Моделирование химических процессов в зоне проникновения фильтратов технологических жидкостей

В процессе массообменных взаимодействий фильтрата промывочной жидкости с составляющими коллектор веществами происходит изменение общей минерализации дисперсионной среды, а из-за гидратации гидрофильной породы изменяется текущая водонасыщенность, эффективная проницаемость и пористость. На разделах жидкой и твердой фаз появляются адсорбционные силы и силы прилипания, возникают поверхности свободной энергии, изменяется поверхностное натяжение.

Процесс гидратации приводит к присоединению воды к глинистой составляющей скелета породы-коллектора и ее набуханию, сорбция ионов на поверхности породы - к обеднению, а десорбция - к обогащению определенными солями фильтрата промывочной жидкости.

Рассмотрим процессы, протекающие при фильтрации в породе, и опишем их математически.

1. Образование труднорастворимых осадков в порах и трещинах

Пусть в реакции участвует молей ионов типа и молей ионов типа, и при этом образуется новое соединение. Тогда реакцию образования осадка в общем виде можно представить следующим уравнением:

Условие возможности образования осадка при любых задаваемых концентрациях ионов следующее:

Продукт реакции выпадает в осадок при соотношении, согласно которому произведение концентраций ионов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, больше произведения растворимости продукта.

2. Набухание глинистых пород

Величина набухания пород в различных средах может быть установлена экспериментально на приборе Жигача-Ярова. Зная эту величину, можно рассчитать конечную пористость породы.

3. Адсорбция реагентов на поверхности породы

Чем выше у элемента, входящего в состав породы, сродство к электрону и ниже сродство к протону, тем лучше он сорбирует органические вещества. Таким образом, сорбция на минералах глин, цементов, мела, песков в основном идет по центрам, содержащим такие элементы, как .

Для определения величины адсорбции органических реагентов рассчитывается безразмерный температурный показатель (при температуре от 20 до 100 C) .

Для расчета коэффициента адсорбции при температурах свыше 100C необходимо дополнительно учитывать константу молярного превышения точки кипения раствора.

4. Образование граничных слоев воды

В результате адсорбции на границе раздела твердое тело - жидкость, образуются граничные слои жидкости, свойства которых отличны от тех, которые в объеме. Характер влияния ионов на структуру такой пленочной адсорбированной воды зависит от их радиуса, заряда, конфигурации и строения электронной оболочки. Установлено два случая воздействия ионов. Они либо связывают ближайшие молекулы воды, при этом структура пленки упрочняется, либо увеличивают подвижность молекул воды, структура пленочной воды при этом разрушается .

Такие электролиты, как, снижают глубину проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. Электролиты типа, наоборот, способствуют снижению вязкости фильтрата и повышают его подвижность, тем самым глубина проникновения жидкости увеличивается.

Чем больше становится концентрация электролита в поре, тем меньше толщина двойного электрического слоя (ДЭС). Взаимосвязь толщины ДЭС с другими его параметрами без учета реальных размеров ионов выражается формулой :

Если свободный раствор содержит несколько солей, в формулу (5) вместо подставляют выражение - ионную силу раствора, в котором суммируются произведения молярной концентрации на валентности каждого иона, присутствующего в растворе.

В поровых каналах конечного размера реальное значение будет значительно отличаться от теоретического. Для щелевидного сечения предложена следующая формула для расчета реального значения:

Формулу (6) можно использовать для оценки величины () в цилиндрическом капилляре, подставив вместо ширины щели удвоенный радиус .

К наиболее существенным значимым управляемым факторам отнесены химический состав бурового раствора, его рН и величина краевого угла смачивания на границе нефть - фильтрат. Неуправляемые факторы: химический состав нефти и остаточной воды в пласте, химический состав породы и глинистого цемента, а также его коллоидальность.

Для того чтобы правильно учитывать влияние каждого фактора на породу коллектора при фильтрации, был разработан специальный алгоритм, основанный на различии в скоростях происходящих процессов.

Так, за время мгновенной фильтрации предположительно в первую очередь происходит взаимодействие фильтрата с пластовыми флюидами, а затем с гидрофильной породой. При определенных условиях может произойти выпадение нерастворимых осадков в каналах пласта и их сужение.

При контакте фильтрата бурового раствора и породы протекают процессы адсорбции, которые приводят к накоплению на поверхности стенок каналов полимерной пленки.

Если в составе породы коллектора присутствует глинистый цемент, то возможно дополнительно его набухание.

Одновременно с осадкообразованием протекает процесс образования водных пленок на поверхности породы. Их толщина может значительно изменяться из-за набухания глинистого цемента и адсорбции реагентов. Для коллекторов с проницаемостью k пр > 0,5 Ч10 -12 м 2 образование граничных слоев воды оказывает незначительное влияние .

На основании вышеизложенного алгоритм расчета можно представить следующим образом:

а) По формуле (2) проверяется возможность выпадения нерастворимых осадков при взаимодействии фильтрата бурового раствора и пластовой воды, затем расчет их возможного количества. Данное явление сильно влияет на эффективный радиус поровых каналов.

б) На основании данных о составе пород определяется коэффициент набухания пород, и по формуле (3) рассчитывается конечная пористость.

в) По формуле (4) рассчитывается количество реагентов, адсорбирующихся на поверхности породы. Это позволит узнать изменение концентрации реагентов в фильтрате бурового раствора.

г) С учетом данных, полученных в п.п.а - в, по формулам (5) - (6) производится расчет толщины образовавшихся граничных слоев воды и, следовательно, конечный радиус поровых каналов.

Данный алгоритм применили для оценки ухудшения коллекторских свойств пласта Ач 3 Верхненадымского месторождения для пресного бурового раствора. В результате набухания пород проницаемость пласта уменьшается на 18%, пористость на 48%. Потери полимеров в результате адсорбции на шламе составляют 0,4% от их начального количества. Толщина поверхностных пленок воды увеличивается на 21%. В результате всех этих явлений проницаемость пласта снижается почти на 96%.

Разработанная модель удовлетворяет следующим требованиям:

2) имеет набор установленных петрофизических характеристик;

3) позволяет проводить инженерное обобщение установленных фактов и прогнозировать в удобной форме необходимые технологические параметры.

Список использованной литературы

фильтрат минерализация дисперсионный

1. Мавлютов М.Р. Физико-химическая кольматация истинными растворами в бурении. - М.: Обзор/ВНИИ экон. минер. сырья и геол.-развед. работ. (ВИЭМС), 1990.

2.Михайлов Н.Н. Изменение физических свойств горных пород в околоскважинных зонах. - М.: Недра, 1987.

Подобные документы

Отрицательное влияние фильтрата технологических жидкостей. Образование стойких водонефтяных эмульсий и нерастворимых солей и интенсификация проявления капиллярных сил. Схема деформации капли нефти при её сдвиге в капилляре. Эффект Жамена, скин-фактор.

презентация , добавлен 16.10.2013


Обзор и анализ существующих методов оптимизации химико-технологических процессов. Определение параметров уравнения Аррениуса. Определение оптимальной температуры. Расчёт зависимости оптимальной скорости химической реакции от степени превращения.

курсовая работа , добавлен 18.06.2015


Математическое моделирование полидисперстных систем; применение полимерных микросфер. Электронная микроскопия; пакет программы TableCurve. Анализ дисперсности эмульсий в процессе полимеризации, построение гистограмм распределения глобул полистирола.

реферат , добавлен 08.05.2011


Гетерогенный катализ, закономерности. Свойства пористых катализаторов. Взаимодействие катализатора и реакционной среды. Кинетическое и математическое моделирование гетерогенных процессов. Некаталитические гетерогенные процессы в системе газтвердое тело.

учебное пособие , добавлен 06.11.2012


В настоящее время состояние окружающей среды – одна из наиболее остро стоящих перед человечеством проблем. Для городов и промышленных регионов наибольшую экологическую опасность представляют промышленные и выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу.

дипломная работа , добавлен 04.01.2009


Философские аспекты моделирования как метода познания окружающего мира. Гносеологическая специфика моделей. Классификация моделей и виды моделирования. Моделирование молекул, химических процессов и реакций. Основные этапы моделирования в химии.

реферат , добавлен 04.09.2010


Анализ стационарных состояний проточных реакционных систем. Реализация селективного вывода продуктов реакции из системы. Корреляция избыточных энергий Гиббса. Модель Вильсона. Математическое описание совмещенных реакционно-ректификационных процессов.

дипломная работа , добавлен 04.01.2009


Рецептура грунтовки водно-дисперсионной глубокого проникновения, количество и порядок закладки необходимого сырья. Стадии технологического процесса изготовления краски. Технология изготовления полуфабриката грунтовки, метод определения ее готовности.

реферат , добавлен 17.02.2009


Современное состояние исследований в области азеотропии. Термодинамико-топологический анализ структур диаграмм парожидкостного равновесия. Новый подход к определению классов диаграмм трехкомпонентных биазеотропных систем. Математическое моделирование.

дипломная работа , добавлен 12.11.2013


Вычисление относительной молекулярной массы газа. Составление электронной формулы атома, молекулярных химических уравнений реакций. Написание электронных уравнений анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии технического цинка в кислой среде.

Учебные работы на заказ

Моделирование процесса фильтрования зернистыми слоями газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой

Тип работы: Диссертация Предмет: Физико-математические науки Страниц: 175

Оригинальная работа

Тема

Выдержка из работы

Выполненная работа посвящена решению важной проблемы — разработке новой математической модели, метода расчета и аппаратурного оформления процесса фильтрования слабоконцентрированных высоко дисперсных аэрозолей (ВДА) зернистыми слоями для обеспечения надежной защиты окружающей среды от токсичных и дефицитных пылевых выбросов.

Актуальность темы. Высокопроизводительные системы, интенсификация технологических процессов и концентрация оборудования обуславливают высокое пылевыделение в производственные помещения и окружающую среду. Концентрации аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу, многократно превышает предельно допустимые нормы. С пылью теряется не только дорогостоящее сырье, но и создаются условия для токсикологического поражения человека. Особенно опасны для органов дыхания аэрозоли с размерами пылевых частиц от 0,01 до 1,0 мкм. Пыли, содержащие свободную или связанную кремниевую кислоту, губительно действуют на легкие. Особую опасность представляют радиоактивные аэрозоли, образующиеся в атомной промышленности. Многие процессы пищевой промышленности отличаются высоким пылевыделением. При производстве минеральных удобрений, обжиге пирита при получении серной кислоты, при проведении технологических процессов в строительной индустрии, производстве порошкового молока, полуфабрикатов кондитерской промышленности, переработке подсолнечника с пылью теряется большое количество исходного сырья и конечного продукта. С каждым годом эти факторы обостряют экологическую ситуацию и приводят к значительным потерям ценного продукта.

