Классификация аппаратов для мембранного разделения.

I. С плоскими мембранными элементами, например аппарат типа “фильтр-пресс”.

II. С трубчатыми мембранными элементами.

III. С рулонными мембранными элементами.

IV. С мембранами в виде полых волокон.

1) С мембранными элементами в виде полых волокон.

2) С параллельным расположением полых волокон.

3) С U – образным расположением полых волокон.

Целью расчета аппаратов мембранного разделения смесейявляетсяопределение необходимой поверхности мембраны F при известной производительности по исходному раствору и его составу.

По выходу фильтрата а рассчитывают его массовый расход(2.100):

(2.100)

где L₀ - производительность по исходному раствору, кг/c.

Для выбранной мембраны по справочным данным находят проницаемость q, кг/м²с, а затем ее рабочую поверхность F, м² (2.101):

    (2.102)

Основные конструкции мембранных ячеек.Мембранная ячейка состоит из: надмембранного пространства, куда подается разделяемая смесь и откуда выходит обеднённый выделяемым компонентом проходящий поток, не проникший через мембрану, и подмембранного пространства, куда через мембрану проникает пермеат, обогащенный выделяемым компонентом.

В целях увеличения механической прочности мембраны последняя располагается обычно на подложке или между подложками – механически прочными материалами, внешне напоминающими мембрану, но практически не представляющими сопротивления переносу массы и не обладающими селективностью (это сетки или крупнопористые фильтры из различных материалов). Конструктивные варианты расположения мембраны и подмембранного и надмембранного пространств разнообразны. Однако на практике наиболее распространены мембранные ячейки трёх типов.

Плоские пакеты мембран (рис. 2.21). Достоинства этих ячеек – простота изготовления, контроля в случае повреждения мембраны и малое гидравлическое сопротивление проходящему потоку. Недостаток – малая удельная поверхность мембраны.

Рис. 2.22. Конструкция мембранного модуля спирального типа:

1 –пространство со стороны концентрированного раствора, 2 –дренаж для очищенной воды, 3 –тело мембраны;

I –концентрированный раствор, II –очищаемая вода, III –очищенная вода

Мембранные ячейки рулонного типа(рис. 2.22). Ячейки представляют собой мембранный модуль с на

Мембранные ячейки из полых полимерных волокон (рис. 2.23). Они конструктивнооформлены аналогично некоторым видам кожухотрубных теплообменников. Диаметр волокон ~ 3⋅10^-4 м. Основное достоинство – развитая удельная поверхность – до 4⋅10⁴ м²/м³.Мембранная аппаратура на основе таких модулейнаиболее современна и широко используется впромышленности. Главный её недостаток – сложность определения места разрыва мембранного волокна. Из-за этого при разрыве отдельного волокна обычно приходится заменятьвесь мембранный модуль.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте классификацию массообменных процессов.

2. Какие существуют способы выражения составов фаз?

3. Сформулируйте закон Генри и закон Рауля.

4. Что такое коэффициент распределения?

5. Запишите уравнение линии рабочих концентраций.

6. Сформулируйте первый и второй законы Фика. Каков физический смысл коэффициента молекулярной диффузии?

7. Дайте определения массоотдачи и массопередачи.

8. Запишите уравнения массоотдачи и массопередачи.

9. Назовите основные критерии подобия массообменных процессов.

10. Что является движущей силой массообменных процессов?

11. Каким образом определяется высота массообменного аппарата с непрерывным и со ступенчатым фазовыми контактами?

12. В чем заключается физическая сущность процесса абсорбция?

13. Каким образом составляется материальный и тепловой балансы абсорбции?

14. Дайте классификацию абсорбционных аппаратов.

15. В каком порядке проводится расчет абсорберов?

16. Назовите виды простой перегонки.

17. Составьте уравнение материального баланса для простой перегонки.

18. Запишите общий материальный баланс ректификационной установки непрерывного действия.

19. Составьте материальный баланс укрепляющей части ректификационной колонны непрерывного действия и запишите уравнение рабочей линии.

20. Запишите уравнение рабочей линии для исчерпывающей части ректификационной колонны непрерывного действия.

21. Что такое флегмовое число?

22. Сформулируйте физический смысл коэффициента расхода.

23. Какие стадии включает в себя механизм экстракции?

24. Дайте классификацию экстракторов.

25. Что понимают под коэффициентом распределения экстракции?

26. Перечислите основные методы экстракции.

27. Виды промышленных адсорбентов и их характеристика.

28. Что такое изотерма адсорбции?

29. Перечислите основные типы промышленных адсорберов.

30. Запишите критериальное уравнение массопроводности процесса адсорбции.

