Суларды бояғыштардан тазалаудың мембраналық аппараттын жасау
Кіріспе
1. Бояғыштардан ақаба суларды тазалау кезінде мембраналық процестерді қолдану бастамалары
2. Су ағыннан бояғыштарды ультрасүзгілік бөлу процесін анықтау
3. Бояғыштардан ақаба суларды ультрасүзгілік тазалау процесінің нәтижелері мен тәжірибелі.өнеркәсіптік сынақ нәтижелері
Қорытынды
1. Бояғыштардан ақаба суларды тазалау кезінде мембраналық процестерді қолдану бастамалары
2. Су ағыннан бояғыштарды ультрасүзгілік бөлу процесін анықтау
3. Бояғыштардан ақаба суларды ультрасүзгілік тазалау процесінің нәтижелері мен тәжірибелі.өнеркәсіптік сынақ нәтижелері
Қорытынды
Бояу-әрлеу өндірісінің қазіргі кездегі маңызды мәселелерінің бірі сұйық өндіріс қалдықтарын тазалайтын аппараттар мен процестерді дайындау мен өндіріс қалдықтарының қоршаған ортаға әсіресе гидросфераға таралуын шектеу. Химиялық өнеркәсіп кәсіпорындарына тән шикізаттарды өңдеу кезінде көп мөлшерде ақаба сулардың пайда болатыны белгілі. Сондықтан да бояу-әрлеу өндірісі ылғалдылығы мол өндірістер қатарына жатады.
Өңделетін шикізаттың саны мен сапасына, сонымен қатар қолданылатын қондырғыларына байланысты әрбір шикізат өңдейтін өндірістердегі процесттер мен аппараттардың өзіндік ерекшеліктері болады. Сондықтан да әрбір кәсіпорындардың ақаба суларының құрамына кіретін бояғыштардың концентрацияларының шамаларына сәйкес бір-бірлерінен ерекшеленеді.
Қолданбалы мәселелерді шешуде мембраналы процесттерді дайындау, мембраналы процестер мен аппараттардың жаңа мүмкіншіліктерін іздестіру, қолданып келе жатқан процестердің технологиялық сызбаларын қолайлы бағытында көптеген тапсырмалар жиынтығын ұсынады. Ол тапсырмалар болса, қажетті процесті алдын ала есептеуге негіз бола алатын математикалық модельді, алгоритм мен бағдарламаларды, технологиялық параметрлердің қолайлы мәндеріне жетуге тездетуді, қойылған мақсатқа сай мембраналы аппараттың конструкциясын дайындауға мүмкіншілік туғызады. Осы мәселелерді шешудің нәтижесінде бөліну тәртібін сақтай отырып, негізгі компонентерді бөлу бағытында мембрананың іріктеу мен өткізгіштік қабілетін арттыруға болады. Сонымен қатар мембрананың функционалды сипаттамалары тұрақтандырылады.
Өңделетін шикізаттың саны мен сапасына, сонымен қатар қолданылатын қондырғыларына байланысты әрбір шикізат өңдейтін өндірістердегі процесттер мен аппараттардың өзіндік ерекшеліктері болады. Сондықтан да әрбір кәсіпорындардың ақаба суларының құрамына кіретін бояғыштардың концентрацияларының шамаларына сәйкес бір-бірлерінен ерекшеленеді.
Қолданбалы мәселелерді шешуде мембраналы процесттерді дайындау, мембраналы процестер мен аппараттардың жаңа мүмкіншіліктерін іздестіру, қолданып келе жатқан процестердің технологиялық сызбаларын қолайлы бағытында көптеген тапсырмалар жиынтығын ұсынады. Ол тапсырмалар болса, қажетті процесті алдын ала есептеуге негіз бола алатын математикалық модельді, алгоритм мен бағдарламаларды, технологиялық параметрлердің қолайлы мәндеріне жетуге тездетуді, қойылған мақсатқа сай мембраналы аппараттың конструкциясын дайындауға мүмкіншілік туғызады. Осы мәселелерді шешудің нәтижесінде бөліну тәртібін сақтай отырып, негізгі компонентерді бөлу бағытында мембрананың іріктеу мен өткізгіштік қабілетін арттыруға болады. Сонымен қатар мембрананың функционалды сипаттамалары тұрақтандырылады.
