ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МЕМБРАННОЙ ТЕХНИКИ 10
1.2 КОНСТРУКЦИИ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ ОТВОД ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО СЛОЯ 19
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 22
2 .МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 23
2.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЙ 23
2.2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 25
2.3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 26
2.4 ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ 28
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 34
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ 35
3.1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТРАНСМЕМБРАННОГО ПЕРЕНОСА 35
3.2 ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ 36
3.2.1 ОБЩИЙ ВИД ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ 36
3.2.2 ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПЕРЕДАТ ОЧНЫХ ФУНКЦИЙ 42
3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТ ОЧНЫХ ФУНКЦИЙ 46
3.3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТ ОЧНЫХ ФУНКЦИЙ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПО ФИЛЬТРАТУ 46
3.3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТ ОЧНЫХ ФУНКЦИЙПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ПАРАМЕТРОВ 51
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 55
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕМБРАННОГО АППАРАТА С ОТВОДОМ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО СЛОЯ 56
4.1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МЕМБРАННОГО АППАРАТА 56
4.2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 58
4.3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕМБРАННОГО АППАРАТА 59
4.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТВОДЯЩЕГО УСТРОЙСТВА 63
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Широкое применение мембранных методов сегодня обусловлено такими их преимуществами, как: экономия электроэнергии, снижение отходов производства, возможностью получение различных продуктов высокого качества, возможность создания на их основе малоотходных технологий и т.д.
Значение мембранной технологии для промышленности в последние годы заметно возросло ввиду её экологичности. Причем, в отличие от ряда других, мембранная технология обслуживает несколько десятков критических технологий федерального уровня в рамках утвержденных Правительством приоритетных направлений развития науки и техники. Это, в первую очередь, такие как "Топливо и энергетика", "Экология и рациональное природопользование", "Информационные технологии и электроника". К этому необходимо добавить полное исключение возможных негативных последствий ее использования, что невозможно гарантировать, например, при неконтролируемой реализации генной инженерии [1].
Кроме того, необходимо отметить возможности мембранных процессов в решении такой важной задачи текущего этапа развития общества, как технологическое обновления отечественной промышленности, что особенно актуально в период кризисных явлений и неустойчивой экономической обстановки [1].
Однако, внедрение мембранного оборудования на производстве, несмотря на обширный список его достоинств, по-прежнему остается недостаточным. Связано это с невысокой производительностью, в сравнении с классическими методами переработки, в связи с образованием на поверхности мембраны неподвижного слоя с высоким содержанием растворенных веществ (поляризационного слоя), который затрудняет прохождения фильтрата и, таким образом, снижает скорость обработки.
Для увеличения производительности действующего мембранного оборудования используются различные способы очистки, снижающие явление концентрационной поляризации на поверхности мембран, такие как:
- физические;
- гидродинамические;
- механические;
- химические.
Но их действие не может полностью предотвратить этот процесс, носит временный характер и требует дополнительных энергозатрат. В связи с чем рационально отводить данный слой для дальнейшей переработки, либо в качестве готового продукта, в зависимости от необходимого содержания сухих веществ.
Совмещение процессов мембранной фильтрации, отвода поляризационного слоя и очистки внутренней поверхности мембраны позволяет значительно интенсифицировать мембранные процессы.
Описанный подход предусматривает создание новых конструкций аппаратов, принципиально отличающихся от типовых, и мембранных установок, в которых такие конструкции могут быть использованы.
Таким образом, изучение и развитие мембранной технологии представляется сегодня перспективным и необходимым для развития всей промышленности, ввиду возможности её использования в различных отраслях, таких как: пищевая, фармакологическая, химическая и многие другие.
1. Разработана конструкция мембранного аппарата с одновременным отводом поляризационного слоя и очисткой мембраны. Её отличительной особенностью является наличие подвижных турбулизаторов в канале аппарата, которые производят интенсивную очистку внутренней поверхности мембраны.
2. Предложена информационная схема и математическая модель процесса концентрирования в аппарате с отводом поляризационного слоя с использованием передаточных функций, в которой учитываются особенности работы мембранного аппарата и отводящего устройства.
3. Выполнена параметрическая идентификация математической модели. Расхождение экспериментальных и теоретических данных во всем диапазоне изменения технологических параметров процесса не превышает 1,4%.
4. Проведены экспериментальные исследования новой конструкции мембранного аппарата, касающиеся изучения зависимости концентрации поляризационного слоя от технологических, конструктивных и режимных параметров процесса.
5. Проведены экспериментальные исследования отводящего устройства, по результатам которых определены рациональные значения параметров, влияющих на его работу.
1. Подтверждена эффективность предложенной конструкции мембранного аппарата, по сравнению с существующими. Содержание растворенных веществ в концентрате в среднем увеличивается на 6^7%, производительность по фильтрату - на 20-30%.
