Установка мембранная обратноосмотическая

 

     Приняв  в первом приближении, что наблюдаемая  селективность равна истинной, определим  среднюю концентрацию растворенного вещества в пермеате по формуле:

     

     Расчет  начнем с наиболее производительной мембраны МГА-80:

кг соли/кг раствора.

     Расход  пермеата найдем по формуле:

     

где - расход исходного раствора.

 кг/с

      Тогда

кг/с

      Расход  соли с исходным раствором:

 кг/с

      Потери  соли с пермеатом:

 кг/с

что в процентах  от количества, содержащегося в исходном растворе, составит: %.

      Полученное  значение больше допустимого (10 %), поэтому рассмотрим следующую по удельной производительности мембрану – МГА-90:

 кг соли/кг раствора

 кг/с

 кг/с

что в процентах от количества, содержащегося в исходном растворе, составит: %.

      Полученное  значение больше допустимого (10 %), поэтому рассмотрим следующую по удельной производительности мембрану – МГА-95:

 кг соли/кг раствора

 кг/с

 кг/с

     Потери  соли в процентах от количества, содержащегося в исходном растворе: %.

      Это значение находится в пределах допустимого, поэтому выбираем для дальнейших расчетов мембрану МГА-95, имеющую селективность по и удельную производительность по воде  

3.4. Приближенный расчет поверхности мембраны

      Удельная  производительность мембран при разделении обратным осмосом водных растворов электролитов определяется соотношением:

где - перепад рабочего давления через мембрану;

- осмотическое давление в объеме разделяемого раствора;

- удельная производительность  по воде.

      По  данным приложения 3.1 строим график зависимости осмотического давления от концентрации (рис.3.1).  

Рис. 3.1. Зависимость  осмотического давления водного раствора от его концентрации при температуре  

     По  графику находим  МПа; МПа.

      Удельная  производительность на входе разделяемого раствора в аппараты обратного осмоса и на выходе соответственно равна:

 

 

      В первом приближении принимаем, что  средняя удельная производительность мембраны может быть выражена как средняя арифметическая величина:

 

      Тогда рабочая поверхность мембран  составит:

   

3.5. Выбор аппарата и определение его основных характеристик

     Ориентируясь на отечественную аппаратуру, выберем аппараты рулонного типа. Выберем аппарат с РФЭ типа ЭРО-Э-6,5/900. 

     

Рис 3.2. Схема  устройства аппарата рулонного типа:

1 - накидное кольцо; 2 - упорные кольца; 3 - крышки; 4 - корпус; 5 - решетка;

6 - пермеатоотводящая трубка; 7 - резиновые кольца;8 - рулонные модули; 9 - резиновая манжетка; 10 - резиновые кольца. 

     Основные  характеристики аппарата ЭРО-Э-6,5/900 приведены  ниже:

Длина рулонного  модуля , м                              0,90

Длина пакета , м                                                 0.95

Ширина пакета , м                                              0,83

Высота напорного  канала,  равная толщине сетки- 

сепаратора , м

Толщина дренажной  сетки  , м                                  

Толщина подложки  , м                                       

Толщина мембраны , м                                       

Число элементов  в модуле                                        5

Материал корпуса                                               Сталь   Х18Н10Т

Диаметр корпуса, мм                                           

Толщина крышки, м                                               

Диаметр крышки, м                                               0,108 

     Определим параметры аппарата, необходимые  для расчетов.

     Поверхность мембран в одном элементе определяется произведением . Учитывая, что часть этой поверхности используется для склеивания пакетов (примерно на длине 0,05 м) и не участвует в процессе обратного осмоса, рабочую поверхность мембран в одном элементе определим по соотношению:

 

     Рабочая поверхность мембран в одном  модуле равна произведению на число элементов в модуле:

 

     Примем, что аппарат состоит из двух модулей. Тогда рабочая поверхность мембран  в аппарате:

 

     Сечение аппаратов по которому проходит разделяемый  раствор:

 

     Общее число аппаратов в мембранной установке

 

3.6. Секционирование аппаратов в установке

     Для модулей ЭРО-Э-6,5/900 экспериментально установлено, что оптимальный расход составляет 1000 л/ч (0,278 кг/с).

     Тогда число аппаратов в первой секции можно найти, разделив расход исходного  раствора на значение оптимального расхода  для каждого аппарата: .

     Найдем значение , соответствующее данному значению :

     

где - расход пермеата;

- расход исходного раствора.

     Далее определим число аппаратов в  последующих секциях:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     Суммируя  число аппаратов, замечаем, что

      , а 

     т. е. в случае 13 секций недостает четырех аппаратов до общего числа 44, а в случае 16 секций количество аппаратов равно необходимым 44. Ограничимся 13 секциями, добавив по два аппарата к первым двум секциям. На основании полученных данных имеем: 

 

3.7. Расчет наблюдаемой селективности мембран

      Наблюдаемую селективность рассчитываем по формуле:

где - скорость движения раствора по направлению к мембране, вызванного отводом пермеата;

- коэффициент массоотдачи. 

     Проведем  расчеты при средних значениях  рабочих параметров установки.

      Средняя удельная производительность ; средняя концентрация

% (масс.).

      Средняя линейная скорость движения разделяемого раствора в каналах мембранных аппаратов:

где - расход концентрата.

     Подставив значения получим:

 м/с

      Значения  плотности  и нужные для последующих расчетов значения коэффициентов кинематической вязкости и диффузии находим, пользуясь данными Приложения 1.1.

      Определим режим течения раствора.

     Эквивалентный диаметр кольцевого канала:

 м

      Критерий  Рейнольдса:

      Таким образом, в аппаратах ламинарный режим течения разделяемого раствора.

      Для нахождения среднего по длине канала значения в случае ламинарного потока в щелевых и кольцевых каналах можно использовать критериальное уравнение:

где - диффузионный критерий Прандтля;

- длина канала, равная ширине  пакета.

      Подставив численные значения, получим:

      Коэффициент массоотдачи:

 м/с

      Поперечный  поток:

 м/с

      Теперь  рассчитаем наблюдаемую селективность:

 
откуда 

      Проверим  пригодность выбранной мембраны. Для этого определим концентрацию соли в пермеате, используя полученное значение наблюдаемой селективности:

 кг соли/кг раствора.

      Найдем расход пермеата:

 кг/с

      Потери  соли с пермеатом:

 кг/с

что в процентах  от исходного содержания составляет %. Это значение меньше допустимого (10 %), поэтому нет необходимости перехода к более селективным мембранам. 

3.8. Уточненный расчет поверхности мембран

     Рассчитаем  удельную производительность мембран  с учетом осмотического давления раствора у поверхности мембраны и пермеата. Необходимые для расчета концентрации и найдем следующим путем. Согласно определению,

     

     

где , и - концентрация соли в произвольном сечении аппарата соответственно в объеме разделяемого раствора, в пермеате и у поверхности мембраны со стороны разделяемого раствора