Используемое очистное оборудование не соответствует задачам современных условий производства и безопасности жизнедеятельности человека. В связи с этим уделяется большое внимание процессам разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой, разработке и изучению новых систем пылеулавливания.

Наиболее распространенный способ удаления частиц из запыленных газовых потоков — фильтрование. Особое место среди газоочистного оборудования занимают зернистые фильтровальные перегородки, совмещающие возможность высокоэффективной санитарной и технологической очистки запыленных газовых потоков.

Зернистые слои позволяют улавливать мелкодисперсные пылевые частицы, обеспечивают высокую степень разделения, обладают прочностью и термостойкостью в сочетании с хорошей проницаемостью, коррозионностойкостью, возможностью регенерации различными способами, способностью противостоять резким изменениям давления, отсутствием электрокапиллярных явлений, позволяют обеспечить не только предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу, но и утилизовать уловленную пыль . В настоящее время для очистки аэрозолей используют следующие типы зернистых слоев: 1) неподвижные, свободно насыпанные или уложенные определенным образом гранулированные материалы- 2) периодически или непрерывно перемещающиеся материалы-

3) зернистые материалы со связанной структурой слоя (спеченные или спрессованные порошки металлов, стекла, пористые керамика, пластмасса и др.) —

4) псевдоожиженные гранулы или порошки.

Единственным методом, позволяющим улавливать субмикронные частицы с эффективностью > 99,9%, является фильтрация глубинным зернистым слоем , где в качестве фильтровальной перегородки используют мелкий щебень, песок, кокс или другой зернистый материал. Установки с глубинным зернистым слоем нашли практическое применение для улавливания радиоактивных аэрозолей, стерилизации воздуха .

Однако закономерности процесса фильтрования ВДА изучены недостаточно. Современный уровень развития средств вычислительной техники дает возможность широкого применения информационных технологий на базе использования математического аппарата и автоматизированных систем, которые позволяют существенно повысить эффективность эксплуатации оборудования, сократить сроки этапов, предшествующих эксплуатации.

Особый интерес представляет анализ гидродинамических особенностей и кинетики фильтрования ВДА зернистыми слоями, математическое описание такого процесса и создание на его основе метода расчета для определения рационального режима эксплуатации существующего очистного оборудования, времени выработки и частоты регенерации зернистого слоя, возможности автоматизированного управления процессом фильтрования.

Таким образом, широкое распространение, а также высокий уровень развития средств вычислительной техники и автоматизированных систем управления с одной стороны и специфические особенности оборудования и процессов фильтрования газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой с другой, обуславливают актуальность проблемы создания и совершенствования математического описания таких процессов.

Цель работы — математическое моделирование процесса и разработка на этой основе метода расчета и усовершенствование аппаратурного оформления разделения запыленных газовых потоков зернистыми слоями. Средством достижения поставленных задач является анализ процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями, синтез математической модели и ее вариантных модификаций, аналитическое, численное и экспериментальное исследование полученных зависимостей, разработка методики расчета промышленных фильтров и пакета программ для ее реализации, создание унифицированных лабораторных стендов и опытно-промышленных установок, разработка конкретных аппаратурных решений для процесса очистки газовых выбросов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— разработана математическая модель и ее вариантные модификации для анализа процесса разделения ВДА в стационарных зернистых слоях при постоянной скорости фильтрования с закупориванием пор и с учетом диффузионного механизма осаждения-

— получено и экспериментально апробировано аналитическое решение системы уравнений математической модели при линейном законе изменения порозности зернистого слоя-

— на основе разработанной модели предложен и численно реализован комплекс математических моделей для различных законов изменения порозно-сти зернистого слоя-

— впервые исследованы физико-механические свойства ряда промышленных пылей и технологических порошков, предложено уравнение расчета значения предельной порозности зернистого слоя для соответствующих пылей.-

— предложены модели построения инженерных номограмм для оценки и прогнозирования перепада давлений в зернистом слое, определения режимов движения пылегазового потока в каналах зернистого слоя и прогнозирования общих и фракционных коэффициентов проскока-

— на основе разработанной модели предложен метод расчета процесса фильтрования и реализующий его пакет программ, дающий возможность определять рациональные режимы работы глубинных зернистых фильтров и их конструктивные размеры.

На защиту выносятся:

— математическая модель и ее вариантные модификации для анализа, расчета и прогнозирования процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями-

— методики и результаты экспериментального определения параметров математической модели процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями-

— метод расчета глубинных фильтров для ВДА и пакет оригинальных программ для реализации этого метода-

— новое конструктивное решение аппарата для высокоэффективной очистки запыленных газов методом осаждения в центробежном поле с последующим фильтрованием через зернистый слой на основе результатов моделирования процесса.

Практическая ценность диссертации. Разработан новый метод расчета зернистых фильтров и реализующий его пакет программ. Алгоритм предложенного метода расчета применяется в промышленности при проектировании конструкций зернистых фильтров и для определения рациональных режимов эксплуатации работающих аппаратов. Применение в промышленности фильтрциклона (патент РФ № 2 150 988) позволило осуществить высокоэффективную очистку промышленных пылегазовых потоков. Разработаны принятые промышленными предприятиями рекомендации по усовершенствованию процесса фильтрования газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой зернистыми слоями. Отдельные результаты работы используются в учебном процессе (лекции, практические занятия, курсовое проектирование) при изложении курсов «Процессы и аппараты химической технологии», «Процессы и аппараты пищевой технологии» в ВГТА.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены:

— на Международной конференции (XIV Научные чтения) «Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений», г. Белгород, 6−9 октября 1997 г.;

— на Международной научно-технической конференции «Теория и практика фильтрования», г. Иваново, 21−24 сентября 1998 г.;

— на II и IV Международных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых «Техника и технология экологически чистых производств» (ЮНЕСКО) г. Москва, 13−14 мая 1998 г., 16−17 мая 2000 г.

— на Международной научно-технической конференции «Газоочистка 98: Экология и технология», Хургада (Египет), 12−21 ноября 1998-

— на Международной научно-практической конференции «Охрана атмосферного воздуха: системы мониторинга и защиты», Пенза, 28−30 мая 2000-

— на Шестых академических чтениях «Современные проблемы строительного материаловедения» (РААСА), Иваново, 7−9 июня 2000-

— на Научных чтениях «Белые ночи-2000» Международного экологического симпозиума «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия», Санкт-Петербург, 1−3 июня 2000 г .

— на российско-китайском Научно-практическом семинаре «Современная техника и технологии машиностроительного комплекса: оборудование, ма

— на XXXVI, XXXVII и XXXVIII отчетных научных конференциях ВГТА за 1997, 1998 и 1999 гг., Воронеж, март 1998, 1999, 2000 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 156 наименований и приложений. Работа изложена на 175 стр. машинописного текста и содержит 38 рисунков, 15 таблиц, 4 блок-схемы и 9 приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Обобщая выполненные исследования в сочетании с экспериментальными результатами, полученными в лабораторных и производственных условиях на реальных высокодисперсных пылегазовых потоках, можно заключить:

1. Разработана и проанализирована новая математическая модель, представляющая собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая процесс разделения высокодисперсных аэрозолей в стационарных зернистых слоях при постоянной скорости фильтрования, закупоривании пор и с учетом диффузионного механизма осаждения. Получено аналитическое решение системы уравнений модели, позволяющие описать кинетические закономерности и определить параметры процесса фильтрования в различные моменты времени.

2. Разработан алгоритм расчета коэффициентов массоотдачи, с учетом режимов движения пылегазового потока в каналах зернистого слоя.

3. На основе разработанной модели предложена, численно реализована и проанализирована модель с модифицированными граничными условиями.

4. Разработаны, численно реализованы и проанализированы оригинальные модификации основной математической модели процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями при различных законах изменения порозности.

5. На реальных пылегазовых потоках в лабораторных и производственных условиях экспериментально исследован процесс разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой насыпными зернистыми слоями. На основе экспериментов предложено уравнение регрессии для расчета значения предельной порозности зернистого слоя при фильтровании ряда промышленных пыл ей.

6. Предложены инженерные номограммы для определения режимов движения пылегазового потока в каналах зернистого слоя, его гидравлического сопротивления, оценки и прогнозирования общих и фракционных коэффициентов проскока.

7. На основе разработанной математической модели предложен метод расчета, позволяющий определять рациональные режимы работы глубинных зернистых фильтров и их конструктивные размеры. Создан пакет прикладных программ для расчета промышленных фильтров.

8. Разработан комплексный метод дисперсного анализа пыли, включающий в себя применение квазивиртуального каскадного импактора НИИОГАЗ и растровой электронной микроскопии, позволивший впервые получить достаточно представительные данные по дисперсному составу пыли керамических пигментов и оценить форму частиц дисперсной фазы в пылегазовом потоке.

9. Разработано, защищено патентом РФ (приложение 3) и апробировано новое конструктивное решение аппарата для высокоэффективной очистки газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой, сочетающее инерционное осаждение и фильтрование через вращающийся металлокерамический элемент.

Полученные результаты внедрены:

— на ОАО «Семилукский огнеупорный завод» (приложение 4) при модернизации действующих и создании новых систем и аппаратов для улавливания пыли из отходящих технологических газов и аспирационных выбросов (пневмотранспорт глинозема из силосных башен в бункера, аспирационные выбросы от пересыпных устройств, дозаторов, мешалок, шаровых и трубомельниц, технологические газы после сушильных барабанов, вращающихся и шахтных печей и т. д.), для расчета и прогнозирования эффективности фильтрующих устройств и при выборе оптимальной области их эксплуатации, для организации представительного отбора пылегазовых проб и внедрения новейших способов экспресс-анализа дисперсного состава пылей и порошков промышленного происхождения-

— в цехах ЗАО ПКФ «Воронежский керамический завод» (приложение 5) при расчете высокоэффективных систем и аппаратов для пылеулавливания, а также при использовании оригинальных, защищенных патентами РФ, конст

141 руктивных решений комбинированных пылеуловителей при «сухом» способе производства керамических пигментов и красок-

— при изложении лекционных курсов, проведении практических занятий, выполнении домашних заданий, курсовых проектов и расчетно-графических работ, выполнении НИР по линии СНО и при подготовке научных кадров по линии аспирантуры, в учебной практике кафедр «Процессы и аппараты химических и пищевых производств», «Промышленной энергетики», «Машины и аппараты пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (приложение 6).

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ.

1. ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЕО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ С ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ ЗЕРНИСТЫМИ СЛОЯМИ.

