Совершенствование методов электробаромембранного удаления тяжелых металлов и анилина из сточных вод гальванических производств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат наук Попов Вадим Юрьевич

• Попов Вадим Юрьевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Попов Вадим Юрьевич

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОМУ ИЗВЛЕЧЕНИЮ ВЕЩЕСТВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССОВ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЙ

1.1 Основные методы разделения растворов

1.2 Методы разделения растворов с помощью мембран

1.3 Аппаратурное оформление процессов очистки сточных вод

1.3.1 Аппараты плоскокамерного типа

1.3.2 Аппараты трубчатого типа

1.3.3 Аппараты рулонного типа

1.4 Методики расчета элементов мембранных аппаратов на прочность и жесткость

1.5 Методы расчета оптимальных параметров

1.6 ВЫВОДЫ И ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2 ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований

2.2 Подготовка мембран и мембранных элементов к работе

2.3 Установка для проведения исследований кинетических характеристик электробаромембранного разделения

2.4 Электробаромембранные аппараты, используемые в экспериментах

2.5Методика исследования аморфности полупроницаемых мембран

2.6 Методика проведения экспериментов по исследованию кинетических коэффициентов

2.7 ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1 Экспериментальные исследования аморфности полупроницаемых мембран

3.2 Экспериментальные исследования анилинсодержащих растворов

3.2.1 Исследование коэффициента извлечения

3.2.2 Исследование удельного потока растворителя

3.3 Экспериментальные исследования очистки сточных вод гальванических производств

3.4 ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ

4 РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ

4.1 Установки и методики для исследования прочностных характеристик элементов электробаромембранного аппарата рулонного типа

4.2 Расчет усилия натяжения дренажного материала при изготовлении мембранного модуля рулонного типа

4.3 Оценка продолжительности работы обратноосмотической мембраны

4.4 Расчет оптимальных параметров корпуса обратноосмотического рулонного модуля

4.4.1 Расчет камеры по моментной теории тонкостенных оболочек и колец

4.4.2 Расчет камеры по балочной теории

4.4.3 Расчет оптимальных геометрических параметров корпуса

4.5 ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ

5 РАЗРАБОТКА МЕМБРАННОГО АППАРАТА КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА

5.1 Рекомендации к разработке баромембранного аппарата комбинированного типа

5.2 Конструкция мембранного аппарата комбинированного типа

5.3 Методика расчета площади мембран и количества элементов в мембранном аппарате комбинированного типа и оценка экономической

эффективности

5.4 Методика расчета на прочность корпуса мембранного аппарата комбинированного типа

5.5 ВЫВОДЫ ПО ПЯТОЙ ГЛАВЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Сисх, Спер, Срет, См - концентрация растворенного вещества в растворе, пермеате,

-5

ретентате и мембране, кг/м ; АР- рабочее давление, Па Т - температура раствора, К;

3/

J- удельный поток растворителя, м м •с; К - коэффициент задержания мембран;

Л

Эд - коэффициент диффузии в мембране, м /с; Киз- коэффициент извлечения; кр-коэффициент распределения; 3 - толщина мембраны, м; в - пористость мембраны; ¥м - рабочая площадь мембраны, м2; т - время, с;

Л

Мэд - электродиффузионный поток, кг/м с;

ов- предел прочности, Н/мм2;

оп- предел прочности, Н/мм2;

Оу- предел прочности, Н/мм2;

Е- модуль упругости, МПа;

^ - коэффициент Пуассона;

ом - напряжение сжатия, МПа;

[ом] - допускаемое напряжение сжатия, МПа;

М0 - изгибающий момент, Н-м;

фо - поперечная сила, Н;

Тх - осевая сила, Н;

[¡] - допускаемый прогиб, мм;

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности производства, качества продукции и снижение энергозатрат зависит от эффективности технологического оборудования. В химической, нефтехимической и ряде других производств, для обеспечения высокого уровня технологических процессов и снижения материалоемкости оборудование выполняется из коррозионностойких материалов. Для повышения коррозионной стойкости материалов (металлов) технологического оборудования используют гальванопокрытия и ингибиторы коррозии. Производства тех и других характеризуется большими объемами сточных вод, которые необходимо концентрировать и очищать. Одними из наиболее эффективных способов очистки производственных вод являются электробаромембранные методы и, в частности, процессы электрогиперфильтрации и обратного осмоса, где затраты энергии сведены к минимально термодинамическим, используемым только на разрыв межмолекулярных связей. Однако применение на практике электробаромембранных процессов и технологий сдерживается из-за слабой изученности кинетики процесса, несовершенства технологического оборудования и отсутствия надежных методик его расчета. На решение ряда таких вопросов и направлена настоящая работа.

Работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 200920013г.» по государственным контрактам ГК № 14.740.11.1028, ГК № 02.740.11.0272, ГК № 16.740.11.0525, ГК № 16.740.11.0659 и в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности по заданию № 2014/219 на 2014-2016 годы.

В работе использовались материалы трудов отечественных и зарубежных ученых Дытнерского Ю.И., С.Т. Хванга, К. Каммермеера, М. Мулдера, В.А. Шапошника, Н.В. Чураева, К.К. Полянского, Ф.Н. Карелина, Т. Маццуры, Р.Е. Кестинга, В.В. Котова, В.И. Заболоцкого, В.Б. Коробова, С.В. Ковалева и других.

Цель работы: исследование кинетики и совершенствование оборудования электробаромембранного извлечения железа, цинка, олова и анилина из из сточных вод гальванических производств.

Объекты исследований: сточные воды цехов и участков металлопокрытий, содержащие катионы железа, цинка и олова и анилин, используемый как ингибитор коррозии; мембраны МГА-100, МГА-95, МГА-80, ОПМ-К, а также рулонные мембранные модули ЭРО-ЭГ-3.0/400 и ЭРО-К-3.0/475.

Задачи работы:

1. Посредством экспериментальных исследований оценить структурные характеристики ацетатцеллюлозных мембран и коэффициентов извлечения, задержания и удельного потока растворителя при разделении сточных вод, содержащих катионы железа, цинка, олова и анилина.

2. Экспериментальная оценка размеров аморфных областей мембран и получение значений эмпирических коэффициентов для расчета кинетических параметров электрогиперфильтрационного и обратноосмотического извлечения веществ из сточных вод.

3. Разработка методики оценки периода функционирования мембран и мембранных элементов в процессах электрогиперфильтрации и обратного осмоса.

4. Разработка методики расчета оптимальных значений толщин элементов корпуса мембранного аппарата рулонного типа, обеспечивающей минимизацию массы при сохранении его коррозионной стойкости.

5. Разработка инженерной методики определения рабочей площади мембран и количества мембранных элементов в баромембранном аппарате комбинированного типа. Оценка экономической эффективности очистки сточных вод в баромембранном аппарате комбинированного типа.

6. Разработка методики расчета конструктивных характеристик и проведение расчета на прочность обратноосмотического аппарата комбинированного типа.

Научная новизна.

Получены и интерпретированы экспериментальные данные по кинетическим коэффициентам электрогиперфильтрационного и

обратноосмотического извлечения железа, цинка, олова и анилина из сточных вод с разными физико-химическими свойствами (растворимостью, степенью диссоциации).

Доказано наличие аморфных областей и определены их размеры по уравнению Шеррера для воздушно-сухого, водонасыщенного и рабочего состояний полупроницаемой полимерной мембраны МГА-95.

Получены численные значения эмпирических коэффициентов для расчета кинетических параметров обратноосмотического процесса разделения растворов.

Разработана методика определения периода функционирования мембран и мембранных элементов электрогиперфильтрационного и обратноосмотического извлечения ряда высокотоксичных продуктов из сточных вод.

Разработана методика расчета оптимальных толщин элементов корпуса обратноосмотического аппарата рулонного типа.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработана инженерная методика и проведен технологический расчет рабочей площади и количества элементов в баромембранном аппарате комбинированного типа для процесса обратноосмотической очистки сточных вод.

Получены уточненные параметры и разработана методика расчета конструктивных характеристик дренажного материала, используемого при производстве электробаромембранных элементов рулонного типа.

Проведена экономическая оценка эффективностии показана целесообразность примененияочистки сточных вод в мембранном аппарате комбинированного типа.

Разработана методика расчета на прочность обратноосмотического аппарата комбинированного типа, позволяющая на предварительном этапе проектирования подобрать оптимальные размеры камер, удовлетворяющие используемым

технологическим условиям при минимальной массе аппарата с сохранением его коррозионной стойкости.

Разработана и запатентована конструкция аппарата комбинированного типа (патент ЯШ496560), которая принята к использованию на ОАО Инжиниринговая компания «Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды» г. Тамбов и ОАО «Тамбовгальванотехника» им. Лившица г. Тамбов для проектирования аппаратов, применяемых в процессе очистки промышленных растворов и сточных вод.

Полученные данные по коэффициенту извлечения, коэффициенту задержания и удельному потоку растворителя для полупроницаемых мембран МГА-95, МГА-80П, ОПМ-К и МГА-100 от давления и плотности тока использованы при проектировании и производстве очистного оборудования на ОАО «Тамбовгальванотехника» им. Лившица г. Тамбов.

Разработаны программы и проведены вычислительные эксперименты по расчету оптимальных технологических и конструктивных параметров электробаромембранных аппаратов (ЭВМ № 2010613375, № 2012616228, № 2013617473).

Положения, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований структурных характеристик и данные по размерам аморфных областей для ацетатцеллюлозных полупроницаемых мембран воздушно-сухого, водонасыщенного и рабочего состояний.

2. Результаты экспериментальных исследований по электрогиперфильтрационному и обратноосмотическому извлечению железа, цинка, олова и анилина из сточных вод с учетом их физико-химических свойств.

3. Полученные значения эмпирических коэффициентов для расчета кинетических параметров электрогиперфильтрационного и обратноосмотического извлечения катионов железа, цинка, олова и анилина из сточных вод.

4. Методика определения периода функционирования электрогиперфильтрационных и обратноосмотических мембран и мембранных элементов.