1.Шаймерденова Г.С., Сатаев М.И., Ескендиров Ш.З,.Саипов А.А. Математическая модель селективности ультрафильтрационных мембран // II халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясы «Дни науки - 2007». - Днепропетровск, 2007. - Т. 3. - Б.9-11
Мазмұны
Кіріспе
1. Бояғыштардан ақаба суларды тазалау кезінде мембраналық процестерді
қолдану бастамалары
2. Су ағыннан бояғыштарды ультрасүзгілік бөлу процесін анықтау
3. Бояғыштардан ақаба суларды ультрасүзгілік тазалау процесінің
нәтижелері мен тәжірибелі-өнеркәсіптік сынақ нәтижелері
Қорытынды
Кіріспе
Бояу-әрлеу өндірісінің қазіргі кездегі маңызды мәселелерінің бірі
сұйық өндіріс қалдықтарын тазалайтын аппараттар мен процестерді дайындау
мен өндіріс қалдықтарының қоршаған ортаға әсіресе гидросфераға таралуын
шектеу. Химиялық өнеркәсіп кәсіпорындарына тән шикізаттарды өңдеу кезінде
көп мөлшерде ақаба сулардың пайда болатыны белгілі. Сондықтан да бояу-әрлеу
өндірісі ылғалдылығы мол өндірістер қатарына жатады.
Өңделетін шикізаттың саны мен сапасына, сонымен қатар қолданылатын
қондырғыларына байланысты әрбір шикізат өңдейтін өндірістердегі процесттер
мен аппараттардың өзіндік ерекшеліктері болады. Сондықтан да әрбір
кәсіпорындардың ақаба суларының құрамына кіретін бояғыштардың
концентрацияларының шамаларына сәйкес бір-бірлерінен ерекшеленеді.
Қолданбалы мәселелерді шешуде мембраналы процесттерді дайындау,
мембраналы процестер мен аппараттардың жаңа мүмкіншіліктерін іздестіру,
қолданып келе жатқан процестердің технологиялық сызбаларын қолайлы
бағытында көптеген тапсырмалар жиынтығын ұсынады. Ол тапсырмалар болса,
қажетті процесті алдын ала есептеуге негіз бола алатын математикалық
модельді, алгоритм мен бағдарламаларды, технологиялық параметрлердің
қолайлы мәндеріне жетуге тездетуді, қойылған мақсатқа сай мембраналы
аппараттың конструкциясын дайындауға мүмкіншілік туғызады. Осы мәселелерді
шешудің нәтижесінде бөліну тәртібін сақтай отырып, негізгі компонентерді
бөлу бағытында мембрананың іріктеу мен өткізгіштік қабілетін арттыруға
болады. Сонымен қатар мембрананың функционалды сипаттамалары
тұрақтандырылады.
Тақырыптың өзектілігі. Мембраналық бөлудің көмегімен кезекті
компонентерді іріктеп тасымалдаудың үлкен мәніне жету, судан бояғыштарды
мембраналы бөлу үшін мембраналы аппараттардың жаңа конструкцияларын
дайындаудың нәтижесінде іс жүзіне асырылды. Бұл үшін аппараттардың
параметрлерін есептеудің ғылыми-негізделінген әдісін, мембраналық
қабаттардың қалыптасуы мен олардың түрлерін, мембраналық модульдерді
құрастырудың жаңа бағыттарын дайындау қажет.
Суларды ультрасүзгілік мембраналар мен тазалаудың тәжірибелік және
теориялық материалдарын талдау көрсеткішіндей, ультрасүзгілік мембрананың
кеуектеріне заттардың ену мүмкіншілігін әртүрлі бағалармен сипатталынатын
бірнеше кезеңге бөлуге болады. Диффузиялық тасымалдау сияқты зат ортаның ең
қашық жерінен шекаралық диффузиялық қабатқа келіп жетеді. Зат мембрананың
бетіне молекулалың еркін қозғалысының ұзындығына тең келетін кнудсендік
қабат арқылы жеткізіледі. Кнудсендік қабатқа диффузиялық тасымалдау
заңдылығы қолданылмайды. Зат мембрананың беттеріндегі кеуектерге кіріп, әрі
қарай кеуектерге кіруін жалғастыра береді. Осы бағыттағы алынған нәтижелер
тек қана алғашқылар қатарына жатады. Бірақ, мембраналы аппараттарды
конструктивті жақсарту мембрананы регенерациялауға септігін тигізуімен
бірге, мембраналы аппараттың тиімділігін арттыра түседі. Сонымен қатар
ультрасүзгілік массаларды тасымалдау мүмкіншілігін арттырудың нәтижесінде
сұйықтың концентрациялығының тиімділігін жақсартады. Кнудсендік қабаттың
шамасымен сипатталынатын көрсеткіштердің ықпалын есепке алу, шекаралық
диффузиялық қабат арқылы бөлшектердің толығымен ауытқу мүмкіншіліктері мен
концентрацияға химиялық потенциалдың шамасының туындысымен анықталатын
диффузиялық коэффициенті, бөлшектердің еркін қозғалуының ұзындығы,
молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы, еріткішке өту үшін
энергияның активтенуі, мембрананың кеуектеріне ішіндегі мицеллярлық сұйықта
еру шебінің ұзындығы суды тазалау аппараттары мен процестерді модельдеуде,
тазалау объектілеріне мембраналық қондырғыларды есептеуге және құрастыруда
қажетті болғандықтан диссертациялық тақырыптың маңыздылығын нақтылайды.