1.1.Анализ современных способов фильтрования пылегазовых потоков и их аппаратурное обеспечение.

1.2. Основные свойства моделируемого объекта.

1.2.1.Модели структур реальных зернистых слоев.

1.2.2. Моделирование механизмов осаждения частиц дисперсной фазы в зернистых слоях.

1.3. Математические модели глубинного фильтрования гетерогенных технологических сред зернистыми слоями.

1.4. Выводы и постановка задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГЛУБИННОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ СЛАБОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВЫСОКО ДИСПЕРСНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ

С ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ ЗЕРНИСТЫМИ СЛОЯМИ.

2.1. Математическая модель фильтрования высокодисперсных аэрозолей зернистыми слоями при линейном характере изменения коэффициента уноса.

2.1.1. Синтез математической модели.

2.1.2. Анализ математической модели.

2.1.2.1. Аналитическое решение системы уравнений с постоянными коэффициентами.

2.1.2.2. Анализ адекватности модели.

2.1.3. Синтез математической модели с модифицированными граничными условиями.

2.1.4. Анализ математической модели.

2.1.4.1. Построение модели разностной схемы и решение системы уравнений.

2.1.4.2. Анализ адекватности модели.

2.2. Математические модели глубинного фильтрования слабоконцентрированных высокодисперсных аэрозолей при нелинейных законах изменения коэффициента уноса.

2.2.1. Синтез математических моделей.

2.2.2. Построение моделей разностных схем и решение систем уравнений.

2.2.3. Анализ адекватности моделей.

2.3. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Планирование и проведение экспериментов.

3.2. Экспериментальная модель анализа физико-механических свойств исследуемых пылей.

3.3. Анализ экспериментальных данных.

3.3.1. Математическая модель определения предельного значения порозности фильтрующего зернистого слоя для аэрозолей из керамического пигмента ВК-112.

3.4. Выводы.

4. ПАКЕТ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Особенности и специфика расчета.

4.2. Описание программного обеспечения.

4.3. Работа с пакетом прикладных программ.

4.4. Промышленный эксперимент по расчету зернистых фильтров.

4.5. Модели построения инженерных номограмм к математическим моделям фильтрования.

4.6. Перспективные решения фильтров на основе полученных результатов.

4.7. Оценка надежности и долговечности конструктивных решений и рекомендуемых аппаратов.

4.8. Перспективы реализации полученных результатов.

Список литературы

1. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М.: Наука, 1971. — 283 с.

2. Андрианов Е. И. Устройство для определения слипаемости тонкодисперсных материалов / Е. И. Андрианов, А. Д. Зимон, С. С. Янковский // Заводская лаборатория. 1972. — № 3. — С. 375 — 376.

3. Аэров М. Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес. Л.: Химия, 1968.- 512 с.

4. Аэров М. Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. Л.: Химия, 1979. — 176 с.

5. Балтренас П. Методы и приборы контроля запыленности техносферы / П. Балтренас, Ю. Кауналис. Вильнюс: Техника, 1994. — 207 с.

6. Балтренас П. Зернистые фильтры для очистки воздуха от быстрослипающейся пыли / П. Балтренас, А. Прохоров. Вильнюс: Техника, 1991. — 44 с.

7. Балтренас П. Воздухоочистные зернистые фильтры / П. Балтренас, А. Спруогис, Ю. В. Красовицкий. Вильнюс: Техника, 1998. — 240 с.

8. Бахвалов H.C. Численные методы. М.: Наука, 1975. — 368 с.

9. Берд Р. Явления переноса / Р. Берд, В. Стьюарт, Е. Лайтфут / Пер. с англ.- H.H. Кулакова, B.C. Круглова- Под ред. акад. АН СССР Н. М. Жаворонкова и чл.-корр. АН СССР В. А. Малюсова. М.: Химия, 1974. — 688 с.

10. Блох JI.C. Практическая номография. М.: Высшая школа, 1971. — 328 с.

11. Боришанский В. М. Сопротивление при движении воздуха через слой шаров. В кн.: Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах / Под ред. Г. Ф. Кнорре. — M.-JL: Госэнергоиздат, 1958. — С. 290−298.

12. Бретшнаидер Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнений / Б. Бретшнаидер, И. Курфюрст. JL: Химия, 1989. — 288 с.

13. Броуновское движение. JL: ОНТИ, 1936.

14. Вальдберг А. Ю. Теоретические основы охраны атмосферного воздуха от загрязнения промышленными аэрозолями: Учебное пособие / А. Ю. Вальдберг, J1.M. Исянов, Ю. И. Яламов. Санкт-Петербург: СпбТИ ЦБП, 1993. — 235 с.

15. Викторов М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. JL: Химия, 1977. — 360 с.

16. Витков Г. А. Гидравлическое сопротивление и тепломассообмен / Г. А. Витков, Л. П. Холпанов, С. Н. Шерстнев М.: Наука, 1994. — 280 с.

17. Высокоэффективная очистка воздуха / Под ред. П. Уайта, С. Смита. -М.: Атомиздат, 1967. 312 с.

18. Газоочистное оборудование: Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988.- 120 с.

19. Годунов С. К. Разностные схемы / С. К. Годунов, B.C. Рябенький. М.: Наука, 1977. — 440 с.

20. Гордон Г. М. Контроль пылеулавливающих установок / Г. М. Гордон, И. Л. Пейсахов. М.: Металлургиздат, 1951. — 171 с.

21. ГОСТ 17 .2.4.01−84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1984. 28 с.

22. ГОСТ 17 .2.4.02−81. Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ. М.: Изд-во стандартов, 1982. 56 с.

23. ГОСТ 17 .2.4.06−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1991. — 18 с.

24. ГОСТ 17 .2.4.07−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1991. — 45 с.

25. ГОСТ 17 .2.4.08−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения влажности газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1991. — 36 с.

26. ГОСТ 21 119 .5−75. Красители органические и пигменты неорганические. Метод определения плотности. М.: Изд-во стандартов, 1976. — 14 с.

27. ГОСТ 21 119 .6−92. Общие методы испытаний пигментов и наполнителей. Определение уплотненного объема, кажущейся плотности пыли, уплотнения и насыпного объема. М.: Изд-во стандартов, 1993. — 12 с.

28. ГОСТ Р 50 820−95. Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков. М.: Изд-во стандартов, 1996. — 34 с.

29. Гоулдстейн Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: В 2-х томах / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин и др.- Пер. с англ. М.: Мир, 1984. — 246 с.

30. Градус Л. Я. Руководство по дисперсному анализу методом микроскопирования. М.: Химия, 1979. — 232 с.

31. Грин X. Аэрозоли Пыли, дымы и туманы / X. Грин, В. Лейн- Пер. с англ. — М.: Химия, 1969. — 428 с.

32. Дуров B.B. Проблема надежности пылеулавливающего оборудования // Цемент. 1985. — № 9. — С. 4−5,16.

33. Дуров В. В. Задача автоматизированного исследования эксплуатационной надежности пылеулавливающего оборудования / В. В. Дуров, A.A. Доценко, П. В. Чартий // Тр. НИПИОТСТРОМа. Новороссийск, 1987. — С. 3−7.

34. Дуров В. В. Метод автоматического исследования эксплуатационной надежности пылеулавливающего оборудования / В. В. Дуров, A.A. Доценко, П. В. Чартий // Тезисы докл. VI Всесоюзного совещ. Техническая диагностика. -Ростов н/Д, 1987. С. 185.

35. Жаворонков Н. М. Гидравлические основы скрубберного процесса и теплопередача в скрубберах. М.: Советская наука, 1944. — 224 с.

36. Жуховицкий A.A. // A.A. Жуховицкий, Я.JI. Забежинский, А. Н. Тихонов // Журн. физ. химии. -1964. Т. 28, вып. 10.

37. Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1976. — 432 с.

38. Зимон А. Д. Аутогезия сыпучих материалов / А. Д. Зимон, Е. И. Андрианов. М.: Металлургия, 1978. — 288 с.

39. Зотов А. П. Исследование массоотдачи в стационарных зернистых слоях при больших диффузионных числах Прандтля: Дис. канд. техн. наук. -Воронеж, 1981. 139 с.

40. Зотов А. П. Исследование массоотдачи в неподвижных зернистых слоях при ламинарном режиме движения / А. П. Зотов, Т. С. Корниенко, М. Х. Кишиневский // ЖПХ. 1980. — Т. 53, № 6. — С. 1307−1310.

41. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. — 560 с.

42. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1981. — Т. 14, № 4. — С. 509.

43. Каталог газоочистного оборудования: Методическое пособие. СПб., 1997.-231 с.

44. Каталог завершенных и перспективных разработок. Новороссийск: НИПИОТСТРОМ, 1987. — 67 с.

45. Кафаров В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств /В.В. Кафаров, М. Б. Глебов. М.: Высшая школа, 1991. — 400 с.

46. Кейс Д. Конвективный тепло-массообмен. М.: Энергия, 1971. — 354 с.

47. Кирсанова Н. С. Новые исследования в области центробежной сепарации пыли // Обзорная информация. Сер. ХМ-14 «Промышленная и санитарная очистка газов». М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989. — 40 с.

48. Кишиневский М. Х. Осаждение высоко дисперсных частиц аэрозоля из турбулентной среды / М. Х. Кишиневский, Т. С. Корниенко, А. М. Голиков // ЖПХ. 1988. — № 5. — С. 1164 — 1166.

49. Кишиневский М. Х. Влияние начального участка на массоотдачу при ламинарном режиме движения и больших числах Шмидта / М. Х. Кишиневский, Т. С. Корниенко, А. П. Зотов // Библиографический указатель «Депонированные рукописи». ВИНИТИ, 1979. — № 6, б/о 240.

50. Кишиневский М. Х. Явления переноса. Воронеж: ВТИ, 1975. — 114 с.

51. Клименко А. П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. -М.: Химия, 1978.-208 с.

52. Комплексный метод определения дисперсности пыли в пылегазовом потоке / С. Ю. Панов, В. А. Горемыкин, Ю. В. Красовицкий, М.К. Аль-Кудах, Е. В. Архангельская // Инженерная защита окружающей среды: Сб. науч. тр. междунар. конф. М.: МГУИЭ, 1999. — С. 97−98.

53. Корниенко Т. С. Массоотдача в зернистых слоях при турбулентном режиме движения и 8с «1 / Т. С. Корниенко, М. Х. Кишиневский, А. П. Зотов // Библиографический указатель «Депонированные рукописи». ВИНИТИ, 1979. -№ 6, б/о 250.

