Л. Головашин, С.В. Ковалев // Известия вузов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2009. - Т. 52. - Вып. 3. - С. 114 - 117.

15. Мамонтов, В.В. Установка трубчатого типа для исследования кинетических коэффициентов полимерных мембран / В.В. Мамонтов, С.В. Ковалев,

В.Л. Головашин // Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология : материалы Всерос. студенческой н.-техн. конф. Казань, 16 - 18 мая 2005. - Казань, 2005. - С. 29-30.

16. Kovalev, S.V. Longitudinal agitation coefficient calculation in roll baromembrane modules / S.V. Kovalev, O.A. Abonosimov, S.I. Lasarev // Ion transport in organic and inorganic membranes: international conference. - Tuapse: Kub. State un-t, 2009. - Р. 91 - 93.

17. Исследование коэффициента диффузионной проницаемости мембранного элемента трубчатого типа в водном растворе сульфата натрия / С.И. Лазарев,

В.Л. Головашин, В.В. Мамонтов, С.В. Ковалев // Жур. Прикл. химии. - СПб., 2006. - Т. 79. - Вып. 6. - C. 1038-1039.

18. Ковалев, С.В. Массоперенос при переменной скорости потока в плоском обратноосмотическом канале / С.В. Ковалев, В.Л. Головашин, С.И. Лазарев // Математические методы в технике и технологии - ММТТ-22 : сб. тр. XXII Междунар. науч. конф. Т. 9. Секция 10 / под ред. В.С. Балакирева. - Псков : Псков. гос. полит. ин-та, 2009. - С. 130 - 132.

19. Баромембранная модель массопереноса с учетом осмотического давления / В.Л. Головашин, В.В. Мамонтов, С.В. Ковалев, К.С. Лазарев // Математические методы в технике и технологии - ММТТ-19 : сб. тр. XIX Междунар. науч. конф. Т. 5. Секция 11 / под ред. В.С. Балакирева. - Воронеж : Воронеж. гос. техн. ун-та, 2006. -С. 37-38.



ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Сисх, Спер, Срет, См - концентрация растворенного вещества в исходном растворе, пермеате, ретентате и мембране соответственно, кг/м3;

Fм - рабочая площадь мембраны, м;

D1,2,3 - коэффициенты диффузии веществ в растворе, м2/с;

С1,2,3, С1,2,3(х, ±R) - концентрации растворенных веществ в исходном растворе и у поверхности мембран, кг/м3;

k - коэффициент водопроницаемости м/Пас;

U(х, ±R) - скорость на границе канала, м/с;

V(х, ±R) - скорость фильтрации, м/с;

K1(х), K2(х) - коэффициенты задержания для 1 и 2 мембран;

Pn, Pk - давление в начале и в конце канала, Па;

U0 - начальная скорость раствора, м/с;

L - длина канала, м; R - полувысота канала, м;

м, н - коэффициенты динамической и кинематической вязкости раствора, Пас; м2/с;

Re - критерий Рейнольдса;

P, Рн, Рср.раб - рабочее, нормативное и среднее давление по длине канала, Па;

Т - температура разделяемого раствора, К.

Размещено на Allbest.ru

...