Жұмыстың мақсаты. суларды бояғыштардан тазалаудың мембраналық
аппараттын жасау, ультрасүзгілік мембраналарының селектілігін модельдеу,
аппаратты есептеудің ғылыми-негізделген әдістемесін дайындау және
тәжірибелі-өндірістік тексеруден өткізу.
Осы мақсатты орындау үшін келесі мәселелер қойылды:
- тікбұрышты мембраналық модульдері бар және иілгіш білікшелі
элементтері бар мембраналық аппараттың конструкциясын жасау;
- ақаба суларды бояғыштардан ультрасүзгілік тазалаудың массатасымалдау
механизмін зерттеу;
- ультрасүзгілік мембрананың селективтігінің, беттік активті мицелла
ортасында мембраналық кеуектеріндегі қоспаларды ерітудің математикалық
моделін және мембраналық аппаратты есептеудің ғылыми-негізделген
әдістемесін дайындау;
- негізгі тұжырымдар мен қорытындылардың дұрыстығын тәжірибелік
өндірістік тексеруден өткізу.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы.
- кнудсендік қабатының шамасына концентрациялық поляризацияның әсері
мен ондағы масса тасымалдаудың механизмі келтірілген. Ультрасүзгілік
мембрананың селективтілігінің заңдылығын талдаудың негізінде диффузиялық
шекаралық қабат арқылы толық ығысу мен кнудсендік қабатына ену теңдіктері
және концентрацияға тәуелді химиялық потенциалдың шамасының туындысымен
анықталатын диффузиялық коэффициентті есептеу теңдігі анықталынды;
- кнудсенттік қабаттағы оның қалыңдығының шамасына сәйкес және
бөлшектердің еркін қозғалу ұзындығын пайдалана отырып, молекулалардың
жылулық қозғалысының орташа жылдамдығының, кнудсенттік қабатында
бөлшектердің болуының орташа уақытының мембрананың бетіне бөлшектердің
бағытталғанын анықтайтын теңдік келтірілді;
- еріткіштен өту үшін энергияның активтілігін және кеуектегі
бөлшектердің өзара қашықтықтарының жүру ұзындығын ескеріп, олардың еркін
қозғалыстарының бөлшектердің өту мүмкіншіліктеріне баға берілді;
- мембрананың кеуектеріндегі мицеллярлы сұйығындағы еру шебінің
ұзындығын есептеу теңдігі анықталынды. Фазаларды бөліп тұратын бетін
бойындағы масса алмасу коэффициентін ескеретін, диффузия коэффициентінің
сонымен қатар ортадағы мицелдің, солюбилизациялық жылдамдық константасының
мембраналық кеуек ішіндегі мицеллярлы сұйығындағы кинетикалық факторды
есептеу теңдігі алынды.
Тәжірибелік құндылығы. Мембраналық аппараттың тиімді конструкциясы
ұсынылып, химиялық өнеркәсіптерінде бояу-әрлеу өндірісінің ақаба суларын
тазалау кезінде мембраналық қондырғыны жасауда қолданылатын аппараттың
конструктивтік және режимдік параметрлерін ыңғайлы таңдауда тәжірибелік
ұсыныстар беріледі. Мембраналық аппараттың есептеудің ғылыми-негізделген
әдістемесі жасалынды.
Негізгі бөлім
1. Бояғыштардан ақаба суларды тазалау кезінде мембраналық процестерді
қолдану бастамалары
Бояу-әрлеу өндірісінің ақаба суларын бояғыштардан тазалаудың жоғары
дәрежесіне жету мақсатында мембраналық аппараттың әсері құрылымы жасалды. 1
– суретте мембраналық жалпы көрінісі, 2 – суретте бүйірінен көрінісі, ал 3
– суреттте аппаратың қимасының жоғары жағынан алғанда көрінісі
келтірілген. Мембраналық аппарат құрамына тікбұрышты корпус 1, жоғары
бетінде бір ұшы бітеу, ал екінші ұшында түтікшесі 5 бар жартылай өткізгіш
мембраналар 4 орналасқан, тазаланушы сұйық өтуге арналған дренаждық
кеуектері 3 бар тікбұрыштық қаңқадан 2 тұратын, ішінде мембраналық
модульдері орналасқан тікбұрыштық корпус 1 кіреді. Корпус 1 ірілей тазалау
сүзгі 7 мен тазаланатын сұйықты енгізуге арналған түтікшемен 6
жабдықталған. Тазаланбаған сұйықты шығару корпустың төменгі жағында
орнатылған түтікше 8 арқылы жүзеге асырылды. Мембраналық модульдерге
тангенстік түрде орналасқан иілімді білікшелі элементтер 10 екі жағынан
бекітіліп, торлы элементтерге 9 жанаспайды. Корпустың жоғарғы жағында 1
ленталық белдік 14 пен электр қозғалтқыш 12 көмегімен айналатын торлы
элементтердің 9 қайтымды біркелкі қозғалысын жүзеге асыратын айналмалы
дискілер 11 орналасқан. Корпустың 1 жоғарғы бөлігінде жуғыш сұйықты беруге
арналған қондырғы 13 орналасқан, ол жерге жуғыш сұйықтық түтікшелер 15
арқылы беріледі.