5. Методика расчета оптимальных параметров мембранного аппарата рулонного типа.

6. Методики расчета технологических и конструктивных параметров обратноосмотического аппарата комбинированного типа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов электробаромембранного удаления тяжелых металлов и анилина из сточных вод гальванических производств»

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были доложены на: XXII международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2009 г.); конкурсе аспирантов и молодых ученых в области энергосбережения в промышленности (Новочеркасск, 2010г); международной научно-практической конференции «Решение региональных экологических проблем» (Тамбов, 2011г); 11 всероссийской научно-технической конференции с международным участием (Братск, 2012г); VI международной научно-инновационной молодежной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2014); международной конференции «Теоретические и практические аспекты сорбционных и мембранных процессов» (Кемерово, 2014).

Публикации.

Материалы диссертации изложены в 22 публикации, из них 12 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент и 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и обобщающих выводов, списка используемых литературных источников и приложения. Она содержит 186 страниц машинописного текста, в том числе 47 рисунков, 12 таблиц, список цитируемых источников включает 1 43 наименования публикаций отечественных и зарубежных авторов.

Выражаю глубокую благодарность за научные консультации при выполнении диссертационной работы коллективу кафедры "Прикладная геометрия и компьютерная графика", особенно д.т.н., профессору Кочетову Виктору Ивановичу и к.т.н., доценту Ковалеву Сергею Владимировичу, а также директору НОЦ «Твердофазные технологии» д.т.н. профессору Баронину Геннадию Сергеевичу за разностороннее содействие при выполнении ряда работ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОМУ ИЗВЛЕЧЕНИЮ ВЕЩЕСТВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССОВ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЙ

1.1 Основные методы разделения растворов

Традиционные способы разделения промышленных растворов и стоков условно можно разделить на четыре основные группы - механические, механо-химические, физико-химические и биохимические методы [1,2- 3].

К механическим методам разделения водных растворов относятся: Отстаивание - это способ очистки растворов и стоков от грубодисперсных механических примесей под действием сил гравитации. Данный способ широко применяется в водоподготовке для бытовых и производственных нужд, очистке вод от масел и нефтепродуктов, отделении воды и солей от сырой нефти и в ряде процессов химических производств. Отстаивание также широко применяется для извлечения ценных продуктов природного или промышленного происхождения из жидких дисперсионных сред [1, 2, 4].

Фильтрование - это процесс разделения водных растворов под действием градиента гидростатического давления. В ходе процесса фильтрования из раствора извлекаются не только дисперсии, но и коллоиды. В ряде технологических процессов водоочистки, как правило, завершающим методом является фильтрование [5].

К механо-химическим методам разделения растворов относятся: Коагуляция - это процесс слипания частиц в водной среде с целью образования крупных агрегатов. При коагуляции система теряет седиментационную устойчивость, частицы укрупняются и перестают участвовать в броуновском движении [4, 5, 6]. В процессе коагуляции происходит не только уменьшение межфазной поверхности, но и снижение свободной поверхностной энергии.

В производственных процессах разделения водных систем протекают две стадии коагуляции. На первой стадии наблюдается скрытая коагуляция. Здесь маленькие частицы становятся крупнее, но еще сохраняют свою седиментационную устойчивость. На второй стадии происходит явная коагуляция: частицы утрачивают свою седиментационную устойчивость. Образование осадка происходит в том случае, если плотность частиц превышает плотность дисперсионной среды. Причины возникновения коагуляции многообразны, начиная от внешних воздействий и заканчивая природными явлениями [6, 7, 8].

Флокуляция (от лат. йоссиН = клочья, хлопья) - это один из видов коагуляции, при котором мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в водной среде, образуют собой рыхлые хлопьевидные соединения (флокулы). Флокуляция в водных дисперсных системах, таких как золи, суспензии, эмульсии, латексы, происходит при введении в раствор специальных веществ - флокулянтов и при возникновении тепловых, механических, электрических и др. явлений различной физической природы. Эффективнымифлокулянтамиявляются растворимые полимеры (особенно полиэлектролиты). Действие таких флокулянтов можно объяснить адсорбцией нитевидных макромолекул. При этом возникшие в растворе агрегаты образуют флокулы, которые могут быть удалены фильтрованием или осаждением. К особому виду флокулянтов относятся поликремниевая кислота, полиакриламид и др. Эти вещества нашли применение при водоподготовке и получении технической воды для технологических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, на текстильном производстве, в агропромышленном производстве, в методахполучения ценных продуктов из отходов производств и при обработке сточных вод промышленных производств. Флокуляции с помощью органических флокулянтов в природных водоёмах приводит к их самоочищению и частичному восстановлению физико-химических свойств [9, 10].

Достоинства процесса - простота технологического оформления и низкие энергозатраты. К недостаткам флокуляции можно отнести загрязнение флокулянтами растворов или стоков, подвергаемых разделению, а также большой расход реагентов.

Флотация — это процесс очистки водных систем от взвешенных примесей, основанный на явлении прилипания частиц к газовым пузырькам с последующим переходом их в пенный слой. Сущность процесса флотации заключается в особом действии межмолекулярных сил, приводящих к прилипанию частиц взвешенных примесей к пузырькам газа, диспергированного в воде, при этом на поверхности водной среды происходит образование пенного слоя, который содержит извлеченные вещества. Кинетика образования краевого угла смачивания определяет вероятность слипания частицы и пузырька газа при их столкновении [1].

К методу интенсификации процесса флотации относится гидрофобизация поверхности извлекаемых примесей реагентами, это улучшает процесс слияния частиц и пузырьков газа. В качестве гидрофобизирующих реагентов выступают флокулянты и коагулянты. При флотационной обработке осадок из отработанных гидроксидов имеет более низкую влажность и меньший объем, чем осадок, образующейся в флотационных отстойниках [1]. К достоинствам метода относится простота конструктивного оформления процесса и его обслуживания. Недостаток флотации - это дорогостоящий метод, не позволяющий проведения глубокой очистки разделяемых растворов от примесей [1].

Нейтрализация - это метод, основанный на химических реакциях между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которые при взаимодействии теряют свои первоначальные физико-химические свойства. Наиболее часто применяется реакция нейтрализации, происходящая между ионами водорода, содержащимися в сильных кислотах, и ионами гидроксида, содержащимися в сильных основаниях.

Нейтрализацию можно технологически проводить различными способами. Например, смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением в сточные воды кислых или щелочных реагентов, фильтрованием кислых вод через щелочные материалы или обработкой кислых газов щелочными водами. Применение того или иного способа нейтрализации зависит от технологии производственного процесса, объема и концентрации кислых или щелочных сточных вод, от выбора реагентов. При протекании реакции нейтрализации возможно образование осадков, объем которых напрямую зависит от используемых реагентов и концентрации сточных вод [1, 11].

Химическое осаждение применяют для удаления тяжелых металлов и опасных веществ из водных растворов путем внесения химических реагентов, образующих с растворенными веществами нерастворимый осадок, отделяемый впоследствии в виде коллоида или суспензии. Для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов в качестве реагентов используют гидроксиды, карбонаты и сульфиды натрия и кальция [9].

К физико-химическим методам разделения растворов относятся:

Выпаривание - процесс концентрирования растворов, содержащих в основном твердые нелетучие вещества, путем удаления из них жидкого летучего растворителя. Сущность процесса выпаривания основана на разнице температур кипения растворенных веществ и растворителя. Выпаривание является одним из самых энергоемких процессов концентрирования и разделения растворов. В промышленности процесс выпаривания нашел широкое применение для следующих производственных целей: для повышения концентрации разбавленных растворов, для выделения из растворов растворенных веществ путем кристаллизации и для извлечения растворителя из раствора [2,3].

Ионный обмен — обратимая химико-физическая реакция стехиометрического обмена ионами между электролитом и ионитом. Ионный обмен может происходить как в однородной среде, так и в разнородной, где ионит или электролит является твердым веществом. Этот метод применяют при

уменьшении жесткости растворов в процессах водоподготовки и для очистки стоков от солей неорганической природы. В качестве ионитов применяют ионизированные полимеры, а чаще всего применяют ионообменные смолы катионо- и анионообменные формы. Достоинства метода - это глубокая степень очистки и малая энергоемкость процесса. Недостатки ионообменного процесса -это большой расход ионитов и частая регенерация ионообменников [1,9].

Сорбционная очистка - это высокоэффективный метод глубокого поглощения в основном органических веществ из растворов твердыми поглотителями, так называемыми сорбентами. При сорбции устраняются вредные химические соединения, примеси и запахи за счет того, что частицы связываются между собой силами межмолекулярного взаимодействия. Достоинство сорбционной очистки водных растворов состоит в том, что с помощью сорбционных материалов можно очистить воду от таких опасных и токсичных веществ, которые нельзя удалить с помощью других методов [9, 11-15]. С помощью метода сорбционной очистки устраняются различные привкусы хлорированных углеводородов и сероводорода.

В промышленности и технологических процессах в качестве сорбентов выступают пористые твердые материалы различной природы, эффективность которых определяется величиной поверхности взаимодействия [9, 15]. Поверхностное взаимодействие количественно оценивается сорбционной емкостью, и определяют ее в зависимости от того, сколько загрязнителей можно нейтрализовать или поглотить с помощью данного количества сорбента [8].

Экстракция (от позднелатинского ехй"асйо — извлечение) - это массообменный процесс разделения растворов с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов) [16].

Процесс экстракции проводят в три стадии:

- на первой стадии производят смешивание исходного вещества с экстрагентом;

- на второй стадии производят разделение двух образующихся фаз;

- на третьей стадии удаляют экстрагент из обеих фаз и производят его регенерацию для дальнейшего использования.

В процессе выпаривания, дистилляции и кристаллизации данные стадии происходят одновременно [16].