54. Корниенко Т. С. Массоотдача в неподвижных зернистых слоях при больших числах Прандтля / Т. С. Корниенко, М. Х. Кишиневский // ЖПХ. 1978. -Т. 51, вып. 7. — С. 1602−1605.

55. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пыл ей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. — 264 с.

56. Коузов П. А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П. А. Коузов, Л.Я. Скрябина. Л.: Химия, 1983. — 143 с.

57. Красовицкий Ю. В. Обеспыливание промышленных газов в огнеупорном производстве / Ю. В. Красовицкий, П. Б. Балтренас, В. И. Энтин, Н. М. Анжеуров, В. Ф. Бабкин. Вильнюс: Техника, 1996. — 364 с.

58. Красовицкий Ю. В. Обеспыливание газов зернистыми слоями / Ю. В. Красовицкий, В. В. Дуров. М.: Химия, 1991. — 192 с.

59. Красовицкий Ю. В. Разделение аэрозолей фильтрованием при постоянной скорости процесса и постепенном закупоривании пор перегородки // Ю. В. Красовицкий, В. А. Жужиков, К. А. Красовицкая, В.Я. Лыгина // Химическая промышленность. 1974. — № 4.

60. К теории и расчету слоевого фильтра / В. А. Успенский, О. Х. Вивденко, А. Н. Подолянко, В. А. Шарапов // Инж.-физ. журн. 1974. — Т. XXVII, № 4. — С. 740−742.

61. Курочкина М. И. Удельная поверхность дисперсных материалов: Теория и расчет / М. И. Курочкина, В.Д. Лунев- Под ред. чл.-кор. АН СССР П. Г. Романкова. Л.:Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. — 140 с.

62. Лев Е. С. Фильтрация газа через слой сыпучего материала / в кн. Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах- Под ред. Г. Ф. Кнорре. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. — С. 241−251.

63. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Наука, 1952. — 537 с.

64. Лыгина В. Я. Исследование некоторых закономерностей разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой зернистыми фильтровальными перегородками: Дис. канд. техн. наук. Волгогр. политехи, ин-т, 1975.- 175 с.

65. Мазус М. Г. Фильтры для улавливания промышленных пылей / М. Г. Мазус, А. Д. Мальгин, M. J1. Моргулис. М.: Машиностроение, 1985. — 240 с.

66. Мазус М. Г. Тканевые фильтры. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1974. 68 с. (Сер. ХМ-14 Промышленная и санитарная очистка газов. Обзорная информация.)

67. Медников Е. П. Вихревые пылеуловители. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1975. 44 с. (Сер. ХМ-14 Промышленная и санитарная очистка газов. Обзорная информация.)

68. Медников Е. П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М.: Наука, 1981. — 176 с.

69. Мелешкин М. Т. Экономика и окружающая среда взаимодействие и управление / М. Т. Мелешкин, А. П. Зайцев, К. А. Маринов. — М.: Экономика, 1979. — 96 с.

70. Методика определения дисперсного состава пыли с помощью каскадного импактора с плоскими ступенями. М.: НИИОГАЗ, 1997. — 18 с.

71. Методика определения дисперсного состава пыли с помощью квазивиртуального каскадного импактора. М.: НИИОГАЗ, 1997. — 18 с.

72. Минц Д. М. Теоретические основы технологии очистки воды. М.: Энергия, 1964. — 238 с.

73. Минц Д. М. Гидравлика зернистых материалов / Д. М. Минц, С. А. Шуберт. М.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1955. — 174 с.

74. Муллокандов Р. Н. Гидравлическое сопротивление слоя сферических частиц при изотермическом и неизотермическом воздушном потоке // Журн. физ. химии. 1948. — Т. 21, вып. 8. — С. 1051−1062.

75. Описание изобретения к патенту Российской Федерации RU 2 150 988 С1, МКИ 7 В 01D 50/00, В 04 С 9/00. Циклон-фильтр для очистки запыленных газов / А. П. Зотов, Ю. В. Красовицкий, В. И. Ряжских, Е. А. Шипилова. Опубл. 20.06.2000, Бюл. № 17.

76. Определение дисперсности пыли керамических пигментов в пылегазовом потоке / В. А. Горемыкин, Ю. В. Красовицкий, Б. Л. Агапов,

77. С. Ю. Панов, M.K. Аль-Кудах, Е. А. Шнпнлова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1999. — № 5. — С. 28 — 30.

78. Панов С. Ю. Разработка способа сухой тонкой очистки аспирационных выбросов от пыли при производстве керамических пигментов по энергосберегающей технологии: Дис. канд. техн. наук. Иван, хим.-технолог. академия, 1999. — 198 с.

79. Пасконов В. М. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Химия, 1984. — 237 с.

80. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1981. — 294 с.

81. Примак A.B. Защита окружающей среды на предприятиях стройиндустрии / A.B. Примак, П. Б. Балтренас. Киев: Будивельник, 1991. — 153 с.

82. Радушкевич Л. В. // Acta phys. chim. U.R.S.S. 1937. — V. 6. — P. 161.

83. Рачинский B.B. Введение в общую теорию динамики сорбции и хроматографии. М.: Химия, 1964. — 458 с.

84. Романков П. Г. Гидродинамические процессы химической технологии / П. Г. Романков, М. И. Курочкина. Л.: Химия, 1974. — 288 с.

85. Справочник по пыле и золоулавливанию / Под ред. A.A. Русанова. -М.: Энергия, 1975. — 296 с.

86. Справочник по химии полимеров. Киев: Наукова думка, 1991. — 536 с.

87. Справочник сахарника. М.: Пищ. пром., 1965. — 779 с.

88. Страус В. Промышленная очистка газов. М.: Химия, 1981. — 616 с.

89. Сухие способы очистки отходящих газов от пыли и вредных выбросов. М.: ВНИИЭСМ, 1988. — № 3. — 48 с. (Обзорная информация. Серия 11 Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды.)

90. Счетчик аэрозольных частиц ПК. ГТА-0,3−002. Паспорт № 86 350.

91. Тихонов А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, A.A. Самарский. М.: Наука, 1966. — 724 с.

92. Трущенко Н. Г. Фильтрация газов зернистой средой / Н. Г. Трущенко, К. Ф. Коновальчук // Тр. НИПИОТСТРОМ. Новороссийск, 1972. Вып. VI. — С. 54−57.

93. Трущенко Н. Г. Очистка газов зернистыми фильтрами / Н. Г. Трущенко, А. Б. Лапшин // Тр. НИПИОТСТРОМ. Новороссийск, 1970. Вып. III. — С. 75−86.

94. Ужов В. Н. Очистка промышленных газов от пыли / В. Н. Ужов, А. Ю. Вальдберг, Б. И. Мягков, И. К. Решидов. М.: Химия., 1981. — 390 с.

95. Ужов В. Н. Очистка промышленных газов фильтрами / В. Н. Ужов, Б. И. Мягков. М.: Химия, 1970. — 319 с.

96. Федоткин И. М. Гидродинамическая теория фильтрования суспензий / И. М. Федоткин, Е. И. Воробьев, В. И. Вьюн. Киев: Вища школа, 1986.- 166 с.

97. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. — 487 с.

98. Фукс H.A. Механика аэрозолей. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1955. — 352 с.

99. Хованский Г. С. Основы номографии. М.: Наука, 1976. — 352 с.

100. Холпанов Л. П. Математическое моделирование нелинейных термогидрогазодинамических процессов / Л. П. Холпанов, В. П. Запорожец, П. К. Зиберт, Ю. А. Кащицкий. М.: Наука, 1998. — 320 с.

101. Холпанов Л. П. Новый метод расчета массопереноса в двухфазных многокомпонентных средах / Л. П. Холпанов, Е. Я. Кениг, В. А. Малюсов, Н. М. Жаворонков // Докл. АНСССР. 1985. — Т. 28, № 3. — С. 684 — 687.

102. Холпанов Л. П. Исследование гидродинамики и массообмена при турбулентном течении пленки жидкости с учетом входного участка / Л. П. Холпанов, В. А. Малюсов, Н. М. Жаворонков // Теорет. основы хим. технологии. 1978. — Т. 12, № 3. — С. 438 — 452.

103. Холпанов Л. П. Методы расчета гидродинамики и тепломасообмена в системах с подвижной поверхностью раздела // Теорет. основы хим. технологии. 1993. — Т. 27, № 1. — С. 18 — 28.

104. Холпанов Л. П. Некоторые математические принципы химии и химической технологии // Хим. пром-сть. 1995. — № 3. — С. 24 (160) — 35 (171).

105. Холпанов Л. П. Физико-химические и гидродинамические основы нелинейных процессов химии и химической технологии // Изв. РАН. Сер. хим. -1996.-№ 5.-С. 1065- 1090.

106. Холпанов Л. П. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела / Л. П. Холпанов, В. Я. Шкадов. М.: Наука, 1990. — 280 с.

107. Хужаеров Б. Влияние кольматации и суффозии не фильтрацию суспензий // ИФЖ. 1990. — Т. 58, № 2. — С. 244−250.

108. Хужаеров Б. Модель фильтрации суспензии с учетом кольматации и суффозии // ИФЖ. -1992. Т. 63, № 1. — С. 72−79.

109. Шехтман Ю. М. Фильтрация малоконцентрированных суспензий. -М.: Химия, 1961.-246 с.

110. Энтин В. И. Аэродинамические способы повышения эффективности систем и аппаратов пылеулавливания в производстве огнеупоров / В. И. Энтин, Ю. В. Красовицкий, Н. М. Анжеуров, A.M. Болдырев, Ф. Шраге. Воронеж: Истоки, 1998.-362 с.

111. Эпштейн С. И. К условиям подобия процесса фильтрования через зернистую загрузку // ЖПХ. 1995. — Т. 68, вып. 11. — С. 1849−1853.

112. Эпштейн С. И. К вопросу о моделировании процесса фильтрования суспензии через зернистую загрузку / С. И. Эпштейн, З. С. Музыкина // Тез. докл. Междунар. конф. Теория и практика фильтрования. Иваново, 1998. — С. 68−69.

113. Bakas A. Mazqju elektrostatiniц oro valymo i’iltrij tyrimal ir panaudojimas. Daktaro disertacijos santrauka. Lietuvos Respublika. VTU. -1996. 27 c.

114. Brattacharya S.N. Mass Transfer to Ziquid in Fixed Beds / S.N. Brattacharya, M. Rija-Roa // Indian Chem. Eng. 1967. — V. 9, № 4. — P. 65 — 74.