Мембрананың тозуына регенерация кезеңі кедергі келтіреді. Білікті
мембрананың бетін бүлдірмей, оны механикалық түрде тазалайтын тетік
цилиндрлі білік түріндегі кеуекті иілімді материалдардан жасалынған. Ол 2,5-
3 жыл бойы ұзақ пайдаланудан кейін ескі мембраналар алынып тасталып,
жаңалармен алмастырылады. Осылайша, тікбұрышты мембраналық модульдерімен
иілімді білікшелі элементтерді пайдалану тозуды төмендетуге және
мембрананың жұмысының пайдалану уақытын жоғарлатуға мүмкіндік беріп,
соңында мембрана кеуектері мен бетін тазалау мүмкіншілігін жоғарылатады.
1 - тікбұрышты корпус, 2 - тікбұрыштық қаңқа, 3 - дренаждық кеуектер, 4 –
мембраналар, 5 – тазаланған сұйықтықты шығару түтікшесі, 6 - сұйықты
енгізуге арналған түтікше, 7 - ірілей тазалау сүзгісі, 8 - тазаланбаған
сұйықты шығару түтікшесі, 9 - торлы элементтер, 10 - иілімді білікшелі
элементтер, 11- айналмалы дискілер, 12 - электр қозғалтқыш, 13 - жуғыш
сұйықты беруге арналған қондырғы, 14 - ленталық белдік, 15 - жуғыш
сұйықтықты түтікшелер.
1 сурет – Мембраналық аппарат
2 сурет – Бүйірден көрінісі
3 сурет – Жоғарғыдан көрінісі
2. Су ағыннан бояғыштарды ультрасүзгілік бөлу процесін анықтау
Бояғыштардан суларды ультрасүзгілік тазалаудың, ультрасүзгілік
мембраналардың селективтілігінің теориялық негіздерімен математикалық
модельдерін жасауға арналған.
Ультрасүзгілік мембраналарының кеуектеріне заттардың ену процесін
бағалаудың түрлі ықтималдықтарымен сипатталатын бірнеше сатыға бөлуге
болады. Біріншіден зат тұтас орта тереңдігінен шекаралық диффузия қабатына
түседі. Бұл саты диффузиялық алмасу ретінде идентификацияланады. Екіншіден,
зат молекуланың еркін қозғалысының ұзындығы ретіндегі қалыңдықтағы
кнудсенттік қабаты арқылы мембрана бетіне енеді. Кнудсендік қабатында
диффузиялық алмасу заңдылықтары тура емес. Үшіншіден, зат мембрана
бетіндегі кеуектер ішіне енеді. Соңында, төртіншіден, зат кеуек ішін
диффундирлейді.
Шекаралық диффузия қабаты арқылы бөлшектер дрейфінің толық
ықтималдылығы мен концентрациялық поляризация факторына түзетумен
кнудсенттік қабатының облысына енуін есептеуге арналған өрнек ұсынылды:
(1)
Молекуланың еркін қозғалысының ұзындығын, молекуланың жылулық
қозғалысының орташа жылдамдығын, кнудсенттік қабатында орташа болу уақытын
есептеуге арналған қатынастарды пайдалану мен кнудсенттік қабатының
қалыңдығы бойынша интегралдай отырып, кнудсенттік қабытындағы мембрана
бетіне бөлшектер ағынын есептеуге арналған теңдеу алынды:
(2)
Ерітінді тереңдігінен мембрана бетіне бөлшектердің толық дрейфі мен
мембрана кеуектеріне олардың енуінің толық ықтималдығының бағамы алынды:
(3)
(4)
Сұйытылған ерітінділердің термодинамика жағдайларына сай диффузия
коэффициенті концентрация бойынша туынды химиялық потенциал шамасымен
анықталады. Сонда:
(5)
Бұл жерден коэффициенті есебімен идеал жүйедегі молекулалық
диффузия шығады:
(6)
Еріткіштің өтуіне арналған белсендіру энергиясы әсерін, еркін
қозғалыс ұзындығына, кеуектегі бөлшекаралық қашықтықтар қатынасы мен
кеуектер ішіндегі ағынның бос көлемін есепке алатын кеуектердегі өткізуді
есептеуге арналған теңдеу ұсынылды.
(7)
Ерітінді тереңдігінен мембрана бетіне бөлшектер дрейфінің толық
ықтималдылығы мен мембрана кеуектеріне олардың енуі бойынша мембрана
селективтігінің теориялық бағамы берілді.