31. Сформулируйте понятия: катиона, аниона, ионитов.

32. Запишите типичные реакции ионного обмена.

33. Что такое константа равновесия ионообменного процесса?

34. Дайте классификацию ионообменников.

35. Что такое кристаллизация? Для каких целей кристаллизация применяется в промышленности?

36. Перечислите основные типы промышленных кристаллизаторов.

37. Составьте материальный и тепловой балансы кристаллизации.

38. Перечислите основные способы сушки.

39. Какие существуют формы связи влаги с материалом?

40. Что такое энтальпия и влагосодержание влажного воздуха?

41. Дайте определение абсолютной и относительной влажности материала.

42. Составьте тепловой баланс конвективной сушилки.

43. Перечислите периоды протекания процесса сушки.

44. Что такое выщелачивание?

45. Перечислите основные стадии выщелачивания.

46. Что является движущей силой процесса выщелачивания?

47. Что понимают под мембранными методами разделения смесей?

48. Как классифицируют мембраны по их структуре, форме фильтрующих элементов и природе происхождения?

49. Какие существуют механизмы мембранного разделения, в чем состоит их физическая сущность?

50. Перечислите требования, предъявляемые к мембранам?

51. Дайте классификацию аппаратов для мембранного разделения.

52. Что является целью расчета аппаратов для мембранного разделения?

Список литературы

1. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн. / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Высш. шк., 2002. ─ Кн. 1. ─ 912 с.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 2-е изд. В 2-х кн.: Ч. 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. ─ 400 с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. – 10-е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. с изд. 1973г. - М.: ОООТИД “Альянс”, 2004. ─ 753 с.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский; Под ред. Ю.И. Дытнерского. 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. ─ 496 с.

5. Гельперин н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. М.: Химия, 1981. ─ 812 с.

6. Волкова Г.В., Шадрина Е.М. Гидромеханические процессы. Основные понятия, закономерности, конструкции аппаратов и примеры расчетов оборудования: Учеб. пособие / ГОУВПО Иван. гос. хим. – технол. ун-т.Иваново, 2005. ─ 128 с.

7. Кисельников В.Н. Гидромеханические процессы: Учебное пособие. – Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 1999. ─184 с.

8. Бесков В.С. Общая химическая технология. М. Академкнига. 2005. - 452 с.

9. Игнатович Э. Химическая техника. Процессы и аппараты. Перевод с немецкого. 2007. - 651 с.

10. Рамбиди Н.Г., Березкин А.В. Физические и химические основы нанотехнологий. М. Физмат-лит. 2008. - 456 с.

11. Косинцев В.И., Михайличенко А.И., Крашенинникова Н.С., Сутягин В.М., Миронов В.М. «Основы проектирования химических производств» - М.: Академкнига, 2005. – 332 с.

12. Семакина О.К. Машины и аппараты химических производств. Ч.1. - Томск: Изд. ТПУ, 2003. - 120 с.

13. Миронов В.М. Машины и аппараты химических производств. Ч.2.. - Томск: Изд. ТПУ, 2003. - 112 с.

14. Миронов В.М. Расчет физико-химических свойств газов и жидкостей – Томск: Изд. ТПУ, 2004. – 68 с.

15. Гусев В.П., Гусева Ж.А., Рифель В.Р. Перегонка, ректификация. – Томск: Изд. ТПУ, 2006. – 61 с.

16. Рифель В.Р., Чернышов В.В., Сухов Г.В. Проектирование кожухотрубчатого тепло-обменника – Томск: Изд. ТПУ, 2006. – 84 с.

17. Гусев В.П. Основы гидравлики: учебно-методическое пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2009. - 172c.

18. Гусев В.П., Гусева Ж.А. Термодинамика с основами нефтепромысловой химии. - Томск: Изд. ТПУ, 2009. - 173c.

19. Беляев В.М., Миронов В.М. Расчет и конструирование основного оборудования от-расли. – Томск: Изд. ТПУ, 2009. - 288c.

Учебное издание

Галина Юрьевна Колчина,

кандидат химических наук, доцент

(Стерлитамакский филиал БашГУ)

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

ЧАСТЬ 2

Учебное пособие для студентов-бакалавров,
обучающихся по направлениям подготовки
«04.03.01 – Химия» (профиль «Высокомолекулярные соединения»), «18.03.01 – Химическая технология»

(профиль «Технология и переработка полимеров»)

Ответственный редактор – к.х.н., доц. каф. ХиХТ  Марзия Минизакировна Залимова (Стерлитамаский филиал БашГУ)

Зав. редакцией

Компьютерная верстка

Редактор