115. Calvert S. Scrubber Handbook. Prepared for EPA, A.P.T. Inc., California, 1972.

116. Carman P. Fluid Flow through Granular Beds // Trans. Inst. Chem. Eng.- 1937.-V. 15, № 1.-P. 150−166.

117. Chen C.Y. // Chem. Rev. -1955. V. 55. — P. 595.

118. Chilton T.H. Particle-to-Fluid Head and Mass Transfer in Dense Systems of Fine Particles / T.H. Chilton, A.P. Colburn // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. 1966. — V. 5, № 1. — P. 9−13.

119. Coulson J.M., Richardson K. // Chemical Engineering. -1968. V. 2. — P. 632.

120. Davies J.T. Local eddy diffusivities related to «bursts» of fluid near solid walls // Chem. Eng. Sei. 1975. — V. 30, № 8. — P. 996 — 997.

121. Davies C.N. // Proc. Roy. Soc. A, 1950. — P. 200.

122. Determining Ceramic Pigment Dust Particle Size in a Flowing Dusty Gas / V.A. Goremykin, B.L. Agapov, Yu.V. Krasovitskii, S.Yu. Panov, M.K. AT -Kaudakh, E.A. Shipilova // Chemical and Petrolium Engineering. 2000. — V. 35, № 5−6. — P. 266−270.

123. Dullien F.A.L. New Network Permeabillity Model of Porous Media // AIChE Journal. 1975. — V. 21, № 2. — P. 299−305.

124. Dwivedi P.N. Particle-Fluid Mass Transfer in Fixed and Fluidized Beds / P.N. Dwivedi, S.N. Upadhyay // Ind. Eng. Chem., Process. Des. Dev. 1977. — V. 16, № 2. — P. 157−165.

125. Fedkin P. Etrance Region (Zevequelike) Mass Transfer Coefficients in Packed Bed Reactors / P. Fedkin, J. Newman // AIChE Journal. 1979. — V. 25, № 6.- P. 1077−1080.

126. Friedlander S.K. // A.I.Ch.E. Journal. 1957. — V. 3. — P. 43.

127. Friedlander S.K. Theory of Aerosol Filtration // Ind. and Eng. Chemistry. 1958. — V. 50, № 8. — P. 1161 — 1164.

128. Gaffeney B.J. Mass Transfer from Packing to Organic Solvents in Single Phase Flow through a Column / B.J. Gaffeney, T.B. Drew // Ind. Eng. Chem. 1950. -V. 42, № 6. P. 1120- 1127.

129. Graetz Z. Uber die Warmeleitungsfahigkeit von Flu? igkeiten // Annalen der Physik und Chemie. Neue Folge Band. 1885. — T. XXV, № 7. — S. 337−357.

130. Herzig J. P. Le calkul previsionnel de la filtration a travers un lit epais. lre part. Proprietes generales et cinetique du colmatage. Chim. et Ind / J. P. Herzig, P. Le Goff // Gen. chim. 1971. — T. 104, № 18. — P. 2337−2346.

131. Kozeny J. Uber kapillare Zeitung des Wassere im Boden // Sitzungs Serinchte Akad. Wiss. Wien. Nat. Kl. -1927. Bd 136 (Abt. IIa). S. 271−306.

132. Krasovitzkij Ju.W. Zur Frage der mathematische Modelirung der Filtration heterogener Systeme mit fester disperser Phase // Kurzreferate «Mekhanische Flusskeitsabtrenunge», 10. Diskussionstagung, 11−12 Oktober, 1972, Magdeburg, DDR. — S. 12−13.

133. Langmuir, I., Blodgett, K.B. General Electric Research Laboratory, Rep. RL-225.

134. Marktubersicht uber Filterapparate // Chemie-Ingenieur-Technik. -1995. T. 67, № 6. S. 678−705.

135. Mass Transfer in Packed Bed Elektrochemical Cells Having Both Uniform Mixed Particle Sizes / R. Alkaire, B. Gracon, T. Grueter, J.P. Marek, A. Blackburn // Journal Electrochemical Science and Technology. 1980. — V. 127, № 5. — P. 1086 — 1091.

136. MATHCAD 2000 PROFESSIONAL. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 98. M.: Филинъ, 2000. — 856 с.

137. McKune Z.K. Mass and Momentum Transfer in Solid-Ziquid System. Fixed and Fluidized Beds / Z.K. McKune, R.H. Wilhelm // Ind. Eng. Chem. 1949. -V. 41, № 6.-P. 1124- 1134.

138. Pajatakes A.S. Model of the Constructed Unit cell Type for Isotropic Granular Porous Media / A.S. Pajatakes, M.A. Neira // AIChE Journal. 1977. — V. 23, № 6. — P. 922−930.

139. Pasceri R.E., Friedlander S.K., Can. J. // Chem. Eng. -1960. V. 38. — P. 212.

140. Richardson J.F., Wooding E.R. // Chem. Eng. Sei. 1957. — V. 7. — P. 51.

141. Rosin P., Rammler E., Intelmann N. // W., Z.V.D.I. 1932. — V. 76. -P. 433.

142. Seilars J.R. Heat Transfer to Laminar Flow in a Round Tube or Flat Conduit The Greatz Problem Extended / J.R. Sellars, Tribus Myron, J.S. Klein // Trans. ASME. — 1956. — V. 78, № 2. — P. 441−448.

143. Silverman L. Perfomance of Industrial aerosol filter // Chem. Eng. Prog. -1951. V. 47, № 9. — P. 462.

144. Slichter C.S. Theoretical Investigation of the Motion of Ground Water // U.S.Geol. Surv. 1897. — V. 98, part. 2. — P. 295−302.

145. Spruogis A. Mazo nasumo grudetq filtrq kurimas oro valymui statybinii^ medziagij pramoneje. Daktaro disertacijos santrauka. Lietuvos Respublika. VTU, 1996. 26 c.

146. Towsend J.S. Electricity in Gases. Oxford, 1915.

147. Towsend J.S. // Trans. Roy. Soc. 1900. V. 193A. — P. 129.

148. Upadhyay S.N. Mass Transfer in fixed and Fluidized Beds / S.N. Upadhyay, G. Tripathi // J. Scient. Ind. Res. 1975. — V. 34, № 1. — P. 10−35.

149. Upadhyay S.N. Studies on Particle-Fluid Mass Transfer. Part II -Multiparticle System. Fixed and Fluidised Beds / S.N. Upadhyay, G. Tripathi // Indian Journal of Technology. 1972. — V. 2, № 10. — P. 361 — 366.

150. Wells A.C. Transport of small particles to vertical surfaces / A.C. Wells, A.C. Chamberlain // Brit. J. Appl. Phys. 1967. — V. 18, № 12. — P. 1793 — 1799.

151. Williamson J.F. Ziquid-Phase Mass Transfer at Zow Reynolds Numbers / J.F. Williamson, K.E. Bazaire, C.J. Geankoplis // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. -1963. V. 2, № 2. — P. 126 — 129.

152. Wilson J. Ziquid Mass Transfer at Zow Reynolds Number in Packed Beds / J. Wilson, C.J. Geankoplis // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. 1966. — V. 5, № 1. — P. 9 -14.

153. Программа расчета процесса // фильтрования ВДА зернистыми слоями

154. FILE *in,*outl,*out2,*out3,*out4,*out5,*out6,*p-1. Начало головной программыvoid main (void) {textcolor (1) — textbackground (7) — clrscr () —

155. Вывод на экран заголовочного сообщения printf («nt г «nt «nt «ntnt »)getch () —

156. Программа расчета параметров процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями

157. Начало основного цикла по вводу данныхdo {с1гэсг ()-о222:printf («nt Выберите цель расчета»)-printf («n I п «п «п

158. Определение ресурса работы зернистого слоя.1

159. Расчет вспомогательных величин al=l-enp- а2=1-е0- аЗ=1+еО- а4=е0+епр- а5=е0-епр-аб=п0+е0-епр- а7=е0/епр- a8=pow (e0,2.) — а9=1+епр- al0=pow (enp, 2.) — f1=а1*а2*аЗ- f2=a4*a5*al- f3=2*e0*a2*a5- f4=2*еО*аЗ*а4-

160. Расчет промежуточных слагаемых и значения Q K=(-a9*al*log (al)+a3*a2*log (a2)+а5*а4/2.+2*a5-al*log (al) -a2*log (а2))/(fl*a6) —

161. M=(-a5*a4*log (a5)-al0+enp*e0+a5*a4/2.-a5*log (а5)+а5)/ (f2*а6) —

162. TT=(a5*a4*log (a5)+e0*enp-a8-a5*a4/2.+a5*log (a5)-a5)/ (f3*a6) —

163. H=(a5*a4*log (a5)+e0*enp-al0+a4*log (a4)-2*e0*log (2*e0)+a5)/f4*a6) — Q=K+M-TT-H-

164. Расчет скорости движения фронта U=2*vf*e0*n0/(a4*a5) — if (zz=="2") {xk=U*tau-printf («n Необходимая высота зернистого слоя H=%lf м», xk)->printf («nn Скорость движения фронта U=%e м/с», U) -//getch () — z=2*vf*eO/U-

165. Расчет гидродинамических характеристик m=(17.Зе-6*397/(Т+124))*pow (Т/273,3./2.) — рд=(29.0/22.4)*273*Рд/(Т*1.013е5) — h=m/pg-

166. Начало цикла по высоте слояdo {е0.=е0- // Присвоение начального значения е1. Начало цикла по времениfor (t=l., i=l-t<=900 000.-t=t+900., i=i+l) {

167. Расчет и сравнение значения коэффициента массоотдачи b=beta () — // Вызов подпрограммы для расчета betaif (b==0.) {printf («n Значение безразмерного времени релаксации > 0.22 «)-getch ()-return-1. B=6*b/dz-

168. Расчет значения Р P=-U*z*a5/B-

169. Расчет текущего значения е е1.=epsilon (ei-1.) — еср=(е+е[i])/2.-

170. Подпрограмма записи результатов в файл и накопления массивов // для вывода графиковvoid vyv (void) {

Рассмотрим принцип процесса фильтрации на примере работы простейшего фильтра для разделения суспензий. Он представляет собой сосуд, разделенный на две части фильтрующей перегородкой. Если фильтрующий материал сыпуч, то для его удержания в форме слоя может использоваться поддерживающая конструкция, к примеру, опорная решетка. Суспензия подается в одну часть сосуда, проходит через фильтрующую перегородку, на которой происходит полное или частичное отделение дисперсной фазы, после чего выводится из сосуда. Для продавливания жидкости через перегородку по разные стороны от нее создается разность давлений, при этом суспензия продавливается из части сосуда с большим давлением в часть сосуда с меньшим давлением. Разность давлений является движущей силой процесса фильтрования.