(8)
Бұл модельдің сәйкестілігін толыққанды тексеру үшін оны
тәжірибелік мәлеметтердің үлкен көлемімен салыстыру керек. Сонда түзетпе
коэффициенттер көмегімен кейбір бағалауларды нақтылауға болады.
4-суретте модель параметрлерінің мына мәндеріне арналған сандық
тәжірибелердің кейбір нәтижелері келтірілген: ; м; ;
м2с; мольм3 ; мс; ; ; с.
Бүтіндей алғанда есептеу нәтижелері ультрасүзгілік және
тәжірибелік мәлеметтердің таныс заңдылықтармен сапалы түрде сәйкес келді.
Ерітіндіде беттік-активті заттар мицелласының бөлу есебімен
мембраналық кеуектегі қоспа тамшыларының еру процесінің қарапайымданған
моделі ұсынылды.
Бұл кезде солюбилизация процесі негізінен реакциялы - диффузиялық
механизм бойынша жүзеге асатыны көрсетілді. Сондай-ақ еріген
молекулалары мицелла беттеріне диффундирленіп, оның бетінде солюбилизация
реакциясына түседі. Диффузия мен массаалмасу коэффициенттері есебімен
мембрана кеуектерінің ішіндегі мицеллалы ерітіндіде еру алдының ұзындығын
есептеуге арналған формула алынды. Тамшы бетіне жақын қоспаның тепе-
теңдік концентрациясы мен еріген заттың молекулалық массасы есебімен еру
алдының ұзындығын бағалау жүргізілді:
(9)
Бояғыштардың концентрациялары: 1 - 0,4 кгм3;2 - 0,3 кгм3;3 - 0,2
кгм3;4 - 0,1 кгм3
4 сурет - Селективтілік моделінің ықтималдығы бойынша сандық
тәжірибенің нәтижелері. Селективтіліктің кеуектілікке тәуелділігі.
Еру алдының орташа жылдамдығын бағалауды мына өрнектерден алуға
болады. - тамшы-мицеллалы ерітіндінің фазалық беті маңындағы
массаалмасу коэффициенті болсын. Осылайша, мембрана кеуектері ішіндегі
мицеллалы ерітіндінің еру ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
1. Бояғыштардан ақаба суларды тазалау кезінде мембраналық процестерді
қолдану бастамалары
2. Су ағыннан бояғыштарды ультрасүзгілік бөлу процесін анықтау
3. Бояғыштардан ақаба суларды ультрасүзгілік тазалау процесінің
нәтижелері мен тәжірибелі-өнеркәсіптік сынақ нәтижелері
Қорытынды
Кіріспе
Бояу-әрлеу өндірісінің қазіргі кездегі маңызды мәселелерінің бірі
сұйық өндіріс қалдықтарын тазалайтын аппараттар мен процестерді дайындау
мен өндіріс қалдықтарының қоршаған ортаға әсіресе гидросфераға таралуын
шектеу. Химиялық өнеркәсіп кәсіпорындарына тән шикізаттарды өңдеу кезінде
көп мөлшерде ақаба сулардың пайда болатыны белгілі. Сондықтан да бояу-әрлеу
өндірісі ылғалдылығы мол өндірістер қатарына жатады.
Өңделетін шикізаттың саны мен сапасына, сонымен қатар қолданылатын
қондырғыларына байланысты әрбір шикізат өңдейтін өндірістердегі процесттер
мен аппараттардың өзіндік ерекшеліктері болады. Сондықтан да әрбір
кәсіпорындардың ақаба суларының құрамына кіретін бояғыштардың
концентрацияларының шамаларына сәйкес бір-бірлерінен ерекшеленеді.
Қолданбалы мәселелерді шешуде мембраналы процесттерді дайындау,
мембраналы процестер мен аппараттардың жаңа мүмкіншіліктерін іздестіру,
қолданып келе жатқан процестердің технологиялық сызбаларын қолайлы
бағытында көптеген тапсырмалар жиынтығын ұсынады. Ол тапсырмалар болса,
қажетті процесті алдын ала есептеуге негіз бола алатын математикалық
модельді, алгоритм мен бағдарламаларды, технологиялық параметрлердің
қолайлы мәндеріне жетуге тездетуді, қойылған мақсатқа сай мембраналы
аппараттың конструкциясын дайындауға мүмкіншілік туғызады. Осы мәселелерді
шешудің нәтижесінде бөліну тәртібін сақтай отырып, негізгі компонентерді
бөлу бағытында мембрананың іріктеу мен өткізгіштік қабілетін арттыруға
болады. Сонымен қатар мембрананың функционалды сипаттамалары
тұрақтандырылады.