Достоинства процесса экстракции заключаются в проведении процесса при низких (комнатных) температурах, рентабельности, возможности разделения растворов, содержащих близко кипящие компоненты, возможности сочетания с другими технологическими процессами (ректификацией, кристаллизацией), простоте конструктивного оформления и возможности её автоматизации. Недостаток процесса экстракции заключается в трудности глубокого удаления экстрагента из экстрагируемых веществ, что вызывает загрязнение разделяемых систем [16].

Биохимические процессы нашли широкое применение в очистке сточных вод от растворенных в них органических и ряда неорганических веществ. Биологические процессы очистки основаны на способности микроорганизмов поглощать растворенные вещества для своей жизнедеятельности. Биологическая очистка сточных вод не требует сложного аппаратурного оформления и имеет низкие затраты на эксплуатацию. Но в то же время для строительства таких очистных сооружений необходимы большие площади и капитальные затраты. Также сточные воды должны проходить предварительную очистку от токсичных веществ и иметь определенную температуру и кислотность [5, 7].

1.2 Методы разделения растворов с помощью мембран

Экспериментальное исследование процессов разделения с использованием проницаемых материалов позволило разработать мембранный метод, как наиболее перспективный процесс для тонкой и глубокой очистки растворов. Этот метод характеризуется высокой степенью разделения растворов. Полупроницаемая мембрана - перегородка, разделяющая две газообразные или

жидкие среды, обеспечивающая селективный перенос веществ из этих фаз под действием движущей силы. Мембранные методы нашли широкое применение в процессах разделения и концентрирования водных растворов, очистки сточных вод. [17-21].

Мембранное разделение используется во многих видах промышленности, таких как химическая, газовая, нефтехимическая, фармацевтическая, атомная, микробиологическая, пищевая [22-28], медицинская.

Мембранное разделение зависит от физических и химических свойств мембраны, а также движущей силы процесса. Поток исходного раствора и потоки продуктов разделения также имеют большое влияние на процесс разделения [20, 21].

Мембранные методы разделения отличаются от фильтрования тем, что в процессе разделения на поверхности мембраны не происходит отложение осадка.

Эксплуатационные требования, предъявляемые мембранам:

- высокая разделяющая способность (коэффициент задержания, коэффициент очистки, коэффициент концентрирования и т.д.);

- высокая удельная производительность по очищенному или сконцентрированному раствору;

- химическая стойкость к воздействию жидкой разделяемой системы;

- температурная стойкость к разделяемым растворам;

- постоянство рабочих параметров при эксплуатации;

- достаточно высокая прочность, требуемая для хранения, транспортировки и установки мембран;

- возможность регенерации мембран и их низкая стоимость.

Однако мембранным методам присущ один недостаток - это увеличение концентрации растворенных веществ у рабочей поверхности мембраны. Это явление получило название концентрационной поляризации. Концентрационная поляризация приводит к снижению переноса веществ в пограничный слой, уменьшает удельную производительность мембран, а также негативно влияет на

срок службы мембранных модулей. Для снижения концентрационной поляризации чаще всего проводят турбулизацию потока разделяемого раствора, прилегающего к поверхности мембраны с помощью специальных вставок в виде сеток, спиралей, перфорированных листов, шариков; использованием ультразвука [29-31] и т. д.

Проведения процессов разделения растворов, в первую очередь, определяются физико-химическими свойствами мембран. При разделении растворов с помощью мембран необходимо учитывать взаимодействие между молекулами растворенных веществ и мембраны.

Мембранные методы классифицируют по типам мембран, движущим силам процесса и сферам применения.

Существуют четыре вида баромембранных методов разделения растворов (таблица 1.1):

микрофильтрация - процесс мембранного разделения с задержанием макромолекул размером свыше 0,1 мкм под действием перепада давления [17, 32];

ультрафильтрация - процесс мембранного разделения растворов под действием перепада давления с задержанием частиц размером свыше 3-10~3мкм [17, 32];

обратный осмос - процесс разделения растворов через мембрану, протекающий под действием перепада давления, превышающего осмотическое, с задержанием ионов и молекул;

нанофильтрация- это процесс мембранного разделения при высоком давлении через полупроницаемую мембрану, имеющую более открытую структуру, чем обратноосмотические мембраны. [17, 32, 33].

Выбор конкретного метода зависит от многих факторов и в первую очередь от характеристик разделяемого раствора и растворенных в нем веществ, удельной производительности процесса и степени очистки раствора.

Таблица 1.1 - Промышленные баромембранные процессы разделения растворов

Процесс Мембрана Движущая сила Метод разделения Применение

Микрофильтрация Симметричная микропористая мембрана с радиусом пор от 0,1 до 10 мкм Гидростатическое давление от 0,01 до 0,1 МПа Сетчатый механизм, обусловленный радиусом пор и адсорбцией Стерильное фильтрование и осветление растворов

Ультрафильтрация Асимметричная микропористая мембрана с радиусом пор от 1 до 10 мкм Гидростатическое давление от 0,05 до 0,5 МПа Сетчатый механизм Разделение высокомолекулярных растворов

Нанофильтрация Асимметричная мембрана, состоящая из активного слоя и подложки Гидростатическое давление от 0,5 до 2 МПа Механизм диффузии раствора Отделение солей и микрорастворен-ных веществ от растворов

Обратный осмос Асимметричная мембрана, состоящая из активного слоя и подложки Гидростатическое давление от 2 до 10 МПа Механизм диффузии раствора Отделение солей и низкомолекулярных веществ от растворов

Для промышленного применения мембранных методов разделения в данное время используют надежные, компактные и экономичные мембранные модули [17, 32, 34, 35].

Электромембранные процессы относятся к процессам жидкофазного разделения. Электромембранные процессы оригинальны как в конструктивном, так и технологическом оформлении, как методы деминерализации веществ в растворах, которые чувствительны к теплу и высокому давлению. Под действием электрического тока (внешнего электрического потенциала) можно достичь, в определенных пределах, довольно высокого ионного потока. Следовательно, толщина мембраны в

электромембранныхпроцессах не играет существенной роли, как при проведении других процессов [33].

В электромембранных процессах могут использоваться различные мембранные пакеты под действием свободной или вынужденной конвекции [33].

К основным видам электромембранных процессов относятся:

Электродиализ. В этом процессе используется, как правило, пакет, состоящий из чередующихся катионо- и анионообменных мембран, помещенными между анодом и катодом (рисунок 1.1).

Под действием высоко электрического потенциала происходит перенос катионов через катионообменную мембрану из разделяемого раствора в концентрат. Движение анионов происходит в противоположном направлении через анионообменную мембрану. При этом происходит задержание анионообменной мембраной катионов в концентрате, а с другой стороны происходит задержание катионообменной мембраной анионов [33]. Исходные растворы, протекая по большому количеству камер, очищаются от растворенных в них ионов электролита и концентрируются. В электродиализном процессе под действием электрической силы в результате разделения получаются два потока

раствора - это диализат и концентрат [36 - 43].

+_ _-

1 / С / 4 / С

© © © © © © © © © © © © © © ©

Диализат I

Рассол

Рисунок 1.1 - Схема разделения электродиализом: К - катионообменная мембрана; А - анионообменная мембрана

Электросорбция. Этот процесс технологически похож на электродиализ, но он относится к периодическим методам разделения растворов. Пакет мембран для электросорбции представляет собой набор сплющенных мембранных мешков,

имеющих с одной стороны катионообменные, а с другой анионообменные свойства (рисунок 1.2).

При наложении разности потенциалов катионы из исходного раствора переходят на катионообменную сторону мешка, а анионы на противоположную сторону. При этом происходит обеднение солями раствора, находящегося вне мешков, а внутри мешков концентрация солей возрастает. Удаление концентрированного раствора из мешков может производиться с помощью смены полярности накладываемого постоянного тока. Метод электросорбции прост в конструктивном и технологическом оформлении [33,44]. Такая простота метода и большая рабочая площадь мембран дают ему преимущества по сравнению с электродиализом [33].

Диализат

©— Ф7 Ф- -е ¿е -в

Исходный растдор

Рисунок 1.2 - Схема разделения электросорбцией: С - катионообменная мембрана; А - анионообменная мембрана; 1 - анод; 2 - повторяющийся элемент; 3 - катод; 4 - мембранный мешок

Транспортное обеднение. Процесс транспортного обеднения представлен на рисунке 1.3.

На практике анионообменные мембраны в плане стабильности уступают катионообменным мембранам. Адсорбция анионов на поверхности анионообменных мембран приводит к их дезактивации. Высокие значения плотности тока приводят к тому, что со стороны диализата концентрация ионов у поверхности мембран значительно снижается. Снижение концентрации может

приводить к тому, что у поверхности мембраны начинается процесс водного расщепления, изменяющий рН [33]. Рост кислотности приводит к ускоренному разрушению анионообменных мембран. Для того, чтобы избежать данного явления используют пакеты с нейтральными мембранами вместо анионообменных. При использовании таких мембран адсорбция анионов на поверхности мембраны и значение концентрационной поляризации сводится к минимуму. При транспортном обеднении плотности тока и удельная производительность могут варьироваться в широких пределах, однако, при равных значениях плотности тока степень очистки диализата при транспортном обеднении будет ниже, чем при электродиализе [44].

Исходный раствор

Рисунок 1.3 - Схема транспортного обеднения: С - катионообменная мембрана; К- нейтральная мембрана; 1 - анод; 2 - повторяющийся элемент; 3 - катод

Электрофорез. В большинстве случаев коллоидные частицы в промышленных сточных водах заряжены отрицательно. Такие коллоиды можно отделять или сконцентрировать методом электрофореза. Электрофоретическая ячейка состоит, как это показано на рисунке 1.4, из ряда ионообменных мембран и фильтров заключенных между электродами - анодом и катодом. Ионы, имеющие небольшой размер, под действием разности потенциалов переносятся через котионообменные мембраны, в то время как крупные коллоидные частицы

задерживаются. При этом через фильтры может свободно проходить вода и большинство коллоидных частиц. При наложении достаточно большой разности потенциалов происходит концентрация с анодной стороны фильтра коллоидных частиц, имеющих отрицательный заряд [33].

