Расчет удельного потока растворителя баромембранного разделения водных растворов крахмально паточных производств Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 66. 061.3:532.7!

РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО ПОТОКА РАСТВОРИТЕЛЯ БАРОМЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КРАХМАЛЬНО-ПАТОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

© С.И. Лазарев, В.Л. Головашин, A.A. Горбачев

Lazarev S.I., Golovashin V.L., Gorbachev A.A. The calculation of water solutions baro-membrane division solvent specific flow in starch-treacle production. The article proposes an approximate ratio that describes change in solvent specific flow through membranes depending on dissolved substances concentration.

При переработке картофеля, в процессе производства крахмала и патоки, образуются большие объемы водной массы паточной барды. Утилизация барды ограничена из-за больших объемов. При биологическом окислении выделяются промежуточные продукты, обладающие неприятным запахом, что сдерживает применение данного метода.

Нами проводились экспериментальные исследования обратноосмотического и ультрафильтрационного разделения паточной барды с целью ее дальнейшей переработки и использования во вторичных производствах.

Методика проведения экспериментов и схема лабораторной установки подробно описана в работе [1]. В экспериментальных исследованиях использовались обратноосмотические мембраны: МГА-100, ОПМ-К и ультрафильтрационные мембраны УПМ-К и УАМ-150. Средняя температура раствора составляла 20 °С, рабочее давление при ультрафильтрации - 0,35 МПа, при обратном осмосе - 4,0 МПа, скорость раствора в меж-мембранном канале 0,25 м/с, эксперимент длился 5,4-10Ч с. Анализ растворенных веществ в водном растворе осуществляли по химическому потреблению кислорода (ХПК) [2]. Результаты экспериментальных данных представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Результаты экспериментов при различных видах мембран

Таблица 1

МГА-100 ОПМ-К УАМ-150 УПМ-К

а 1,04 1,03 1,08 1,08

п -0,056 -0,048 -0,082 -0,023

Таблица 2

Тип мембраны АЛ МПа г ^рст» кг/м3 jЭКС11., м/с *^расч м/с А, %

МГА-100 4,0 2,1 3,58 3,53 -1,69

3,1 3,54 3,56 0,74

3,8 3,46 3,53 1,93

4,2 3,44 3,51 1,84

6,6 3,37 3,26 -3,31

ОПМ-К 4,0 2,1 3.1 3,8 4.2 6,6 9,64 9,45 -2,04

9,44 9,59 1,42

9,35 9,52 1,74

9,25 9,45 2,04

9,14 8,81 -3,7

УПМ-К 0,35 2,69 3,5 4.2 5.2 6,87 10,3 1,2 -1,97

9,99 10,2 1,54

9,82 10 2,06

9,68 9,79 1,04

9,54 9,26 -3,06

УАМ-150 0,35 2,69 3,5 4.2 5.2 6,87 5,53 6,07 8,92

5,41 5,6 3,36

5,29 5,3 0,135

5,27 4,96 -6,3

5,12 4,49 -14,11

В данной работе предложено аппроксимационное соотношение (1) на основе зависимости из работы [3], описывающее изменение удельного потока растворителя через мембраны в зависимости от концентрации растворенных веществ, облегчающее проведение инженерных расчетов баромембранных аппаратов.

J-KJ>^a^Ctm, (1)

где К - коэффициент водопроницаемость мембраны м3/м2-с,Па; АР - приложенное давление Па; С^т - концентрация растворенных веществ в ретентате, кг/м3; а, п - числовые коэффициенты.

Значения коэффициентов а и п приведены в таблице 1.

Удельный поток растворителя с ростом концентрации уменьшается на всех видах мембран. Для обратноосмотических мембран наибольшее влияние на процесс разделения оказывает явление концентрационной поляризации. В результате повышения концентрации в примембранном слое происходит повышение осмотического давления раствора, обезвоживания рабочего слоя мембран, изменения структуры пограничного слоя, повышение вязкости раствора. Данные эффекты в совокупности приводят к уменьшению удельного потока растворителя через мембраны. Вероятно, на снижение удельного потока для процесса ультрафильтрации оказывает гелеобразование.

Падение удельного потока растворителя через мембраны происходит и по причине изменения структуры примем-бранного слоя. Структура примембранного пограничного слоя зависит от знака заряда поверхности активного слоя мембраны и свойств растворенного вещества (его способности к гидратации, к образованию водородных связей и электростатическому взаимодействию).

Из рис. 1 и табл. 2 видно, что наибольшее падение производительности (по сравнению с дистиллированной водой) характерно для полисульфонамидных мембран, имеющих частичный положительный заряд [4], что связано с ассоциацией молекул сахарозы и материала активного слоя мембраны. Для ацетатцеллюлоз-ных мембран падение производительности проявляется в меньшей степени.

Анализ опытных и расчетных данных, приведенных в таблице 2, показывает их хорошее совпадение (расхождение составляет не более 15 %), что позволяет использовать формулу (1) в инженерных расчетах ба-ромембанных аппаратов. Сравнение экспериментальных и расчетных данных по удельному потоку растворителя приведено в таблице 2.

ЛИТЕРАТУРА

1. Очистка сточных вод производства сульфенамида Ц обратным осмосом / Лазарев С.И., Коробов В.Б., Клиот М.Б. и др. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1993. № 6. С. 79-80.

2. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа сточных вод. М.: Химия, 1973.976 с.

3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1980. 278 с.

4. Брык М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. Киев: Наукова думка. 1989. 288 с.

Поступила в редакцию 10 апреля 2003 г.