Тақырыптың өзектілігі. Мембраналық бөлудің көмегімен кезекті
компонентерді іріктеп тасымалдаудың үлкен мәніне жету, судан бояғыштарды
мембраналы бөлу үшін мембраналы аппараттардың жаңа конструкцияларын
дайындаудың нәтижесінде іс жүзіне асырылды. Бұл үшін аппараттардың
параметрлерін есептеудің ғылыми-негізделінген әдісін, мембраналық
қабаттардың қалыптасуы мен олардың түрлерін, мембраналық модульдерді
құрастырудың жаңа бағыттарын дайындау қажет.
Суларды ультрасүзгілік мембраналар мен тазалаудың тәжірибелік және
теориялық материалдарын талдау көрсеткішіндей, ультрасүзгілік мембрананың
кеуектеріне заттардың ену мүмкіншілігін әртүрлі бағалармен сипатталынатын
бірнеше кезеңге бөлуге болады. Диффузиялық тасымалдау сияқты зат ортаның ең
қашық жерінен шекаралық диффузиялық қабатқа келіп жетеді. Зат мембрананың
бетіне молекулалың еркін қозғалысының ұзындығына тең келетін кнудсендік
қабат арқылы жеткізіледі. Кнудсендік қабатқа диффузиялық тасымалдау
заңдылығы қолданылмайды. Зат мембрананың беттеріндегі кеуектерге кіріп, әрі
қарай кеуектерге кіруін жалғастыра береді. Осы бағыттағы алынған нәтижелер
тек қана алғашқылар қатарына жатады. Бірақ, мембраналы аппараттарды
конструктивті жақсарту мембрананы регенерациялауға септігін тигізуімен
бірге, мембраналы аппараттың тиімділігін арттыра түседі. Сонымен қатар
ультрасүзгілік массаларды тасымалдау мүмкіншілігін арттырудың нәтижесінде
сұйықтың концентрациялығының тиімділігін жақсартады. Кнудсендік қабаттың
шамасымен сипатталынатын көрсеткіштердің ықпалын есепке алу, шекаралық
диффузиялық қабат арқылы бөлшектердің толығымен ауытқу мүмкіншіліктері мен
концентрацияға химиялық потенциалдың шамасының туындысымен анықталатын
диффузиялық коэффициенті, бөлшектердің еркін қозғалуының ұзындығы,
молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы, еріткішке өту үшін
энергияның активтенуі, мембрананың кеуектеріне ішіндегі мицеллярлық сұйықта
еру шебінің ұзындығы суды тазалау аппараттары мен процестерді модельдеуде,
тазалау объектілеріне мембраналық қондырғыларды есептеуге және құрастыруда
қажетті болғандықтан диссертациялық тақырыптың маңыздылығын нақтылайды.
Жұмыстың мақсаты. суларды бояғыштардан тазалаудың мембраналық
аппараттын жасау, ультрасүзгілік мембраналарының селектілігін модельдеу,
аппаратты есептеудің ғылыми-негізделген әдістемесін дайындау және
тәжірибелі-өндірістік тексеруден өткізу.
Осы мақсатты орындау үшін келесі мәселелер қойылды:
- тікбұрышты мембраналық модульдері бар және иілгіш білікшелі
элементтері бар мембраналық аппараттың конструкциясын жасау;
- ақаба суларды бояғыштардан ультрасүзгілік тазалаудың массатасымалдау
механизмін зерттеу;
- ультрасүзгілік мембрананың селективтігінің, беттік активті мицелла
ортасында мембраналық кеуектеріндегі қоспаларды ерітудің математикалық
моделін және мембраналық аппаратты есептеудің ғылыми-негізделген
әдістемесін дайындау;
- негізгі тұжырымдар мен қорытындылардың дұрыстығын тәжірибелік
өндірістік тексеруден өткізу.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы.
- кнудсендік қабатының шамасына концентрациялық поляризацияның әсері
мен ондағы масса тасымалдаудың механизмі келтірілген. Ультрасүзгілік
мембрананың селективтілігінің заңдылығын талдаудың негізінде диффузиялық
шекаралық қабат арқылы толық ығысу мен кнудсендік қабатына ену теңдіктері
және концентрацияға тәуелді химиялық потенциалдың шамасының туындысымен
анықталатын диффузиялық коэффициентті есептеу теңдігі анықталынды;
- кнудсенттік қабаттағы оның қалыңдығының шамасына сәйкес және
бөлшектердің еркін қозғалу ұзындығын пайдалана отырып, молекулалардың
жылулық қозғалысының орташа жылдамдығының, кнудсенттік қабатында
бөлшектердің болуының орташа уақытының мембрананың бетіне бөлшектердің
бағытталғанын анықтайтын теңдік келтірілді;
- еріткіштен өту үшін энергияның активтілігін және кеуектегі
бөлшектердің өзара қашықтықтарының жүру ұзындығын ескеріп, олардың еркін
қозғалыстарының бөлшектердің өту мүмкіншіліктеріне баға берілді;
- мембрананың кеуектеріндегі мицеллярлы сұйығындағы еру шебінің
ұзындығын есептеу теңдігі анықталынды. Фазаларды бөліп тұратын бетін
бойындағы масса алмасу коэффициентін ескеретін, диффузия коэффициентінің
сонымен қатар ортадағы мицелдің, солюбилизациялық жылдамдық константасының
мембраналық кеуек ішіндегі мицеллярлы сұйығындағы кинетикалық факторды
есептеу теңдігі алынды.