Концентрат

Рисунок 1.4 - Схема разделения при вынужденном электрофорезе: М -катионообменная мембрана; Б- фильтр; 1 - анод; 2 - повторяющийся элемент; 3 -катод

При подаче исходного раствора под давлением растворитель будет поступать в противоположную секцию сквозь фильтр. В тоже время анионы из секции с исходным раствором через мембрану переходят в секцию, расположенную на анодной стороне, катионы же через фильтр переносятся в секцию, расположенную с катодной стороны [33].

При необходимости очистки подаваемого раствора от ионов, имеющих малые размеры, целесообразно применять ионообменные мембраны взамен нейтральных. Перенос небольших катионов на катодную сторону мембраны можно предотвратить с помощью использования анионообменных мембран.

Электрофорез с использованием чередующихся катионообменных и нейтральных мембран можно с успехом применять для обессоливания воды [33].

Электрофорез требует сравнительно небольших затрат электроэнергии и протекает при небольшом перепаде давлений, что можно отнести к достоинствам данного метода [33].

Электроосаждение. Существование выше рассмотренных электромембранных процессов происходит при высоких скоростях потоков, а эффект свободной конвекции, обусловливаемый гравитацией, незначителен. По этой причине электроосаждение может успешно использоваться для разделения высокомолекулярных растворов (рис. 1.5).

В процессе электроосаждения также используются полупроницаемые мембраны. При использовании катионообменных мембран (рис. 1.5) проиисходит задержание анионов в анодной части камеры (I). С другой стороны, катионы, содержащиеся в камере (II) из анодной части будут переноситься в камеру (I) под действием разности потенциалов, что ведет к увеличению концентрации ионов у поверхности мембраны в анодной части камеры (I). Это приводит к разности плотностей раствора в анодной и катодной частях каждой камеры. Под действием сил тяжести будет происходить циркуляция раствора в камерах, при этом в верхней части концентрация раствора будет снижаться, а в нижней - расти. Ввод разделяемого раствора производится в середину камеры. Менее концентрированный раствор в катодной части камеры имеет большее электрическое сопротивление, вследствие чего, он будет сильнее нагреваться под действием электрического тока и его плотность будет снижаться. Возникающая при этом естественная конвекция положительно сказывается на процессе разделения [33].

Разбавленный раствор

С с с

1 // 1 1 & 2 1 / 1 1 ф 1 1

Концентрат

Рисунок 1.5 - Схема ячейки электроосаждения: С - катионообменная мембрана; 1 - анод; 2 - повторяющийся элемент; 3 - катод

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Попов Вадим Юрьевич, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Родионов, А.И. Технологические процессы экологической безопасности / А. И. Родионов, В. Н. Клушнн, В. Г. Систер // Калуга: Н. Бочкарева, 2000. - 800 с.

2. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. 3-е изд. / А.Н. Плановский, П.И. Николаев // М.: Химия, 1987. - 496 с.

3. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд. / А.Г. Касаткин // М.: Химия, 1973. - 752 с.

4. Кутепов, A.M. Теоретические основы химической технологии / A.M. Кутепов, Н.В. Соколов // Очистка производственных сточных вод. - 1981. - Т.15, №1. - С. 135-137.

5. Алексеев, Л.С. Улучшение качества мягких вод / Л.С. Алексеев, В.А. Гладков // М.: Стройиздат, 1994. - 152 с.

6. Гельфман, М.И. Коллоидная химия 2-е изд., стер. / М.И. Гельфман, О.В. Ковалевич, В.П. Юстратов // СПб.: Лань, 2004. - 336 с.

7. Ковалев, И.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности / И.Г. Ковалев, В.Г. Ковалев // М.: Химия, 1966. -724 с.

8. Petzold, G. Influence of humic acid on the flocculation of clay/ G. Petzold, U.Geissler, N. Smolka, S. Schwarz // Colloid Polym. Sci. - 2004. - 282 p.

9. Когановский, А.М. Адсорбция растворенных веществ. / А.М. Когановский, Т.М. Левченко // Киев: Наукова думка, 1977. - 223 с.

10. Васерман, И.М. Химическое осаждение из растворов / И.М. Васерман // Л.: Химия, 1980. - 208 с.

11. Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие / А.Г. Ветошкин // Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. - 188 c.

12. Стрельникова, О.Ю. Особенности механизма адсорбции формальдегида на цеолитах, модифицированных органосилоксанами. / О. Ю. Стрельникова, Л. И. Бельчинская, О. В. Воищева // Сорбционные и хроматографические процессы. - Воронеж: ВГУ - 2007. - Т. 7, Вып. 4. - С. 703-

13. Бельчинская, Л.И. Адсорбция формальдегида на минеральных нанопористых сорбентах, обработанных импульсным магнитным полем / Л. И. Бельчинская, Н. А. Ходосова, Л. А. Битюцкая // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2009. - Т. 45, № 2. - С. 218-221.

14. Ларин, Б.М. Эффективные способы реагентной и адсорбционной очистки воды на ТЭС от органических примесей. / Б.М. Ларин, А.И. Пирогов, А.А. Гришин // Общие вопросы химической технологии. - 2006. Т.15. - С. 109115.

15. Стрельникова, О. Ю. Адсорбционно-структурные характеристики природных минеральных сорбентов. / О. Ю. Стрельникова, Н. А. Ходосова, Л. И. Бельчинская // Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах: материалы 13 Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых - Москва-Клязьма: ИФХЭ РАН - 2009. - С. 130.

16. Трейбал, Р.З. Жидкостная экстракция / Р.З. Трейбал // М.: Химия, 1966. - 724 с.

17. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии/ Ю.И. Дытнерский // М.: Химия, 1991. - 496 с.

18. Дытнерский, Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет / Ю.И. Дытнерский // М.: Химия, 1986. - 272 с.

19. Дытнерский, Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей / Ю.И. Дытнерский // М.: Химия, 1975. - 252 с.

20. Matzinos, P. Effect of ionic strength on rinsing and alkaline cleaning of ultrafiltration inorganic membranes fouled with whey proteins / P. Matzinos, R. Alvares // J. Membr. Sci. - 2002. - Т. 208, № 1-2. - P. 23-30.

21. Joo-Hwa, T. Effects of hydraulic retention time on system performance of a submerged membrane bioreactor. / T. Joo-Hwa, J. L. Zeng, S. Darren Delai // Separ. Sci. And Technol. - 2003. - Т. 38, № 4. - P. 851-868.

22. Кретов, И.Т. Исследование процесса отделения пива от суспензии

избыточных дрожжей на установке с тангенциально-поточной микрофильтрацией / И.Т. Кретов, С.В. Шахов, А.И. Потапов, Е.С. Попов // Вестник Воронежской государственной технологической академии. Научно-теоретический журнал -2010. - № 1. - С. 38-41.

23. Пачина, О.В. Создание и исследование ультрафильтрационных полимерных мембран для выделения белка из творожной сыворотки / О.В. Пачина, В.М. Седелкин, Л.Ф. Рамазаева, А.Н. Суркова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 9. - C.70-73.

24. Пачина, О.В. Мембраны для выделения ценных компонентов из вторичного молочного сырья / О.В. Пачина, В.М. Седелкин, Л.Ф. Рамазаева, А.Н. Суркова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 7. - C.62-63.

25. Потехина, Л.Н. Мембранные технологии в переработке вторичного молочного сырья / Л.Н. Потехина, О.В. Пачина // В мире научных открытий. -2010. - №4 (10), Ч. 15. - C.117-118.

26. Водяков, В.Н. Гидродинамическая модель нестационарного процесса проточной микрофильтрации соков / В.Н. Водяков, В.В. Кузнецов // Хранение и переработка сельхозсырья. - М.:Пищевая промышленность - 2013 - № 3. - С. 811

27. Водяков, В.Н. Анализ нестационарного процесса проточной микрофильтрации соков / В.Н. Водяков, О.А. Кувшинова, В.В. Кузнецов // Хранение и переработка сельхозсырья. - М.:Пищевая промышленность - 2013 -№ 5. - С. 11-14

28. Водяков, В. Н. Ультрафильтрационное осветление яблочного сока / В. Н. Водяков, О. А. Алюханова // Техника и оборудование для села. - 2011. - № 6. -С. 17 -19.

29. Водяков, В.Н. Исследование воздействия ультразвуковых колебаний на яблочный сок/ В.Н. Водяков, О.А. Кувшинова, В.В. Кузнецов, Е.Н. Паксеваткин // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014 - №5.

30. Кретов, И.Т. Ультразвуковой мембранный элемент для отделения жидкой фракции от пивных дрожжей / И.Т. Кретов, С.В. Шахов, А.И. Потапов, Е.С. Попов, Д.С. Попов // Техника и оборудование для села. - 2009. - №23. - С. 30-31.

31. Кретов, И.Т. Разработка мембранного аппарата с пониженным уровнем концентрационной поляризации для регенерации пива из дрожжевого осадка в пивоваренной промышленности / И.Т. Кретов, С.В. Шахов, А.И. Потапов, Е.С. Попов, Д.С. Попов // Техника машиностроения. - 2009. - №3. - С. 42-44.

32. Krack, R. Chemicalaspectsofmembranecleaning / R. Krack//. Dan. DairyandFoodInd. Worldwide - 2002. - №13. - P. 70-71.

33. Corsin, P.Dessalement de l'eau de mer par osmose inverse: les vraisbesoinsetenergie. / P. Corsin, G. Mauguin. // Eau. ind. nuisances. - 2003. - №262, - P. 57-61.

34. Дытнерский, Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация / Ю.И. Дытнерский // M.: Химия, 1978. - 352 с.

35. Хванг, С.-Т. Mембранные процессы разделения. Пер. с англ. / С.-Т. Хванг, К. Каммермейер, под ред. Ю.И. Дытнерского // M.: Химия, 1981. - 464 с.

36. Карелин, Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом / Ф.Н. Карелин // M.: Стройиздат, 1988. - 208 с.

37. Духин, С.С. Обратный осмос и диэлектрические свойства мембран / С.С. Духин, Н.В. Чураев, А.Э. Ярощук // Химия и технология воды. - 1984. - Т. 6, № 4. - С. 291-301.

38. Пат. 2426584 Российская Федерация. В0Ш61/44. Способ разделения аминокислот и углеводов электродиализо / Елесеева Т.В., Крисилова Е.В., Орос Г.Ю., Шапошник В.А.; бюл. № 23 2011.

39. Пат. 2398618 Российская Федерация. B01D61/42, B01D61/46. Способ концентрирования растворов электролитов и электродиализатор для его осуществления / Заболоцкий В.И., Демин А.В., Окулич ОМ., Лакунин В.Ю., Слугин И.В.; бюл. № 25. 2010.

40. Пат. 2359530 Российская Федерация. A23L2/00, A23L2/385. Способ

получения концентрата виноградного сока / Исмаилов Т.А., Исламов М.Н., Абдуллаев А.А.; бюл. № 18. 2009.

41. Пат. 2261753 Российская Федерация. B01D61/44. Способ электрохимического получения из растворов солей твердых малорастворимых кислот, оснований и карбоната кальция, выпадающих в осадок при сдвиге значений рн растворов / Жак Б., Заболоцкий В.И., Никоненко В.В., Шельдешов Н.В., Литвинов С.Л., Шадрина М.В.; бюл. № 28. 2005.

42. Пат. 2426584 Российская Федерация. B01D61/44. Способ разделения аминокислот и углеводов электродиализом / Елисеева Т.В., Крисилова Е.В., Орос Г.Ю., Шапошник В.А.; бюл. № 23. 2011.

43. Пат. 2380145 Российская Федерация. B01D61/48. Многокамерный электродиализатор глубокой деминерализации / Заболоцкий В.И., Ташлыков Е.И.; бюл. № 3. 2010.

44. Пат. 2373272 Российская Федерация. C12H1/16, C12H1/02. Способ стабилизации вина / Исмаилов Т.А., Исламов М.Н., Абдуллатипов И.Г., Абдуллатипова Д.М.; бюл. № 32. 2009.

45. Пат. 69414 Российская Федерация. B01D61/00. Электродиализатор для очистки лизингидрохлорида от минеральных примесей / Кулинцов П.И., Бобринская Г.А., Загородных Л.А.; бюл. № 36. 2007.

46. Технологические процессы с применением мембран / пер. с анг. Л.А. Мазитова, Т.М. Мнацаканян; под ред. Р.Е.Лейси и С. Лёба. // М.: Мир. - 1979. -372 с.

47. Тихомолова, К.П. Электроосмос / К.П. Тихомолова //.- Л.: Химия. -1989. - 248с.

48. Пат. 2324529 Российская Федерация. B01D61/14. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа / Лазарев С.И., Вязовов С.В., Рябинский М.А.; бюл. № 14. 2008.

49. Пат. 2273512 РФ. B01D61/42. Электробаромембранный аппарат трубчатого типа / Лазарев С.И., Головашин В.Л., Мамонтов В.В.; бюл. № 10. 2006.

50. Байков, В.И. Нестационарная концентрационная поляризация при ламинарной ультрафильтрации в плоском канале / В.И. Байков, А.В. Бильдюкевич // ИФЖ. - 1994. - Т. 67, №1-2. - С. 103-107.

51. Пат. 2326721 Российская Федерация. B01D61/42. Электробаромембранный аппарат рулонного типа / Лазарев С.И., Абоносимов О.А., Рябинский М.А.; Бюл. № 17. 2008.

52. Бояршинов, С.В. Основы строительной механики машин. Учебное пособие для студентов вузов / С.В. Бояршинов // М.: Машиностроение, 1973. -456 с.

53. Белкин, А.Е. Расчет пластин методом конечных элементов. Учебное пособие / А.Е. Белкин, С.С. Гаврюшин. // М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 232 с.

54. Рейзлин, В.И. Численные методы оптимизации. Учебное пособие / В.И. Рейзлин // Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. -105с.

55. Литовка, Ю.В. Получение оптимальных проектных решений и их анализ с использованием математических моделей. Учебное пособие / Ю.В. Литовка // Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006. -160 с.

56. Банди, Б. Методы Оптимизации. Вводный курс / Б. Банди // М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.

57. ЗАО НТЦ Владипор [Офиц. сайт]. URL: http://www.vladipor.ru/ (дата обращения 25.09.2014).

58. Ковалев, Г.В. Пластифицирующее воздействие воды на у-облученную целлюлозу / Г.В. Ковалев, Л.Т. Бугаенко // Вестник Московского университета. Сер. 2. Химия. - 2002. Т. 43. № 1. - С. 67-70.

59. Мулдер, М. Введение в мембранную технологию: Пер. с англ. / М. Мулдер // М.: Мир, 1999. - 513 с.

60. Шиповская, А.Б. Фазовый анализ систем эфир целлюлозы - мезо-фазогенный растворитель: автореф. дис. д-ра хим. наук. - Саратов, 2009. - 32 с.

61. Чалых, А.Е. Диффузия в полимерных системах/А.Е.Чалых. // М.: Химия, 1987. - 312 с.

62. Рейтлинг, С.А. Проницаемость полимерных материалов/ С.А. Рейтлинг// М.: Химия, 1974. - 272 с.

63. Лазарев, С.И. Исследование диффузионной и осмотической проницаемости полимерных мембран / С.И.Лазарев, В.Б.Коробов, В.И.Коновалов // Тамб. ин-т хим. Машиностр, 1989. - 12 с.

64. Гребенюк, В.Д. Осмотическая и диффузионная проницаемость гомогенных ионообменных мембран / В.Д.Гребенюк, Т.Д. Гудрин // Коллоидный журнал. - 1987. - Т. 49, №2. - С. 336-339.

65. Новый справочник химика и технолога. Электродные процессы. Химическая кинетика и диффузия. Коллоидная химия / С.А. Симанова (общая редакция) // Санкт-Петербург: АНО НПО "Мир и Семья", 2004. - 838 с.

66. Гринчик, Н.Н. Процессы переноса в пористых средах, электролитах и мембранах / Н.Н. Гринчик // Минск: Изд-во АНК «Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова», 1991. - 252 с.

67. Детлаф, А.А. Курс физики. Механика. Основы молекулярной физики и термодинамики / А.А. Детлаф // М.: «Высшая школа», 1973. - 384 с.

68. Чалых, А.Е. Современные представления о диффузии в полимерных системах. / А.Е.Чалых, В.Б.Злобин // Успехи химии. - 1988. - Т. 57, Вып. 6. - С. 903-928.

69. Корчагин, В.И. Комплексное использование отработанных ионообменных смол при очистке сточных вод и в полимерных композициях / В. И. Корчагин, П.Т. Полуэктов // Журн. прикл. химии. - 2006. - Т. 79. Вып. 10. - С. 1633-1637.

70. Зисман, Г.А. Курс общей физики. Механика, молекулярная физика, колебания, волны / Г.А. Зисман // М.: Наука, 1974. - 336 с.

71. Чалых, А.Е. Современные представления о диффузии в полимерных системах / А.Е.Чалых, В.Б.Злобин // Успехи химии. - 1988. - Т. 57, Вып. 6. - С. 903-928.

72. Турбин, М.В. Визуализация аттракторов уравнений аномальной диффузии в полимерах / М.В. Турбин // Вестник ВГУ. - 2011. - №1. - С. 223-230.

73. Чалых, А.Е. Сорбция и диффузия воды в поливинилпирролидоне / А.Е. Чалых, В.К. Герасимов, А.А. Щербина, Г.С. Кулагина, Р.Р. Хасбиулин // Высокомолекулярные соединения. - 2008. - Т.50. №6. - С. 977-988.

74. Лазарев, С.И. Коэффициенты диффузионной проницаемости кальция сернокислого через мембранные элементы трубчатого вида / С.И. Лазарев, В.В. Мамонтов, С.В. Ковалев, К.С. Лазарев // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50. Вып. 5. - С. 120-122.

75. Заболоцкий, В.И. Перенос ионов в мембранах / В.И. Заболоцкий, В.В. Никоненко // М.: Наука, 1996. - 322 с.

76. Технологические процессы с применением мембран. Пер. с анг. / Л.А. Мазитова, Т.М. Мнацаканян; под ред. Р.Е.Лейси и С. Лёба. // М.: Мир, 1979. - 372 с.

77. Свитцов, А.А. Введение в мембранную технологию / А.А. Свитцов // М.: ДеЛипринт, 2007. -208 с.

78. Духин, С.С. Электрохимия мембран и обратный осмос/ С.С. Духин, М.П. Сидорова, А.ЭЯрощук // Л.: Химия, 1991. - 192 с.

79. Тимашев, С.Ф. Физикохимия мембран / С.В.Тимашев // М.: Химия, 1988. - 240 с.

80. Лазарев, С.И. Значение селективности в процессе обратноосмотического разделения / С.И. Лазарев, В.Б. Коробов // Науч.конф. ТГТУ - 1996. - С. 98.

81. Слесаренко, В.Н. Опреснение морской воды / В.Н. Слесаренко // М.: Энергоатомиздат, 1991. - 278 с.

82. Кестинг, Р.Е. Синтетические полимерные мембраны / Р.Е. Кестинг // М.: Химия, 1991. - 336 с.

83. Josa, G. Catalytic Membranes & Catalytic Membrane Reactors / G. Josa, S. Marcano, T. Tsotsis // John Wiley & Sons. - 2002. - P. 243.

84. Noble, R.D. Membrane Separations Technology / R.D. Noble, S.A. Stern. // Elsevier Science. - 2008. - P. 738.

85. Hunte, C Membrane Protein Purification and Crystallization: A Practical Guide, Second Edition / C. Hunte, G. von Jagow, H. Schagger // Academic Press. -2007. - P. 316.

86. Pabby, A.K. Handbook of Membrane Separations: Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological Applications / A.K. Pabby, S.H. Rizvi, A.M. Sastre // CRC - 2008 - P. 316.

87. Drioli, E. Membrane Contactors: Fundamentals, Applications and Potentialities, Volume 11 (Membrane Science and Technology) / E. Drioli, A. Criscuoli, E. Curcio. // Elsevier Science - 2005. - P. 316.

88. Strathmann, H. Ion-Exchange Membrane Separation Processes (Membrane Science and Technology, Volume 9) / H. Strathmann // Elsevier Science. - 2003. - P. 360.

89. Wang, W.K. Membrane Separations in Biotechnology, Second Edition, (Biotechnology and Bioprocessing Series) / W.K. Wang // CRC. - 2001. - P. 432.

90. Li, N. Advanced Membrane Technology and Applications / N. Li // Wiley-Interscience. - 2008. - P. 994.

91. Finean, J.B. Membrane Structures: Volume 1 (New Comprehensive Biochemistry / J.B. Finean // Elsevier Science & Technology. - 1981. - P. 272.

92. van Rijn, C.J.M. Nano and Micro Engineered Membrane Technology (Membrane Science and Technology, Vol 10) / C.J.M. van Rijn // Elsevier Science. -2004. - P. 398.

93. Hillis, P. Membrane Technology in Water and Wastewater Treatment (Special Publication) / P. Hillis // Royal Society of Chemistry. - 2000. - P. 398.

94. Osada, Y. Membrane Science and Technology. / Y. Osada // CRC. -2009. - P. 488.

95. Nunes, S.P. Membrane Technology: in the Chemical Industry / S.P. Nunes, K.-V. Peinemann // Wiley-VCH. - 2001. - P. 314.

96. Matsuura, T. Synthetic Membranes and Membrane Separation Processes / T. Matsuura // CRC. - 1993. - P. 480.

97. Брык, М.Т. Применение мембран для создания систем кругового водопотребления / М.Т. Брык, Е.А. Цапюк, К.Б. Греков // М. : Химия, 1990. - 40 с.

98. Агилар Перис, Х. Транспорт в мембранах. Пер. с англ. / Х. Агилар Перис // М.: Химия, 1985. - 340 с.

99. Baker, R. Membrane Technology and Applications / R. Baker // Wiley. -2004. - P. 552.

100. Pereira Nunes, S. Membrane Technology: in the Chemical Industry(2ed) / S. Pereira Nunes, K.-V. Peinemann // Wiley, VCH - 2006. - 354 p.

101. Pereira Nunes, S. Membrane Technology: in the Chemical Industry / S. Pereira Nunes, K.-V. Peinemann // Wiley, VCH - 2001. - 314p.

102. Porter, M.C. Handbook of Industrial Membrane Technology / M.C. Porter // 1990, 604.

103. Water Environment Federation. Membrane Systems for Wastewater Treatment // McGraw-Hill Education. - 2005. - 264 р.

104. Ивара, М. Механизм разделения растворенных веществ методом обратного осмоса: пер. с яп. / М. Ивара// Хёмэи. - 1978. - Т. 16, № 7. - С. 399-412.

105. Мазанко, А.Ф. Промышленный мембранный электролиз/ А.Ф. Мазанко, Г.М. Камарьян, О.П. Ромашин // М.: Химия, 1989. - 240 с.

106. Некрасов, Б.В. Курс общей химии / Б.В. Некрасов // М.: Госхимиздат, 1962. - 976 с.

107. Matsuura, T. Journal of Applied Polymer Science / T. Matsuura, S. Sourirajan // 1973. - vol. 17, №12. - P. 3661-3662.

108. Tone, S. Journal of membrane Science / S. Tone // 1984. - vol. 19. - p. 195-208.

109. Киреев, В.А. Физическая химия / В.А. Киреев // М.: Химия, 1970 -

776c.

110. Брык, М.Т. Ультрафильтрация / М.Т. Брык, Е.А. Цапюк // - Киев.: Наукова думка, 1989. - 157 с.

111. Бестереков, У. Разделение водных растворов капролактама методом обратного осмоса / У. Бестереков, Н.В. Кочергин, Ю.И. Дытнерский // Труды МХТИ. - 1976. - Вып. 90. - С. 147-150.

112. Ясминов, А.А. Разделение растворов низкомолекулярных органических веществ методом обратного осмоса / А.А. Ясминов, В.Т. Калгада,

A.В. Кожевников // Химическая промышленность. - 1978. - №10. -С. 25-30.

113. Волынский, А.Л. Влияние взамодействия пенетрат-мембрана на проницаемость полимерных мембран, получаемых вытяжкой полимерных пленок в жидких средах / А.Л. Волынский, О.В. Козлова, Л.М. Ярышева // М.: МГУ, 1985. - 15с.

114. Маццура, Т. Выделение веществ / Т. Маццура // М.: ВЦП, 1975. - 98с.

115. Днепровский, А.С. Теоретические основы органической химии / А.С. Днепровский, Т.И. Темникова // Л.: Химия, 1979. - 520с.

116. Духин, С.С. Расчет селективности мембран при обратноосмотическом разделении многокомпонентных растворов электролитов с учетом межфазного скачка потенциала / С.С. Духин, Р.Г. Кочаров, Л.Э.Р. Гутиеррас. // Химия и технология воды. - 1987. - Т.9, №2. -С.99-103.

117. Волгин, В.Д. Математическое описание процесса обратного омоса /

B.Д. Волгин, Е.Д. Максимов, В.И. Новиков // Химия и технология воды. - 1989. -Т. 2, №3 - С.222-225.

118. Поляков, С.В. Расчет концентрационной поляризации в аппаратах обратного осмоса с плоскокамерными фильтрующими элементами / С.В. Поляков,

В.Д. Волгин, Е.Д. Максимов, Ю.Е.Синяк // Химия и технология воды. - 1982 -Т.4, №3. - С.299-304.

119. Прохоренко, Н.И. Зависимость характеристик ацетатцеллюлозных мембран в процессе обратного осмоса от температуры и природы электролита / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // ДАН УССР. Сер. Б. - 1988. №1. - С.50-53.

120. Лукъянов, А.Б. Физическая и коллоидная химия / А.Б. Лукъянов // -М.: Химия, 1988. - 210 с.

121. Антропов, Л.И. Теоретическая электрохимия / Л.И. Антропов // М.: Высш. Шк, 1975. - 36 с.

122. Влияние рабочего давления на кинетические характеристики обратноосмотического разделения промывных вод, содержащих каптакс / С.В. Ковалев, К.С. Лазарев, Е.Ю. Кондракова, Е.С. Бакунин // Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. -2011. - Т. 16, ваып.5. - С. 5 - 9.

123. Кочаров, Р.Г. Расчет установок мембранного разделения жидких смесей / Р.Г. Кочаров, Г.Г.Каграманов // М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2001. -128 с.

124. Кочаров, Р. Г. Теоретические основы обратного осмоса. Учебное пособие / Р. Г. Кочаров // М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2007. - 143 с.

125. Горячий, Н.В. Электромембранные процессы. Учебное пособие / Н.В. Горячий // М.: РХТУ им.Д.И.Менделеева, 2007. - 89 с.

126. Свитцов, А.А. Основы проектирования производств, использующих мембранное разделение. Учебное пособие / А.А. Свитцов // М.: РХТУ им.Д.И. Менделеева, 2007. - 105 с.

127. Рябинский, М.А. Кинетика электрохимического мембранного выделения анилина и морфолина из промышленных стоков органического синтеза: Автореф. дис. канд - та техн. наук. - Тамбов: ТГТУ, 2009. - 16 с.

128. Ковалев, С.В. Кинетика обратноосмотического разделения гальваностоков и многокомпонентных сульфатсодержащих растворов: Автореф. дис. д - ра техн. наук. - Тамбов: ТГТУ, 2009. - 32 с.

129. Терпугов, Г.В. Очистка сточных вод технологических жидкостей машиностроительных предприятий с использованием неорганических мембран / Г.В. Терпугов // М.:РХТУ им. Менделеева, 2000. - 96с.

130. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье // М.: Химия, 1984. - 448с.

131. Богданов, А.П. Физико-химические характеристики обратноосмотических мембран с тонким делящим слоем / А.П. Богданов, Н.В. Чураев, М.И. Эман // Коллоидный журнал. - 1988. - Т.50, №6. - С. 1058-1061.

132. Ярощук, А.Э. Обратный осмос и диэлектрические свойства мембран / А.Э. Ярощук, Е.В. Мещерякова // Химия и технология воды. - 1983. - Т. 5, №1. -С. 8-12.

133. ООО ЭКОПРОЕКТСЕРВИС [Официальный сайт] Ш1: http://epsomsk.ru (дата обращения 25.10.2014).

134. Писаренко, Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.Б. Яковлев, А.А. Матвеев // Киев: Наукова думка. - 1975. - 704с.

135. Степанов, Р.Д. Расчет на прочность конструкций из пластмасс, работающих в жидких средах / Р.Д. Степанов, О.Ф. Шленский // М.: Машиностроение, 1981. - 136 с.

136. Рудобашта, С.П. Расчет эффективного коэффициента диффузии по структурным характеристикам полимеров / С.П. Рудобашта, А.М. Климов, Ю.А. Тепляков, В.М. Нечаев // Вестник ТГТУ. - Т.18, №4. - 2012. - с.881 - 888.

137. Кочетов, В.И. Оптимальное проектирование процессов для производства полимерных и резинотехнических изделий / В.И. Кочетов // М.: Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2000. - №4 - С. 20-22.

138. Кочаров, Р.Г. Расчет установок мембранного разделения жидких смесей / Р.Г. Кочаров, Г.Г. Каграмов // Издательский центр Российского химико-технологического университета им. Менделеева, 2001. - 128 с.

139. Платэ, Н.А. Мембранные технологии - авангардное направление развития науки и техники XXI века. [Интернет - ресурс] URL: http: //www. chem. msu. su/rus/j ournals/membranes/1/st0. htm (дата обращения 25.05.2015).

140. Фокина, О.М. Экономика организации (предприятия): учебное пособие / О.М. Фокина, А.В. Соломка // М.: КНОРУС, 2010. - 210с.

141. Учебно-методические материалы для слушателей. Текст лекций «Мировой и российский мембранный рынок».

142. Мяченков, В.И. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов / В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майбороода // М: Машиностроение, 1989. - 520с.

143. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в 3-х томах. Т. 1 / Под редакцией И.А. Биргера и Я.Г. Пановко // М.: Машиностроение», 1988 - 415 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение А Методика определения анилина

Методикаоснована на реакции диазотировании анилина и азосочетаний с R-солью (натриевой солью 2- нафтол- 3, 6- сульфокислоты) с образованием красителя пунцового Т.

Чувствительность метода 0,1 мг/л.

Реактивы:

Гидроокись натрия, 10 % раствор.

Хлористоводородная кислота, 1н. раствор.

Бромид калия, 5 % раствор.

Нитрит натрия 0,1 н. раствор, применяют свежеприготовленным.

Карбонат натрия, 2 н. раствор.

Я- соль, 2 % раствор, применяют свежеприготовленным.

Ход определения.

К 50 мл.исследуемого раствора добавляют 2 мл. 1н. раствора хлористоводородной кислоты, 2 капли 5 % раствора бромида калия и 1 мл. 0,1н. раствора нитрита натрия. Раствор перемешивают и оставляют на 30 мин. Затем добавляют 3 мл. 2 н. раствора карбоната натрия и 0,4 мл. 2 % раствора R- соли. Раствор перемешивают и оставляют на 1 час, за это время развивается максимальная розовая окраска. Фотометрируют на ФЭК с зеленым светофильтром в кюветах с толщиной оптического слоя 5 см, по отношению к дистиллированной воде, проведенной через весь анализ, и по калибровочному графику определяют концентрацию анилина.

Комплексометрический метод определения железа

Реактивы:

-5

- Азотная кислота, плотность 1.4 г/см .

- Разбавленный раствор аммиака (1:1).

- Сульфосалициловая кислота.

- ЭДТА, раствор 1,86г ЭДТА в 1л дистиллированной воды.

К анализируемому объему сточных вод добавляют 1-2мл азотной кислоты. Раствор нагревают до кипения и кипятят. При этом происходит окисление железа до трехвалентного состояния. Затем, немного охладив раствор, производят осаждение железа внесением в раствор аммиака.

Полученный осадок гидроксида железа отфильтровывают, промывают горячей водой, растворяют на фильтре небольшим количеством соляной кислоты с последующей промывкой фильтра горячей водой. Полученный раствор разбавляют до объема 100-150мл. После этого производят нейтрализацию раствором аммиака до рН=2, нагревают раствор до 60°С с добавлением кристалла сульфосалициловой кислоты и титруют раствором ЭДТА до изменения окраски раствора с красной в желтую.

Общее содержание железа в мг/л вычисляют по следующей формуле:

аГ-1000

л" =-,

V

где а - объем раствора ЭДТА, затраченного на титрование, мл;

Т - число миллиграммов железа, эквивалентное 1мл раствора ЭДТА;

V - объем анализируемых сточных вод, мл.

Экстракционно-фотометрический метод определения олова

Реактивы:

- Серная кислота, 9н. раствор.

- Иодид калия, 5М раствор.

- Толуол чда.

- Едкий натр, 5н. и 0.1н. растворы.

- Соляная кислота, 5н. раствор.

- Аскорбиновая кислота, 5% свежий раствор.

- Пирокатехиновый фиолетовый, 0.05% раствор.

- Ацетат натрия, 2% раствор.

- Аммиак, 5н. раствор.

- Стандартные растворы соли олова.

В пробу анализируемой сточной воды добавляют 25мл 9н. серной кислоты, выпаривают до малого объема и приливают 1-2мл азотной кислоты. Нагрев продолжают до появления белых паров серной кислоты. Полученный раствор охлаждают, добавляют 25мл воды, перемешивают и переливают раствор в делительную воронку. В раствор приливают 2.5мл раствора иодида калия и перемешивают. Затем добавляют 10мл толуола и сильно встряхивают в течение 2мин. После этого дают смеси отстояться с образованием слоев и производят отделение водной фазы. Слой органического растворителя промывают 25мл 9н. серной кислоты и 2.5мл иодида калия, не допуская при этом взбалтывания. После этого проводят реэкстракцию, обрабатывая 5мл дистиллированной воды с внесением по каплям 5н. раствора едкого натра до обесцвечивания и 2 каплей дополнительно. Раствор встряхивают в течение 30с, затем дают смеси расслоиться и сливают водный слой в стакан объемом 50мл. Затем производят повторную реэкстракцию с помощью 3 мл 0.1н раствора едкого натра, а водную фазу добавляют к полученной ранее. При этом слой толуола сохраняют.

После этого производят подкисление раствора 2.5мл 5н. соляной кислоты, с помощью внесения по каплям раствора аскорбиновой кислоты обесцвечивают выделившийся йод. В раствор добавляют 2мл раствора пирокатехинового фиолетового и перемешивают. Сохраненный слой органического растворителя промывают без взбалтывания 5мл раствора ацетата натрия. Полученную при этом промывную воду добавляют к водному раствору в стакане. Раствор перемешивают и вносят 5н. раствор аммиака до установления рН=3.8. Раствор переливают в мерную колбу вместимостью 25мл и разбавляют водой до метки. После этого раствор перемешивают и дают отстояться. По истечении 30мин. Производят измерение оптической плотности полученного раствора при Л =552нм.

Результат измерения концентрации олова определяют по калибровочному графику.

Фотометрический дитизоновый метод определения цинка

Реактивы:

- Дистиллированная вода.

- Хлорид цинка, стандартные растворы.

- Соляная кислота, приблизительно 1н.

- Дитизон.

- Буферный ацетатный раствор.

- Тиосульфат натрия, раствор.

- Тетрахлорид углерода чда.

- Цитрат натрия, раствор.

Пробу сточных вод предварительно обрабатывают таким образом, чтобы в 10мл раствора содержалось 0.5-5мкг цинка. После этого приводят рН к 2-3 внесением соляной кислоты или раствора едкого натра. 10мл подготовленного раствор переносят в делительную воронку вместимостью 125мл. В воронку добавляют 5мл ацетатного буферного раствора, 1мл раствора тиосульфата натрия, после чего раствор перемешивают. Затем приливают 10мл раствора дитизона11 и сильно взбалтывают в течение 4мин. Затем дают раствору расслоиться, высушивают внутреннюю поверхность трубки воронки фильтровальной бумагой, опускают нижний слой СС14 в кювету с толщиной слоя 1-5см и производят измерение оптической плотности при Л=535нм. Результат измерения определяют по калибровочному графику.

Приложение Б

Таблица 1 - Экспериментальное исследование коэффициента извлечения на

однокамерном модуле

Раствор Тип г,с Сисх, 1, А/м2 Р, Па Т, К Cпер, Киз

мембраны кг/м3 кг/м3 эксп. расч.

12.8 2.59 3.70 3.92

МГА-100 14400 0.7 25.6 4*106 293 3.40 4.85 4.81

38.4 4.20 6.00 5.72

51.2 5.40 7.71 7.79

12.8 0.41 0.82 0.81

ОПМ-К 14400 0.5 25.6 4*106 293 0.48 0.96 0.97

38.4 0.52 1.04 0.99

51.2 0.57 1.14 1.00

1 7.10 10.14 10.16

МГА-100 14400 0.7 12.8 2 293 5.70 8.14 8.21

3 4.30 6.14 5.77

4 2.59 3.70 4.05

1 0.78 0.97 0.96

ОПМ-К 14400 0.8 12.8 2 293 0.74 0.93 0.93

3 0.69 0.86 0.86

Анилина 4 0.64 0.81 0.80

0.5 2.10 4.20 4.27

МГА-100 14400 0.7 12.8 4 293 2.59 3.70 3.55

0.98 2.94 3.00 2.97

1.36 3.28 2.41 2.52

0.186 0.16 0.93 0.89

ОПМ-К 14400 0.41 12.8 4 293 0.42 0.82 0.84

0.648 0.67 0.81 0.80

0.891 0.90 0.81 0.78

293 2.59 3.70 3.67

МГА-100 14400 0.7 12.8 4 298 2.45 3.50 3.50

305 2.24 3.20 3.25

318 1.95 2.78 2.75

293 0.65 0.81 0.81

ОПМ-К 14400 0.8 12.8 4 298 0.64 0.80 0.80

305 0.63 0.78 0.77

318 0.60 0.75 0.76

Таблица 2 - Экспериментальное исследование удельного потока на однокамерном модуле_

Раствор Тип Г,с Сисх, 1, А/м2 Р, Па Т, К Спер, Р106 м3/м2с

мембраны кг/м3 кг/м3 эксп. расч.

1 7.10 0.85 0.95

МГА-100 14400 0.7 12.8 2 293 5.70 1.46 1.64

3 4.30 2.16 2.33

4 2.59 3.22 3.02

1 0.78 2.63 2.95

ОПМ-К 14400 0.8 12.8 2 293 0.74 4.06 4.45

3 0.69 5.42 5.95

4 0.64 8.19 7.45

0.5 2.10 3.27 3.09

МГА-100 14400 0.7 12.8 4 293 2.59 3.22 3.02

0.98 2.94 3.11 2.94

Анилина 1.36 3.28 2.92 2.87

0.186 0.16 8.68 8.76

ОПМ-К 14400 0.41 12.8 4 293 0.42 8.45 8.00

0.648 0.67 8.18 7.45

0.891 0.90 7.49 7.05

293 2.59 3.22 3.02

МГА-100 14400 0.7 12.8 4 298 2.45 3.30 3.12

305 2.24 3.44 3.31

318 1.95 3.89 3.93

293 0.65 8.19 7.45

ОПМ-К 14400 0.8 12.8 4 298 0.64 8.42 7.82

305 0.63 9.02 8.46

318 0.60 10.12 10.16

Таблица 3 - Экспериментальное исследование коэффициента извлечения на

семикамерном модуле

Раствор Тип мембраны Г,с Cисх, кг/м3 1, А/м2 Р, Па Т, К Cпер, кг/м3 Киз

3600 0.625 7.1 25.83

7200 0.49 19.6 4 293 6.85 17.80

10800 0.365 6.5 13.97

Анилина МГА-100 14400 0.24 6.2 11.36

3600 0.48 2.8 6.68

7200 0.445 4.3 4 293 2.74 6.45

10800 0.415 2.68 6.15

14400 0.395 2.64 5.83

Окончание таблицы 3

Раствор Тип мембраны Г,с Сисх, кг/м3 i, А/м2 Р, Па T, К Спер, кг/м3 Киз

3600 0.681 5 9,68

7200 0.605 9.8 4 293 4.8 8.70

10800 0.54 4.7 7.93

Анилина ОПМ-К 14400 0.475 4.6 7.33

3600 0.74 1.4 2.01

7200 0.72 4.3 4 293 1.4 1.94

10800 0.695 1.35 1.94

14400 0.67 1.35 1.89

Таблица 4 -Экспериментальное исследование по влиянию неорганических веществ на обратноосмотическое разделение водных анилинсодержащих растворов_

Тип мембраны Сисх, кг/м3 pH Спер, кг/м3 Киз Упер*103 3 ,м J*106, 32 м /м c

Анилина Неорг. Анилина Анилина

1 2 3 4 5 7 9 10

МГА-100 0.96 H2SO4 6.7 1.27 1.323 0.0383 2.73

0.18 5.0 0.64 0.667 0.0379 2.70

0.29 4.0 0.52 0.542 0.0382 2.72

0.38 3.5 0.43 0.448 0.0386 2.70

0.50 3.0 0.33 0.344 0.0386 2.73

0.66 HCl 6.7 0.95 1.439 0.0414 2.95

0.50 5.0 0.42 0.636 0.0411 2.93

0.92 3.9 0.33 0.5 0.0414 2.95

1.50 3.0 0.25 0.379 0.0408 2.91

ОПМ-К 0.96 H2SO4 6.7 0.597 0.622 0.1046 7.45

0.18 5.0 0.489 0.509 0.1049 7.47

0.29 3.9 0.420 0.438 0.1043 7.43

0.38 3.5 0.350 0.365 0.1046 7.45

0.50 3.0 0.262 0.273 0.1047 7.48

0.66 HCl 6.7 0.400 0.606 0.1088 7.75

0.50 5.0 0.350 0.530 0.1081 7.70

0.97 3.9 0.290 0.439 0.1081 7.70

1.50 3.0 0.206 0.312 0.1088 7.75

Таблица 5 - Зависимость коэффициента задержания и удельной производительности мембран МГА-95 и МГА-80П для многокомпонентного водного раствора от концентрации и давления

Сисх •102, кг/м3 Спер •103, кг/м Результаты

Тип мембраны Водный раствор Р, МПа Параметры К 1х 106, м3/(м2х)

эксп. расч. эксп. расч.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Железо 3.9 6.00 0.846 0.837

1,5 Олово Цинк 6.4 5.0 6.72 10.00 0.895 0.800 0.896 0.795 2.14 2.09

МГА-95 2 Железо Олово Цинк 3.9 6.4 5.0 5.50 5.60 8.00 0.859 0.912 0.840 0.874 0.910 0.844 3.21 3.26

Железо 3.9 3.90 0.900 0.902

3 Олово Цинк 6.4 5.0 5.40 6.50 0.915 0.870 0.918 0.883 5.56 6.00

Железо 3.9 3.12 0.920 0.913

Сточные воды 4 Олово 6.4 5.12 0.920 0.919 7.97 7.94

ОАО«Электроприбор», Цинк 5.0 4.50 0.910 0.899

г. Тамбов Железо 3.9 11.00 0.717 0.720

1,5 Олово 6.4 8.00 0.875 0.882 4.27 4.26

Цинк 5.0 8.90 0.822 0.821

Железо 3.9 8.90 0.771 0.765

2 Олово 6.4 5.80 0.909 0.896 6.55 6.32

МГА-80П Цинк 5.0 7.50 0.850 0.847

Железо 3.9 8.10 0.792 0.803

3 Олово Цинк 6.4 5.0 5.60 7.30 0.912 0.854 0.903 0.866 9.97 10.44

Железо 3.9 6.90 0.823 0.817

4 Олово Цинк 6.4 5.0 6.80 6.00 0.893 0.880 0.904 0.871 14.80 14.56

Приложение В

Текст программы расчета геометрических параметров корпуса рулонного модуля

//---------------------------------------------------------------------------

#include <vcl.h> #pragma hdrstop #include<math.h>

#include "Unitl.h"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragma package(smart_init) #pragma resource "*.dfm" TForml *Form1;

double X[6][5]={{4,4,4,4,4},

{5,4,4,4,4}, {4,5,4,4,4}, {4,4,5,4,4}, {4,4,4,5,4}, {4,4,4,4,5}};

int P=1; double p=6,E;

doubleRoundFloat(double X, int P){

double m, FX;

m=pow(10,P);

X=X*m;

FX=Frac(X);

X=Int(X);

if(FX>=0){

if(FX>=0.5) X=X+1; }

else if(FX<-0.5) X=X-1;

return X/m; }

typedefstruct{ doubleXOpt[5]; doubleVOpt; }Optimum;

//---------------------------------------------------------------------------

double V(double x[5]){

return 254.34*x[0]+9244.16*x[1]+4289.87*x[2]+4289.87*x[3]+20351.12*x[4]+298953.9; }

//---------------------------------------------------------------------------

double R1(double y){

return (y>=0) ? 0 :pow(-y,P); }

double R2(double y){

returnpow(fabs(y),P); }

//---------------------------------------------------------------------------

doublealfa(double x[5]){ double min[5]={4,4,4,4,4}; double max[5]={15,15,15,15,17}; double g[10],h[5],res=0;

for(inti=0;i<5;i++) g[i]=x[i]-min[i]; for(inti=5;i<10;i++) g[i]=max[i-5]-x[i-5]; for(inti=0;i<10;i++) {

res+=R1(g[i]); }

h[0]=(1.77*p*(107.б9*pow(x[0],3)+21б9.585*pow(x[2],2)))/(240*pow(x[0],2)*(5.572*pow(x[2],2)+ 2.183*pow(x[0],3)))+(1127.52*p)/(240*pow(x[0],2))-1;

h[1]=(б*p*(107.б9*pow(x[0],3)+21б9.585*pow(x[2],2)))/(1б0*pow(x[1],2)*(5.572*pow(x[2],2)+2.1 83*pow(x[0],3)))-1;

h[2]=(27.5*p)/(240*x[2])+(б*p*(107.б9*pow(x[0],3)+21б9.585*pow(x[2],2)))/(240*pow(x[2],2)*(5.5 72*pow(x[2],2)+2.183*pow(x[0],3)))-1;

h[3]=(6*p*636842.1)/(240*(11.886*pow(x[4],3)+1157.86*pow(x[3],2)+265.1*x[3]*x[4]))+(27.5*p)/( 240*x[3])-1;

h[4]=217.1/pow(x[4],2)+(250000*pow(x[3]/x[4],2))/(11.886*pow(x[4],3)+1157.86*pow(x[3],2)+265. 1*x[3]*x[4])-

(76800*x[3]/x[4])/(11.886*pow(x[4],3)+1157.86*pow(x[3],2)+265.1*x[3]*x[4])+11.9/(x[3]*x[4])+0. 0658-1;

for(inti=0;i<5;i++) res+=R2(h[i]);

return res; }

double alfa2(double x[5]){ double g[10],h[5],res=0;

h[0]=(1.77*p*(107.69*pow(x[0],3)+2169.585*pow(x[2],2)))/(240*pow(x[0],2)*(5.572*pow(x[2],2)+ 2.183*pow(x[0],3)))+(1127.52*p)/(240*pow(x[0],2))-1;

h[1]=(6*p*(107.69*pow(x[0],3)+2169.585*pow(x[2],2)))/(160*pow(x[1],2)*(5.572*pow(x[2],2)+2.1 83*pow(x[0],3)))-1;

h[2]=(27.5*p)/(240*x[2])+(6*p*(107.69*pow(x[0],3)+2169.585*pow(x[2],2)))/(240*pow(x[2],2)*(5.5 72*pow(x[2],2)+2.183*pow(x[0],3)))-1;

h[3]=(6*p*636842.1)/(240*(11.886*pow(x[4],3)+1157.86*pow(x[3],2)+265.1*x[3]*x[4]))+(27.5*p)/( 240*x[3])-1;

h[4]=217.1/pow(x[4],2)+(250000*pow(x[3]/x[4],2))/(11.886*pow(x[4],3)+1157.86*pow(x[3],2)+265. 1*x[3]*x[4])-

(76800*x[3]/x[4])/(11.886*pow(x[4],3)+1157.86*pow(x[3],2)+265.1*x[3]*x[4])+11.9/(x[3]*x[4])+0. 0658-1;

return res; }

//---------------------------------------------------------------------------

double CF(double x[5], double rk){

return V(x)+rk*alfa(x); }

//---------------------------------------------------------------------------

double Simplex(double x[6][5]){

double f[6],xc[5],xo[5],xr[5],xs[5],fs,fr,fo,fc;

doublealfa=1, betta=2, gamma=0.5;

double sigma2, F; doubleftemp,xtemp[5]; bool t=true; double u[5];

Рэ^тй^Кб^+Х

for(int j=0;j<5;j++) u[j]=X[i][j];

f[i]=CF(u,100000000); }

do{ t=true;

while(t==true){ t=false;

for(inti=0;i<5;i++){ if(f[i]<f[i+1]){

ftemp=f[i]; f[i]=f[i+1]; f[i+1]=ftemp; for(int j=0;j<5;j++){

xtemp[j]=x[i][j]; x[i][j]=x[i+1][j];