Если обозначить объем получаемого фильтрата, получаемого за время dτ, как dV ф, то дифференциальное уравнение скорости фильтрования может быть представлено как:

C ф = dV ф /(F ф ∙dτ)

где:
C ф - скорость фильтрования;
F ф - площадь фильтрования.

Площадь фильтрования является основной расчетной геометрической характеристикой (ОРГХ) фильтров.

Фильтровальная перегородка представляет собой пористую структуру, размер пор которой напрямую влияет на ее фильтровальную способность. Жидкость проникает по порам как по каналам сквозь перегородку, а дисперсная фаза задерживается на ней. Процесс удержания твердой частицы может осуществляться несколькими путями. Самый простой вариант, когда размер пор меньше размеров частицы, и последняя просто оседает на поверхности перегородки, образуя слой осадка. Если размер частицы соизмерим с размером пор, то она проникает внутрь каналов и удерживается уже внутри на узких участках. И даже если размер частицы меньше самого узкого сечения поры, она все равно может быть удержана вследствие адсорбции или оседания на стенку поры в месте, где сильно искривлена геометрия канала. Если же твердая частица не была задержана ни одним из перечисленных способов, то она уходит из фильтра вместе с потоком фильтрата.

Те частицы, что удерживаются внутри пор, фактически увеличивают фильтровальную способность всей перегородки, поэтому при фильтровании можно наблюдать такую картину, когда в начальный период времени получаемый фильтрат оказывается мутным из-за наличия “проскочивших” частичек дисперсной фазы, и лишь спустя время фильтрат осветляется, когда задерживающая способность перегородки достигает необходимой величины. В свете этого выделяют два типа процесса фильтрования:

• с образованием осадка;
• с закупориванием пор.

В первом случае накопление твердых частиц происходит на поверхности перегородки, а во втором - внутри пор. Однако необходимо заметить, что реальный процесс фильтрования обычно сопровождается двумя этими явлениями, выраженными в различной степени. Фильтрование с образованием осадка более распространено.

Скорость фильтрования является величиной пропорциональной движущей силе и обратно пропорциональной сопротивлению фильтрованию. Сопротивление создают как сама перегородка, так и образующийся осадок. Скорость фильтрования можно выразить следующей формулой:

C ф = ΔP / [μ∙(R фп +r о ∙l)]

где:
C ф - скорость фильтрования, м/с;
ΔP - перепад давления на фильтре (движущая сила), Па;
R фп - сопротивление фильтровальной перегородки, м -1 ;
r о - удельное сопротивление осадка, м -2 ;
l - высота слоя осадка, м.

Важно отметить, что в общем случае R фп и r о не являются постоянными. Сопротивление фильтровальной перегородки может возрастать вследствие частичного забивания пор или набухания волокон самой перегородки в случае применения волокнистых материалов. Величина r о является удельной, то есть показывает сопротивление, которое будет приходиться на единицу высоты осадка. Возможность удельного сопротивления изменять свое значение зависит от физических и механических свойств осадка. Если в рамках процесса фильтрации частицы, образующие осадок, можно принять недеформируемыми, то такой осадок называют несжимаемым, и его удельное сопротивление не возрастает с повышением давления. Если же твердые частицы при повышении давления подвергаются деформации и уплотняются, вследствие чего размеры пор в осадке уменьшаются, то такой осадок называют сжимаемым.

Предпочтительной является фильтрация с образованием осадка. В этом случае забивания пор перегородки почти не происходит из-за образования сводов из твердых частиц над входами в каналы пор, служащих в качестве дополнительного задерживающего фактора для дисперсных твердых частиц. Увеличения сопротивления перегородки R пр, почти не происходит, и контролировать сопротивление слоя осадка достаточно легко путем своевременного удаления его части. Кроме того, очистка пор фильтрующей перегородки обычно сопряжена с большими трудностями, а в отдельных случаях может оказаться вообще бесполезной, что означает утрату фильтровальной способности у перегородки, поэтому по возможности такого вида загрязнения следует избегать. Для предотвращения закупоривания пор фильтруемая суспензия может быть подвергнута предварительному сгущению, к примеру, путем отстаивания. Массовое образование сводов начинается при достижении объемной концентрации твердой фазы в суспензии около 1%.

1.4.1 Технологическое моделирование процесса фильтрования

Моделирование технологических процессов основано на предположении, что при изменении процесса в определенных пределах физическая сущность явлений, воспроизводимых на производстве, не изменяется и силы, действующие на объект разработки, не меняют своей природы, а только величину. Технологическое моделирование особенно эффективно, когда чисто математическое описание процесса затруднительно и эксперимент является единственным средством его изучения. В этих случаях применение методов моделирования избавляет от необходимости экспериментирования с большим числом возможных вариантов выбора параметров процесса, сокращает длительность и объем экспериментальных исследований и позволяет путем несложных вычислений найти оптимальный технологический режим.

Применение методов технологического моделирования в области очистки воды имеет важное значение как научная основа интенсификации и улучшения работы действующих очистных сооружений. Эти методы указывают на систему сравнительно простых экспериментов, обработка результатов которых позволяет обнаружить скрытые резервы производительности и установить оптимальный технологический режим работы сооружений. Использование технологического моделирования дает также возможность обобщить и систематизировать экспериментальные и эксплуатационные данные по различным типам водоисточников. А это позволяет значительно сократить объем экспериментальных исследований, связанных с проектированием новых и интенсификацией существующих сооружений.

Для проведения фильтрационного технологического анализа необходимо иметь установку, схема которой представлена на рисунке 3. Основным элементом установки является фильтровальная колонка, оборудованная пробоотборниками. Для снижения влияния пристеночного эффекта, а также для того, чтобы расход воды, отбираемой пробоотборниками, не был больше допустимого для практических экспериментов значения, фильтровальная колонка должна иметь диаметр не менее 150...200 мм. Высота колонки принимается равной 2,5...3,0 м, что обеспечивает расположение в ней достаточного слоя фильтрующего материала и образование достаточного пространства над загрузкой для повышения уровня воды при увеличении потери напора в фильтрующем материале.

Пробоотборники устанавливают равномерно по высоте загрузки фильтровальной колонки на расстоянии 15...20 см друг от друга. Пробоотборник, расположенный до входа воды в загрузку, служит для контроля концентрации взвеси в исходной воде. Пробоотборник, расположенный за загрузкой, служит для контроля качества фильтрата. Остальные пробоотборники предназначены для определения изменения концентрации взвеси в толще зернистой загрузки. Для получения достоверных результатов фильтровальная колонка должна иметь не менее 6 пробоотборников. В ходе проведения опыта обеспечивают непрерывное истечение воды из пробоотборников. Суммарный расход воды из пробоотборников не должен превышать 5 % общего расхода воды, проходящей через колонку. Колонка оснащается также двумя пьезометрическими датчиками для определения общей потери напора в толще фильтрующей загрузки.

Фильтровальную колонку загружают возможно более однородным зернистым материалом. Желательно, чтобы средний диаметр зерен загрузки составлял от 0,7 до 1,1 мм. Толщина слоя песка должна быть не менее 1,0...1,2 м. Необходимое количество загрузки рассчитывают по формуле

m = r (1 - n) V ,

где m - масса отмытого и отсортированного фильтрующего материала, кг; r - плотность загрузки, кг/ м 3 ; n - межзерновая пористость фильтрующей загрузки; V - требуемый объем загрузки, м 3 .

После заполнения фильтрующей колонки фильтрующий материал уплотняют постукиванием по стенке колонки, пока верхняя поверхность материала не дойдет до метки, соответствующей заданному объему загрузки, когда пористость загрузки будет равна пористости этого материала в реальном крупномасштабном фильтре. (5...10 м/ч.)

2 Расчетно-технологическая часть

2.1 Применение фильтрующих материалов в водоподготовке

2.1.1 Основные параметры фильтрующей загрузки

Фильтрующая загрузка является основным рабочим элементом фильтровальных сооружений, поэтому правильный выбор ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальной работы. При выборе фильтрующего материала основополагающими являются его стоимость, возможность получения в районе строительства данного фильтровального комплекса и соблюдение определенных технических требований, к числу которых относятся: надлежащий фракционный состав загрузки; определенная степень однородности размеров ее зерен; механическая прочность; химическая стойкость материалов по отношению к фильтруемой воде.

Степень однородности размеров зерен фильтрующей загрузки и ее фракционный состав существенно влияют на работу фильтра. Использование более крупного фильтрующего материала влечет за собой снижение качества фильтрата. Использование более мелкого фильтрующего материала вызывает уменьшение фильтроцикла, перерасход промывной воды и удорожание эксплуатационной стоимости очистки воды.

Важным показателем качества фильтрующего материала является его механическая прочность. Механическую прочность фильтрующих материалов оценивают двумя показателями: истираемостью (т.е. процентом износа материала всдледствие трения зерен друг одруга во время промывок - до 0,5) и измельчаемостью (процентом износа вследствие растрескивания зерен - до 4,0).

Важным требованием, предъявляемым к качеству фильтрующих материалов, является их химическая стойкость по отношению к фильтруемой воде, то есть, чтобы она не обогащалась веществами, вредными для здоровья людей (в питьевых водопроводах) или для технологии того производства, где она используется.

Кроме вышеизложенных технических требований фильтрующие материалы, используемые в хозяйственно-питьевом водоснабжении, проходят санитарно-гигиеническую оценку на микроэлементы, переходящие из материала в воду (бериллий, молибден, мышьяк, алюминий, хром, кобальт, свинец, серебро, марганец, медь, цинк, железо, стронций).

Наиболее распространенным фильтрующим материалом является кварцевый песок - речной или карьерный. Наряду с песком применяют антрацит, керамзит, горелые породы, шунгизит, вулканические и доменные шлаки, гранодиорит, пенополистирол и др. (таблица 2).

Керамзит представляет собой гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глинистого сырья в специльных печах (рисунок 4).

Горелые породы представляют собой метаморфизированные угленосные породы, подвергнутые обжигу при подземных пожарах.

Вулканические шлаки - материалы, образовавшиеся в результате скопления газов в жидкой остывающей лаве.

Шунгизит получают путем обжига природного малоугленосного материала, - шунгита, который по своим свойствам близок к дробленому керамзиту.

В качестве фильтрующих материалов могут быть использованы также отходы промышленных производств, доменные шлаки и шлаки медно-никелевого производства.

В качестве фильтрующего материала на фильтрах также используется пенополистирол. Этот зернистый материал получают вспучиванием в результате тепловой обработки исходного материала - полистирольного бисера, выпускаемого химической промышленностью.

Таблица 3. Основные характеристики фильтрующих материалов

Материалы	Крупность,	Насыпная объемная масса	Плотность,	Пористость,	Механическая прочность,		Коэффициент
					стираемость	измельчаемость
Кварцевый песок	0.6¸1.8		2.6	42			1.17
Керамзит дробленый	0.9	400	1.73	74	3.31	0.63	-
Керамзит недробленый	1.18	780	1.91	48	0.17	0.36	1.29
Антрацит дробленый	0.8¸1.8		1.7	45			1.5
Горелые породы	1.0	1250	2.5	52¸60	0.46	3.12	2.0
Шунгизит дробленый	1.2	650	2.08	60	0.9	4.9	1.7
Вулканические шлаки	1.1	-	2.45	64	0.07	1.05	2.0
Аглопорит	0.9	1030	2.29	54.5	0.2	1.5	-
Гранодиорит	1.1	1320	2.65	50.0	0.32	2.8	1.7
Клиноптилолит	1.15	750	2.2	51.0	0.4	3.4	2.2
Гранитный песок	0.8	1660	2.72	46.0	0.11	1.4	-
Доменные шлаки	1.8		2.6	44.0			-
Пенополистирол	1.0¸4.0		0.2	41.0			1.1
Габбро-диабаз	1.0	1580	3.1	48.0	0.15	1.54	1.75

Указанные фильтрующие материалы не охватывают всего многообразия местных фильтрующих материалов, предложенных в последние годы. Имеются данные о применении аглопорита, фарфоровой крошки, гранодиорита и так далее.

Находят применение активные фильтрующие материалы, которые благодаря своим свойствам могут извлекать из воды не только взвешенные и коллоидные примеси, но и истинно растворенные загрязнения. Все широко применяют активные угли для извлечения из воды веществ, обусловливающих привкусы и запахи. Применяют природный ионообменный материал цеолит для удаления из воды различных растворенных соединений. Доступность и дешевизна этого материала позволяют все более широко применять его в качестве загрузки фильтровальных аппаратов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 542.67:544.272

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕМБРАННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКИХ СИСТЕМ

Бабёнышев Сергей Петрович

д.т.н., профессор

Чернов Павел Сергеевич

старший преподаватель

Пятигорский государственный технологический университет, Пятигорск, Россия

Мамай Дмитрий Сергеевич

аспирант

Ставропольский государственный аграрный университет, Ставрополь, Россия

Показано, что использование осредненных характеристик в формулах, связывающих проницаемость фильтрационных перегородок с параметрами пористой структуры, допустимо лишь для некоторых модельных мембран

Ключевые слова: скорость фильтрации, поверхностное трение, капилляр

UDC 542.67:544.272

membrane filtration process modeling applying to liquid systems.

Babenyshev Sergey Petrovich

Dr.Sci.Tech, professor

Chernov Pavel Sergeevich

Pyatigorsk state technological university, Pyatigorsk, Russia

Mamay Dmitry Sergeevich

postgraduate students

Stavropol state agrarian university, Stavropol, Russia

It is shown, that use of average characteristics in the formulas, which interconnect penetrability of filtration barriers with porous structure parameters, is relevant only for several kinds of membranes

Keywords: filtration velocity, surface friction, capillary

Относительно невысокая эффективность ультрафильтрационного разделения белковых растворов предопределила проведение теоретических исследований с целью разработки и обоснования методики интенсификации процесса. Повышение производительности мембранного оборудования может быть достигнуто путем увеличения поверхности фильтрования отдельных модулей и повышением скорости фильтрования путем нахождения оптимальных условий разделения жидких полидисперсных систем. В настоящее время в рулонных мембранных элементах может быть достигнута высокая плотность укладки мембран при организации ламинарного режима течения разделяемой системы над мембраной, что ограничивается гидродинамическими условиями потока над и под мембраной, физическими характеристиками полупроницаемых перегородок и дренирующих материалов. Основная причина, вызывающая снижение эффективности разделения, заключается в явлении концентрационной поляризации и загрязнении мембраны. Поэтому непременным условием эффективной работы мембранного оборудования является предварительная очистка исходной разделяемой системы с целью удаления из нее микро- и макровзвесей, которые затрудняют процесс разделения. Отсутствие полного представления о механизме мембранного разделения и особенно механизма ультрафильтрации белковых растворов затрудняет решение вопросов выбора направлений и методов интенсификации процесса. Это обусловлено тем, что до настоящего времени нет достаточно обоснованных представлений о молекулярном взаимодействии в системе: белковый раствор - мембранная перегородка. Возможно, что это связано с влиянием кулоновских сил и условий гидрофилизации мембраны, не исключается и физическое взаимодействие молекул дисперсной фазы и мембраны, определяемым силами Ван-дер-Ваальса, электростатическим взаимодействием или вязкостным трением. В практике использования мембранных методов для повышения солезадержания мембраны иногда обрабатывают поверхностно-активными веществами. Модификация мембраны низкомолекулярным поверхностно-активным веществом приводит к частичной блокировке пор, при этом происходит уменьшение эффективного размера пор и повышение селективности разделения. При этом проницаемость мембран, обработанных поверхностно-активными веществами, стабилизируется во времени.

Интенсификация процесса достигается и при иммобилизации на мембране протеолитических ферментов. Протеазы, находящиеся в поверхностных слоях мембраны, взаимодействуя с белком, обуславливают его расщепление и тем самым препятствуют образованию гелевых надмембранных структур. Эффективным методом снижения концентрационной поляризации является увеличение скорости циркулирующего над мембраной потока. Турбулизацию потока можно усилить путем введения в поток дополнительных дисперсных частиц (пузырьки газа, твердые и коллоидные частицы и т.п.). При этом снижение концентрационной поляризации происходит в зависимости от плотности и размера дисперсных частиц. Увеличение проницаемости с ростом турбулизации объясняется уменьшением толщины пограничного слоя и снижения в нем концентрации раствора. Недостаточная турбулизация раствора может приводить к образованию пограничных слоев толщиной 100-300 Мкм. Этот широко применяемый метод турбулизации разделяемого раствора путем увеличения скорости циркулирующего потока приводит к чрезмерному нагреванию раствора и обуславливает необходимость использования дополнительной охладительной аппаратуры. Увеличение удельной производительности мембранного аппарата может достигаться с помощью кратковременной подачи обратного тока жидкости в ходе рабочего режима процесса фильтрации. Эффект объясняется «знакопеременным» давлением в рабочей камере аппарата, обеспечивающим освобождение блокированных входных отверстий пор от некоторой доли забивших их частиц. Использование таких пульсационных режимов позволяет достичь эффекта разрушения поряризационного слоя, при этом проницаемость мембран и эффективность разделения повышается с ростом частоты пульсаций. При проведении тупиковой ультрафильтрации воды для регенерации мембраны предложено использовать обратную промывку, осуществляемую в процессе ультрафильтрации подачей в рабочую зону пермеата. При этом стабилизируется работа активного цикла ультрафильтрации. Возможно снижение концентрационной поляризацией путем использования концентрирующего действия межмембранного потока, обеспечивающего седиментационный обратный перенос частиц от поверхности мембраны. Перспективным направлением повышения эффективности разделения при использовании ядерных фильтров считается применение ядерных мембранных перегородок с анизотропной структурой. Большое внимание при решении вопросов интенсификации процесса обращается на использование внешних полей, которые в известной степени предопределяют взаимодействие компонентов раствора с мембраной. Находят применение методы с использованием ультразвука, однако сложность генерирования звуковых волн в промышленных мембранных аппаратах сдерживает внедрение этих методов. Интенсификация процесса достигается наложением электрического поля и магнитной обработкой разделяемого раствора, что приводит к уменьшению толщины образующейся на мембране гелевой пленки и снижению сопротивления фильтрации Большое внимание при промышленном использовании ультрафильтрации в пищевых отраслях уделяется процессам регенерации и мойки загрязненных мембран. При ультрафильтрации белковых растворов мойку обычно осуществляют с применением растворов поверхностно-активных веществ и детергенов. В силу специфики пищевых производств и с учетом того, что разделяемые растворы являются хорошей питательной средой для различных микроорганизмов, мойку мембран совмещают с санитарной обработкой мембранного оборудования, которая проводится обычно один раз в смену в соответствии c технологической инструкцией. Таким образом, санитарная обработка преследует две цели: восстановить производительность путем удаления отложений и обеспечить удаление остатков продукта и микробиологическую чистоту рабочей зоны аппарата. Эффективность регенерации мембран в этом случае определяется правильным выбором моющего средства и режимов его применения. Существует большое разнообразие составов растворов, способов регенерации и мойки мембранных аппаратов. Обычно для промышленной эксплуатации мембранного оборудования требуется моечная станция, стоимость которой составляет до 20-25% от общей стоимости установки. К этому следует прибавить, что моющие системы, особенно ферментной природы, в значительной степени удорожают процесс регенерации. Надо учитывать также, что химическая и биохимическая мойка - довольно продолжительные процессы. Состав моющего средства, режим обработки зависят от вида разделяемых растворов, типа мембранной перегородки и степени загрязненности мембраны. Организация процесса мойки, независимо от характера разделяемого продукта и типа мембраны, осуществляется путем подачи моющего раствора в рабочую зону аппарата и обеспечения его циркуляции под некоторым (меньше рабочего) давлением. Пермеатная зона обрабатывается прошедшим через мембрану под действием перепада давления раствором. Существующие методики и моющие средства, рекомендуемые для санитарной обработки мембранной техники, используемой для разделения молочных продуктов, предусматривают в зависимости от степени восстанавливаемости проницаемости установки после мойки проводят дополнительную обработку рабочей зоны кислотным составом после щелочной мойки. Следует отметить, что практика эксплуатации ультрафильтрационного оборудования свидетельствует, что мойка с использованием поверхностно-активных веществ и детергентов обеспечивает удовлетворительное восстановление проницаемости при ежесменном цикле работы и только через несколько десятков циклов появляются признаки неполного восстановления производительности, что свидетельствует о наличии неудаленных отложений, по-видимому, в поровом пространстве.

Несмотря на то, что в настоящее время накоплен достаточно большой объем эмпирического материала, анализ которого позволяет в большинстве случаев прогнозировать кинетические параметры процесса разделения жидких полидисперсных систем, при технологическом расчете ультрафильтрационного оборудования возникают два основных вопроса: как быстро снижается поток пермеата в течение одного цикла разделения и как изменяется проницаемость мембран в течение длительного времени. Обычно для их решения применяется тот или иной способ моделирования процессов, происходящих при баромембранном разделении жидких систем. В основе методик разработки теоретического описания процесса обычно находятся модифицированные зависимости из теории фильтрации.

В соответствии с основными положениями Стокса скорость фильтрации жидкостей Q через слой пористого материала толщиной h при малых значениях Re под действием перепада давления Д Р достаточно точно описывается уравнением Дарси:

течение жидкость мембрана пористый

где з - динамическая вязкость жидкости, K - коэффициент проницаемости среды, который должен учитывать все особенности течения, обусловленные свойствами пористой среды.

Все последующие исследования закономерностей фильтрации в рамках применимости закона Дарси, как правило, сводятся к рассмотрению взаимосвязи проницаемости и характеристиками фильтровальной среды или свойствами текущих через них жидкостей, например уравнение Козени-Кармана:

или зависимость:

где е - пористость среды; С - константа формы пор, S - удельная поверхность среды; о - извилистость. Выражения (2) и (3) идентичны, если средний радиус пор r описывается уравнением:

Если вместо r в (3) подставить его интегральное значение:

где f (r ) - функция распределения объемов пор по радиусам, то выражение для проницаемости примет вид:

Следует отметить, что помимо полученного уравнения (4) не включающего в явном виде множитель е, большое распространение имеют другие частные формулы, выражающие к через параметры пористой структуры, полученные как экспериментальным путем, так и на основе всевозможных описывающих её моделей. Но при этом всё многообразие подходов объединяется решениями уравнений движения жидкостей при условии, что для малых скоростей течения инерционными членами можно пренебречь. В случае одиночного прямолинейного капилляра такое решение, известное как уравнение Хагена-Пуазейля, можно получить из баланса сил, действующих на жидкость, поскольку при стационарном течении жидкости перепад давления жидкости на входе и выходе из капилляра целиком расходуется на преодоление вязких сил внутреннего трения, определяемых интегрированием по радиусу капилляра уравнения вида:

где Fф - тангенциальная составляющая силы внутреннего трения, отнесенная к площади соприкосновения частиц; V - локальная скорость жидкости, x - координата, перпендикулярная к направлению скорости движения жидкости

В капилляре при этом реализуется так называемый пуазейлевский параболический профиль скорости течения, отвечающий уравнению (применительно к цилиндрической модели) :

Существующая парадигма течения жидкости через пористые среды основана на трех основных допущениях:

1. Сопротивлением течению жидкости из-за изменения сечения пор в сравнении с вязким трением можно пренебречь.

2. Проницаемость пористой среды является только её геометрической характеристикой, независящей от свойств жидкости и поверхности пор.

3. По всему сечению пор распространяется только пуазейлевский профиль течения жидкости.

Это дает основание предполагать, что для течения жидкости при малых числах Рейнольдса потенциал её переноса расходуется только на преодоление сил поверхностного трения в порах. При этом среднее значение скорости течения в порах V ср должно быть в раз больше рассчитанного по уравнению (1):

С учетом вышеуказанных допущений и уравнений (4), (5), (6) и (7) полная сила трения F т p на поверхности пор может быть представлена в следующем виде:

где F - площадь поверхности пористой среды, отнесенная к её объему

Приравнивая Fтp к перепаду давления жидкости на границах пористого слоя толщиной L , умноженному на долю от габаритной поверхности, приходящуюся на поры получаем, что

т.е. закон Дарси (1), где K находится в соответствии с выражением (2).

Оценивая возможность практического использования этих формул для предварительного расчета проницаемости промышленных мембран, примем во внимание, что при прочих равных условиях величина скорости фильтрации определяется параметрами полупроницаемой мембраны и физико-химическими свойствами разделяемой жидкой системы.

Принято считать, что самой полной характеристикой пористой среды является кривая распределения размеров пор по радиусам . Интегрируя эти кривые в соответствии с (4), можно получать зависимость значений К от радиуса пор, что дало бы возможность количественно оценивать влияние пор с различными размерами на кинетические параметры фильтрации. Однако сравнение проницаемостей, рассчитанных на основе (2) и (4) показывает, что результаты практически всегда имеют значительное расхождение даже для однородных пористых структур. Следовательно определение значений коэффициент проницаемости среды К по уравнениям (2) и (4) для обычных промышленных образцов полимерных и неорганических мембран производить не вполне корректно, эти формулы применимы только для модельных пористых сред.

Из всего многообразия жидких систем наиболее изучены те, у которых дисперсионной средой является вода. При этом есть данные , доказывающие влияние явлений, происходящих непосредственно у поверхности пор на скорость течения в них воды, обусловленного перепадом давления. Её уменьшение, в сравнении со скоростью пуазейлевского течения, можно объяснить увеличением вязкости, вызванное ориентированием молекул воды вблизи границы раздела фаз. Это косвенно подтверждается эффектом нарушения структуры воды при температуре свыше 65°С, когда её вязкость в капиллярах становится одинаковой со значениями в объеме . Увеличение скорости течения в порах гидрофобной среды обычно связывают со снижение вязкости пристенного слоя воды и граничное условие, при котором скорость жидкости на поверхности равна нулю, заменяют условием течения со скольжением, вводя в уравнение Хагена-Пуазейля соответствующую поправку в виде коэффициента скольжения. Вместе с этим в работе отмечается существование особых плоскостей скольжения, характеризующихся резким изменением вязкости в объеме жидкости на значительном расстоянии от поверхности. Сложность физико-химического состава и соответственно свойств реально используемых, например, в молочной промышленности, жидких систем ставит под сомнение возможность учесть этот фактор введением в уравнение Хагена-Пуазейля или Дарси некоторого среднего значения вязкости . Для случая обратноосмотического баромембранного разделения, например, натуральной молочной сыворотки, вполне возможно наличие в порах мембраны связанной воды. Она по своим физическим свойствам отличается от обычной, то есть свободной. Она может характеризоваться как вязко-пластичная жидкость, обладающая соответствующей сдвиговой прочностью. При возникновении градиента давления, незначительно превышающего некое начальное значение, определяемое этой сдвиговой прочностью, в нанопористых средах вполне может протекать процесс фильтрации, описываемый линейным законом Дарси. С такой точки зрения это можно считать нижней границей применимости линейного закона фильтрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабенышев С.П. Определение давления в канале баромембранного аппарата[Текст] / С.П. Бабенышев, Г.А. Витанов, А.Г. Скороходов // Механизация и электрификация сельского хозяйства: сб. науч. тр. № 7 - Ставрополь: СтГАУ 2007. -- С. 9-10.

2. Бабенышев С.П. Расчет радиальной скорости частицы дисперсной фазы в канале баромембранного аппарата со спиралевидным турбулизатором потока [Текст] / С.П. Бабенышев, Г.А. Витанов, А.Г. Скороходов // Механизация и электрификация сельского хозяйства: сб. науч. тр. № 7 - Ставрополь: СтГАУ 2007.- С. 11-12.

3. Бабенышев С.П. Особенности формализации описания потока пермеата молочной сыворотки через нанопористую среду [Текст] / С.П. Бабенышев, И.А. Евдокимов // Хранение и переработка сельхозсырья: сб. науч. тр. № 7 - Ставрополь: СевКавГТУ 2008.- С. 37-39.

4. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость [Текст] / С. Грег, К. Синг. М.: Мир, 1970 - 120с.

5. Девиен М. Течения и теплообмен разреженных газов [Текст] / М. Девиен. М.: Изд. иностр. лит., 1962 - 346с.

6. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости [Текст] / Н.А. Слезкин. М.: Гостехиздат, 1955 - 530с.

7. Хаппель Дж., Бренер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса [Текст] / Дж. Хаппель, Г. Бренер. М.: Мир, 1976 - 380с.

8. Чураев Н.В. Физико-химия процессов массопереноса в пористых телах [Текст] / Н.В. Чураев. М.: Химия, 1990 - 452с.

9. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды [Текст] / А.Э. Шейдеггер. М.: ГНТИНЛ, 1960 - 348с..

10. Churaev N.V., Sobolev V.D., Zorin Z.M. Measurement of viscosity of liquids in quartz capillaries // Spec. Discuss. Faraday Soc. N.Y.-L.: Acad. press, 1971.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Расчет показателей процесса одномерной установившейся фильтрации несжимаемой жидкости в однородной пористой среде. Схема плоскорадиального потока, основные характеристики: давление по пласту, объемная скорость фильтрации, запасы нефти в элементе пласта.

курсовая работа , добавлен 25.04.2014


Мембранная технология очистки воды. Классификация мембранных процессов. Преимущества использования мембранной фильтрации. Универсальные мембранные системы очистки питьевой воды. Сменные компоненты системы очистки питьевой воды. Процесс изготовления ПКП.

реферат , добавлен 10.02.2011


Пример моделирования процесса выработки запасов нефти залежи с применением технологий изменения направления фильтрационных потоков. Преимущества, получаемые при регулировании работы добывающих скважин. Сравнение эффективности вариантов разработки залежи.

статья , добавлен 24.10.2013


Понятие фильтрования как процесса разделения неоднородной жидких и газовых систем. Скорость фильтрации и ее цели. Характеристика видов фильтрования. Фильтровальные аппараты периодического и непрерывного действия. Основные положения теории фильтрования.

презентация , добавлен 19.02.2013


Промышленное применение и способы перемешивания жидких сред, показатели интенсивности и эффективности процесса. Движение жидкости в аппарате с мешалкой, конструктивная схема аппарата. Формулы расчёта энергии, затрачиваемой на процесс перемешивания.

презентация , добавлен 29.09.2013


Характеристика основных достоинств газов и их свойств по отношению к свойствам воздуха. Диэлектрическая проницаемость газов и ее изменение с увеличением давления. Влияние влажности воздуха на его диэлектрическую проницаемость. Суть процесса рекомбинации.

реферат , добавлен 30.04.2013


Анализ системы непрерывной фильтрации вискозы на фильтрах KKF-18 на ООО "Сибволокно". Анализ существующих систем автоматизации с выделением функциональных задач. Оценка недостатков действующей системы автоматического управления, пути ее оптимизации.

отчет по практике , добавлен 28.04.2011


Контроль уровня и концентрации жидкости. Структурное моделирование измерительных каналов. Разработка схемы автоматизации измерительной системы. Выбор передаточной функции. Анализ характеристик (временной, статистической, АЧХ, ФЧХ) средств измерения.

курсовая работа , добавлен 12.12.2013


Фильтрация в трещиноватых и трещиновато-пористых пластах. Классификация трещиноватых пластов, их проницаемость. Капиллярная пропитка при физико-химическом и тепловом заводнениях. Нефтеотдача трещиновато-пористых коллекторов. Охрана окружающей среды.

курсовая работа , добавлен 05.05.2009


Назначение и классификация моделей, подходы к их построению. Составление математических моделей экспериментально-статистическими методами. Моделирование и расчет цифровых систем управления. Разработка и исследование модели статики процесса ректификации.