Тәжірибелік құндылығы. Мембраналық аппараттың тиімді конструкциясы
ұсынылып, химиялық өнеркәсіптерінде бояу-әрлеу өндірісінің ақаба суларын
тазалау кезінде мембраналық қондырғыны жасауда қолданылатын аппараттың
конструктивтік және режимдік параметрлерін ыңғайлы таңдауда тәжірибелік
ұсыныстар беріледі. Мембраналық аппараттың есептеудің ғылыми-негізделген
әдістемесі жасалынды.
Негізгі бөлім
1. Бояғыштардан ақаба суларды тазалау кезінде мембраналық процестерді
қолдану бастамалары
Бояу-әрлеу өндірісінің ақаба суларын бояғыштардан тазалаудың жоғары
дәрежесіне жету мақсатында мембраналық аппараттың әсері құрылымы жасалды. 1
– суретте мембраналық жалпы көрінісі, 2 – суретте бүйірінен көрінісі, ал 3
– суреттте аппаратың қимасының жоғары жағынан алғанда көрінісі
келтірілген. Мембраналық аппарат құрамына тікбұрышты корпус 1, жоғары
бетінде бір ұшы бітеу, ал екінші ұшында түтікшесі 5 бар жартылай өткізгіш
мембраналар 4 орналасқан, тазаланушы сұйық өтуге арналған дренаждық
кеуектері 3 бар тікбұрыштық қаңқадан 2 тұратын, ішінде мембраналық
модульдері орналасқан тікбұрыштық корпус 1 кіреді. Корпус 1 ірілей тазалау
сүзгі 7 мен тазаланатын сұйықты енгізуге арналған түтікшемен 6
жабдықталған. Тазаланбаған сұйықты шығару корпустың төменгі жағында
орнатылған түтікше 8 арқылы жүзеге асырылды. Мембраналық модульдерге
тангенстік түрде орналасқан иілімді білікшелі элементтер 10 екі жағынан
бекітіліп, торлы элементтерге 9 жанаспайды. Корпустың жоғарғы жағында 1
ленталық белдік 14 пен электр қозғалтқыш 12 көмегімен айналатын торлы
элементтердің 9 қайтымды біркелкі қозғалысын жүзеге асыратын айналмалы
дискілер 11 орналасқан. Корпустың 1 жоғарғы бөлігінде жуғыш сұйықты беруге
арналған қондырғы 13 орналасқан, ол жерге жуғыш сұйықтық түтікшелер 15
арқылы беріледі.
Мембрананың тозуына регенерация кезеңі кедергі келтіреді. Білікті
мембрананың бетін бүлдірмей, оны механикалық түрде тазалайтын тетік
цилиндрлі білік түріндегі кеуекті иілімді материалдардан жасалынған. Ол 2,5-
3 жыл бойы ұзақ пайдаланудан кейін ескі мембраналар алынып тасталып,
жаңалармен алмастырылады. Осылайша, тікбұрышты мембраналық модульдерімен
иілімді білікшелі элементтерді пайдалану тозуды төмендетуге және
мембрананың жұмысының пайдалану уақытын жоғарлатуға мүмкіндік беріп,
соңында мембрана кеуектері мен бетін тазалау мүмкіншілігін жоғарылатады.
1 - тікбұрышты корпус, 2 - тікбұрыштық қаңқа, 3 - дренаждық кеуектер, 4 –
мембраналар, 5 – тазаланған сұйықтықты шығару түтікшесі, 6 - сұйықты
енгізуге арналған түтікше, 7 - ірілей тазалау сүзгісі, 8 - тазаланбаған
сұйықты шығару түтікшесі, 9 - торлы элементтер, 10 - иілімді білікшелі
элементтер, 11- айналмалы дискілер, 12 - электр қозғалтқыш, 13 - жуғыш
сұйықты беруге арналған қондырғы, 14 - ленталық белдік, 15 - жуғыш
сұйықтықты түтікшелер.
1 сурет – Мембраналық аппарат
2 сурет – Бүйірден көрінісі
3 сурет – Жоғарғыдан көрінісі
2. Су ағыннан бояғыштарды ультрасүзгілік бөлу процесін анықтау
Бояғыштардан суларды ультрасүзгілік тазалаудың, ультрасүзгілік
мембраналардың селективтілігінің теориялық негіздерімен математикалық
модельдерін жасауға арналған.
Ультрасүзгілік мембраналарының кеуектеріне заттардың ену процесін
бағалаудың түрлі ықтималдықтарымен сипатталатын бірнеше сатыға бөлуге
болады. Біріншіден зат тұтас орта тереңдігінен шекаралық диффузия қабатына
түседі. Бұл саты диффузиялық алмасу ретінде идентификацияланады. Екіншіден,
зат молекуланың еркін қозғалысының ұзындығы ретіндегі қалыңдықтағы
кнудсенттік қабаты арқылы мембрана бетіне енеді. Кнудсендік қабатында
диффузиялық алмасу заңдылықтары тура емес. Үшіншіден, зат мембрана
бетіндегі кеуектер ішіне енеді. Соңында, төртіншіден, зат кеуек ішін
диффундирлейді.
Шекаралық диффузия қабаты арқылы бөлшектер дрейфінің толық
ықтималдылығы мен концентрациялық поляризация факторына түзетумен
кнудсенттік қабатының облысына енуін есептеуге арналған өрнек ұсынылды:
(1)
Молекуланың еркін қозғалысының ұзындығын, молекуланың жылулық
қозғалысының орташа жылдамдығын, кнудсенттік қабатында орташа болу уақытын
есептеуге арналған қатынастарды пайдалану мен кнудсенттік қабатының
қалыңдығы бойынша интегралдай отырып, кнудсенттік қабытындағы мембрана
бетіне бөлшектер ағынын есептеуге арналған теңдеу алынды:
(2)
Ерітінді тереңдігінен мембрана бетіне бөлшектердің толық дрейфі мен
мембрана кеуектеріне олардың енуінің толық ықтималдығының бағамы алынды:
(3)
(4)
Сұйытылған ерітінділердің термодинамика жағдайларына сай диффузия
коэффициенті концентрация бойынша туынды химиялық потенциал шамасымен
анықталады. Сонда:
(5)
Бұл жерден коэффициенті есебімен идеал жүйедегі молекулалық
диффузия шығады:
(6)
Еріткіштің өтуіне арналған белсендіру энергиясы әсерін, еркін
қозғалыс ұзындығына, кеуектегі бөлшекаралық қашықтықтар қатынасы мен
кеуектер ішіндегі ағынның бос көлемін есепке алатын кеуектердегі өткізуді
есептеуге арналған теңдеу ұсынылды.
(7)
Ерітінді тереңдігінен мембрана бетіне бөлшектер дрейфінің толық
ықтималдылығы мен мембрана кеуектеріне олардың енуі бойынша мембрана
селективтігінің теориялық бағамы берілді.
(8)
Бұл модельдің сәйкестілігін толыққанды тексеру үшін оны
тәжірибелік мәлеметтердің үлкен көлемімен салыстыру керек. Сонда түзетпе
коэффициенттер көмегімен кейбір бағалауларды нақтылауға болады.
4-суретте модель параметрлерінің мына мәндеріне арналған сандық
тәжірибелердің кейбір нәтижелері келтірілген: ; м; ;
м2с; мольм3 ; мс; ; ; с.
Бүтіндей алғанда есептеу нәтижелері ультрасүзгілік және
тәжірибелік мәлеметтердің таныс заңдылықтармен сапалы түрде сәйкес келді.
Ерітіндіде беттік-активті заттар мицелласының бөлу есебімен
мембраналық кеуектегі қоспа тамшыларының еру процесінің қарапайымданған
моделі ұсынылды.
Бұл кезде солюбилизация процесі негізінен реакциялы - диффузиялық
механизм бойынша жүзеге асатыны көрсетілді. Сондай-ақ еріген
молекулалары мицелла беттеріне диффундирленіп, оның бетінде солюбилизация
реакциясына түседі. Диффузия мен массаалмасу коэффициенттері есебімен
мембрана кеуектерінің ішіндегі мицеллалы ерітіндіде еру алдының ұзындығын
есептеуге арналған формула алынды. Тамшы бетіне жақын қоспаның тепе-
теңдік концентрациясы мен еріген заттың молекулалық массасы есебімен еру
алдының ұзындығын бағалау жүргізілді:
(9)
Бояғыштардың концентрациялары: 1 - 0,4 кгм3;2 - 0,3 кгм3;3 - 0,2
кгм3;4 - 0,1 кгм3
4 сурет - Селективтілік моделінің ықтималдығы бойынша сандық
тәжірибенің нәтижелері. Селективтіліктің кеуектілікке тәуелділігі.
Еру алдының орташа жылдамдығын бағалауды мына өрнектерден алуға
болады. - тамшы-мицеллалы ерітіндінің фазалық беті маңындағы
массаалмасу коэффициенті болсын. Осылайша, мембрана кеуектері ішіндегі
мицеллалы ерітіндінің еру ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz