Гидродинамика и массообмен в каналах плоскокамерных мембранных аппаратов
Диссертация
Вопросы, связанные с распределением скоростей и концентраций в каналах плоскокамерных элементов, очень важны для описания мембранного разделения, однако закономерности гидродинамики и массообмена в них в настоящее время изучены недостаточно Для анализа мембранных процессов важным вопросом является изучение потоков с пористыми стенками. Этот процесс характеризуется следующими особенностями… Читать ещё >
Содержание
- ОБОЗНАЧЕНИЯ
- Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. Обзор конструкций плоскокамерных мембранных аппаратов
- 1. 2. Влияние внешних факторов на массоотдачу в каналах 21 мембранных аппаратов
- 1. 3. Способы расчета массообмена при мембранном разделении
- 1. 3. 1. Математическое моделирование массоотдачи в ламинарном 29 режиме
- 1. 3. 2. Расчет массоотдачи с помощью критериальных уравнений
- 1. 4. Экспериментальные методы исследования массоотдачи
- 1. 5. Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования
- Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТ
- 2. 1. Продольная и поперечная составляющие скорости и профиль давления в ламинарном режиме при переменном отборе
- 2. 2. Распределение концентраций по высоте и длине плоского канала
- Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТ
- 3. 1. Экспериментальные установки
- 3. 2. Методика определения предельной плотности тока
- 3. 3. Характеристики мембранных каналов и сепарационных устройств
- 3. 4. Расчет коэффициентов массоотдачи
- Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
- 4. 1. Оценка адекватности численных решений уравнения конвективной диффузии
- 4. 2. Гидродинамика и массоотдача в полых каналах плоскокамерного мембранного аппарата
- 4. 3. Сравнение различных сепарационных устройств
- Глава 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ
- ПРИЛОЖЕНИЕ
- Диафильтрация раствора %- глобулина на установке с плоскокамерными мембранными аппаратами
- 5. 1. Описание процесса получения глобулина
- 5. 2. Выбор оборудования и мембран для диафильтрации. 91 5.3 Расчет поверхности разделения
- 5. 4. Результаты диафильтрации раствора^- глобулина
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Научные основы. М.: Химия. 1986. -272с.
- Лейси Р. Технологические процессы с применением мембран: Пер. с англ. под ред. Мазитова Ю. А. М.: Мир, 1976. — 370 с.
- Хванг С. Т. Каммермейер К. Мембранные процессы разделения : Пер. с англ.под ред. Дытнерского Ю. И. М.: Химия. 1981.- 464с.
- ЦИНТИхимнефтемаш. Обзорная информация «Химическое и нефтеперерабатывающее машиностроение». Серия ХМ-1. Современные установки для мембранного разделения растворов биологически активных веществ. Голгер Л. И., Трефилов Э. М., Федоренко Б. Н. М.: 1984.- 39с.
- Романенко Ю.К. Разработка процесса очистки растворов ВМС от низкомолекулярных примесей диафильтрацией. Дисс.канд.техн.наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1986. 317 с.
- Ultrafiltration for Industry with Dorr-Oliver Iopor System. Bulletin № 10−1. DorrOliver Incorporated.-Stanford, USA, 1969. 9 p.
- Аппарат фирмы Dorr-Oliver. Патент США № 3.508.994, 19 706
- The DDC Ultrafiltration Module. De Danske Sukkerfabrikker (DDC-RO-Division), Nakskov, Denmark 1981.- 7 p.
- Kristensen S. Versatility of DDS UF-System. // Filtr. And Separ. 1980. — 19, № 5.-p. 416.
- Свитцов A.A., Орлов H.C., Кузнецов A.B. Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. М.: ЦБНТИмедпром, 1983. — 36 с.
- А.с. А-1. СССР. В 01 D 63/16. Мембранный аппарат/ Орлов Н. С., Шаяхметов А. Ш., Бородкин А. Г. (СССР). 1992. — БИ. — № 42. — 6с. ИЛ.
- Цапюк Е.А. Технологические аспекты ультрафильтрации // Химическая технология.- 1988 -№ 3.-c.3−12.
- Каталог и справочник по выбору материалов. Анисон (Амикон). Опубл. на русс. языке, № 428. 1980.-27 с.
- Каталог. Мембранные методы Нуклеопор. Nucleopore Corporation, California, 94 302 USA, P.O.Box 268. 15 p.
- Michaels A.S. Fifteen Years of Ultrafiltration: Problems and Future Promises of an Adolescent Technology // Ultrafiltration Membrane and Application. New York- London. Plenum Press, 1980. — p.1−20.
- Matthiasson E., Sivik B. Concentration Polarization and Fouling // Desalination.- 1980. 35,№ 1/3.-p.59−103.
- Shor A.J., Kraus K.A., Johnson I.S. Swith W.T. Hyperfiltration Concentration Polarization in Tubular Systems with Dynamically Formed Membranes // Ind. And Eng. Chem. Fundam. 1968. -7, № 1. -p.44−48.
- Kedem O., Katchalsky A. Thermodynamic Analysis of the Permeability of Biological membranes to non-electrolytes.// Bichim. et Biophys. Acta. 1958 — 27, № 2. — p.229 — 246.
- Blatt W.F., Dravid A., Michaels A.S., Nelsen L. Solute Polarization and Cake Formation in Membrane Ultrafiltration: Causes, Consequences and Control Techniques.// Membrane Science and Technology. Plenum Press, N.Y., 1970.-p.47−79.
- De Fillipi R.P., Goldsmith R.L. Application and Theory of Membrane Process for Biological and other Macromolecular Solution.// Membrane Science and Technology.- Plenum Press, N.Y., 1970. p. 33−40.
- Goldsmith R.L. Macromolecular Ultrafiltration with Microporous Membrane.// Ind.Eng.Chem.Fundam. 1971. — № 10. — p. 113- 120.
- Wijmans J.G., Nakao S.I., Smolders C.A. Flux Limitation in Ultrafiltration: Osmotic Pressure Model and Gel Layer Model.// J. of Membrane Science 1984. -№ 20.-p. 115−129.
- Porter M.C. Concentration Polarization with Membrane Ultrafiltration.// Ind.Eng.Chem.Fund. 1972. — № 11. — p. 234−248.
- Henry J.D., Recent Developments in Separation Science CRC Press, Cleveland, 1972,-p. 205−225.
- Брык М.Т., Цапюк Е. А. Ультрафильтрация.- Киев: Наукова Думка, 1989−288с.
- Цапюк Е.А. Ультрафильтрационный метод фракционирования и концентрирования растворов.// Химия и технология воды.- 1986.- т.8, № 2. -с.35−44.
- Michaels A.S. Ultrafiltration: an adolescent technology.// Chem.Technol. -1981.-№ 1. p.36−43.
- Barker P.E., Alsop R.M., Vlachogiannis G.J. Fractionation, Purification and Concentration of Dextran Solution by Ultrafiltration.// J. of Membrane Sci. 1983.-v.2, № 1. — p.79−81.
- Чанг P. Физическая биохимия с приложениями к биологическим системам. М.: Мир, 1982, — 662 с.
- Vilker V.L., Colton С.К., Smith К.А. Concentration Polarization in Protein Ultrafiltration. II. Theoretical and Experimental Study of Albumin Ultrafiltered in Unstirred Cell.// AIChE J.- 1981. v.27. — p.637−645.
- Vilker V.L., Colton C.K., Smith K.A., Green D.L. The Osmotic Pressure of Concentrated Protein and Lipoprotein Solutions and its Significance to Ultrafiltration. // J. of Membrane Science -1984, — v.20. p.63−77.
- Nakao S.I., Wijmans J.G., Smolders C.A. Resistance to the Permeate Flux in Unstirred Ultrafiltration of Dissolved Macromolecular Solutions.// J. of Membrane Science 1986. — v.26, № 2.- p. 165−178.
- Wijmans J.G., Nakao S.I., Van der Berg J.W.A. Hydrodynamic Resistance of Concentration Polarization Boundary Layers In Ultrafiltration. // J. of Membrane Science. 1985. — v.22, № 1. — p. l 17−135.
- Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии Д.: Химия, 1984.- 369 с.
- Моравец Г. Макромолекулы в растворе. -М.: Мир, 1967. — 398 с.
- Греков К.Б., Цапюк Е. А. Очистка промывных и сточных вод процесса химико-физической обработки цветных кинопленок.// Журнал прикладной химии. 1984. — т.32, № 6. — с. 1291−1294.
- Macrichie F. Effects of Temperature on Dissolution and Precipitation of Proteins and Polyamino Acids.//J.Colloid Interface Sei. 1973. — v.45. — p.235−243.
- Цапюк E.A., Кучерук Д. Д. Перенос водных растворов сахарозы через полупроницаемые мембраны.// Укр.хим.журнал. 1983.- т.49, № 8. — с.824−828.
- Bruin S., Kikkert А., Weidring А., Hiddink J. Overview of Concentration Polarization in Ultrafiltration. // Desalination. 1980. — v.35, № 1/3. — p.223−243.
- Lopez-Leiva M. Ultrafiltration at low Degrees of Concentration Polarization: Technical Possibilities. //Desalination. 1980. — v.35, № 1/3. — p. l 15−128.
- Bauser H., Chimiel H., Stroh N., Walitza E. Control of Concentration Polarization and Fouling of Membranes In Medical, Food and Biotechnology. // J. of Membrane Science. 1986. — v.27, № 2. — p.195−202.
- Van der Waal M.J., Stevanovic S., Racz I.G. Mass-transfer in corrugated-plate Membrane Modules. II. Ultrafiltration Experiments. // J. of Membrane Sei. 1989.-v.40. — p.261−275.
- Черкасов A.H. Концентрационная поляризация и ее влияние на процессы ультра- и микрофильтрации. // Тез. Докладов IY Всесоюзн. конференции по мембранным методам разделения смесей (Москва, 27−29 мая 1987 г.) М., 1987. -4.1 — с.11−20.
- Kimura S., Sourirajan S. Concentration Polarization Effects in Reverse Osmosis using Porous Cellulose Acetate Membranes.// I.E.C.Process Design and Development. 1968. — v.7, № 1.- p.41−48.
- Kuroda O, Takahashi S., Nomura M. Characteristics of Flow and Mass Transfer Rate in an Electrodialyzer Compartment including Spacer. // Desalination. — 1983. -v.46. p.225−232.
- Ханхунов Ю.М. Влияние гидродинамических факторов на процесс ультрафильтрации. Дисс.канд.техн.наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева,-1984. -133 с.
- Hijikata K., Mori Y. Fundamental Study of Heat Transfer Augmentation of Tube inside Surface by Cascade Smooth Surface-Turbulence Promoters. // Warme -Stoffubertrag.- 1987. -21.- p. l 15−124.
- Miyashita H., Takayanagi A., Shiomi Y., Wakabayashi Y. Flow Behavior and Augmentation of the Mass Transfer Rate in Rectangular Duct with a Turbulence Promoter. // Int.Chem.Eng. 1981. — 4 — p.646−651.
- Storck A., Hutin D. Energetic Aspects of Turbulence Promotion Applied to Electrolysis Processes. // Can.J.Chem.Eng. 1980. — 58. -p.92−102.
- Van der Waal M.J., Racz I.G. Mass-transfer in corrugated-plate Membrane Modules. I. Hyperfiltration Experiments. // J. of Membrane Sei. 1989. — v.40-p.243−260.
- Van der Waal M.J., Stevanovic S., Racz I.G. Mass-transfer in corrugated-plate Membrane Modules. I. Ultrafiltration Experiments. // J. of Membrane Sei. 1989. -v.40-p .261−275.
- Berman A.S. Laminar Flow in Channels With Porous Walls.// J.Appl. Phys. -1953- y.24, № 9- p.1232−1235.
- Yuan S.W., Finkelstein A.B. // Trans. ASME.- 1956. 78. — p.719−728.
- Sherwood T.K., Brian P.L.T., Fisher R.E. Dresner L. Salt Concentration at the Phase Boundaries in Desalination by Reverse Osmosis.// Ind.Eng.Chem.Fund. -1965. v.4,№ 2. — p. 113−118.
- Sherwood T.K., Brian P.L.T., Fisher R.E. Concentration at the Surface of Tubular RO Membranes.// MIT Desalination Research Laboratory. Rept.295−1 —1963.
- Dresner L. Boundary Layer Build Up and Demineralization of Salt Water by Reverse Osmosis.//Oak Ridge Natl.Lab.Rept., 3621- 1964. p. 1−18.
- Brian P.L.T. Concentration Polarization in Reverse Osmosis Desalination with Variable Flux and Incomplete Salt Rejection.// Ind.Eng.Chem.Fund. 1965. — v.4, № 4. — p.439−445.
- Shah Y. Mass Transport in Reverse Osmosis in Case of Variable Diffusivity. // Int.J. Heat and Mass Transfer. 1971. — v.14, № 7. — p.921−930.
- Kozinski A.A., Lightfoot E.N. Ultrafiltration of Proteins in Stagnation Flow // AIChE J.-1971.-V.17, № 1.- p.81−85.
- Поляков C.B., Волгин В. Д., Максимов Е. Д., Синяк Ю. Е. Расчет концентрационной поляризации в аппаратах обратного осмоса с плоскокамерными фильтрующими элементами.
- Bhattacharyga D., Back S., Kermode R.I., Roco M.C. Prediction of Concentration Polarization and Flux Behavour in Reverse Osmosis by Numerical Analysis. // J. of Membrane Sei. 1990. — v.48, № 2−3. — p.231−262.
- Kleinstreuer С., Paller M.S. Laninar Dilite Suspebsion Flows in Plate-and-Plate Ultrafiltration Units. // AIChE J. 1983. — 29, № 4. -p.529−533.
- Sprinivasan S., Tien C. Reverse Osmosis in a Curved Tabular Membrane Duct. Correction. // Desalination. 1973. — v. 12, № 2. — p. 127−139.
- Singh R., Lawrence R.L. Influence of Slip Velocity at a Membrane Surface on Ultrafiltration Performance. 2. Tube Flow System. // Int.J. Heat and Mass Transfer. -1979.-22.- p.731−737.
- Марцулевич H.A. Гидродинамика и массооперенос в аппаратах, снабженных каналами с проницаемыми стенками. Дисс.докт.техн.наук. Санкт-П.: 1997. 260 с.
- Bennett C., Myers J. Momentum Heat and Mass Transfer. McGraw-Hill, NY 1982.-p.560−587.
- Churchill S.W. Comprehensive correlating equations for heat mass and momentum transfer in fully developed flow in smooth tubes. // Ind. Eng. Chem., Fundam. 1977. — 16, № 1. — p.109−116.
- Lin C.S., Moulton R.W., Putnam G.L. Mass transfer between solid wall and fluid streams.// Ind.Eng.Chem. 1953. — 45, № 3. — p.636−642.
- Pinczewski W., Sideman S. A model for mass (heat) transfer in turbulent tube flow: Moderate and high Schmidt Numbers.// Chem.Eng.Sci.- 1974. 29.- p. 19 691 976.
- Kawase Y., Ulbrecht J.J. Turbulent heat and mass transfer in dilute polymer solutions.//Chem.Eng.Sci. 1982.-37. — p.1039−1046.
- Thomas D.G. Forced Convection and Mass Transfer in Hyperfiltration at high Fluxes.//Ind.Eng.Chem.Fundam. 1973.- 12, № 4.-p. 396−405.
- Goldsmith R.L. Macromolecular Ultrafiltration with Microporous Membranes.// Ind.Eng.Chem.Fundam. 1971. — 10, № 1. — p. 113−120.
- Худоян П.А. Концентрационная поляризация при ультрафильтрации растворов ВМС в режиме предгель-поляризации. Дисс.. канд.техн.наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева. 1988. — 132 с.
- Щерев И.А. Определение концентрационной поляризации при разделении водных растворов электролитов обратным осмосом. Дисс.канд.техн.наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева. 1987. — 142 с.
- Тарасова Т.А. Разработка метода расчета ультрафильтрации на основе коэффициентов массоотдачи. Дисс. .канд. техн. наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева. 1987.- 142 с.
- Hendricks T.G., Willians F.A. Diffusion Layer Structures in Reverse Osmosis Channel Flow. // Desalination. 1971. — 9, № 2. — p. 155−180.
- Хауф А., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче. -М.: Мир.- 1973. -256 с.
- Liu М.К., Williams F.A. Concentration Polarization in an Unstirred Batch Cell. Measurements and Comparison with Theory.// Int.J.Heat and Mass Transfer. 1977. — 13, № 9.-p. 1441−1457.
- Weis E. Optical Method for Investigating the Concentration Polarization in Reverse Osmosis.// Environ.Prot.Eng. 1989. — 15, № 3−4. — p.205−210.
- Vilker V.L., Colton C.K., Smith K.A. Concentration Polarization in Protein Ultrafiltration. I. An Optical Shadowgraph Technique for Measuring Concentration Profiles Near a Solution Membrane Interface.// AIChE J.- 1981. — v.27, № 4. -p.632−637.
- Hubbard D.W., Lightfoot E.N. Correlation of Heat and Mass Transfer Data for High Schmidt and Reynolds Numbers./Я. and EC. Fundamentals. 5, № 3. — p.370−379.
- Gough D., Leypoldt J.K. Membrane-covered, Rotated Disc Electrode. // Analitical Chemistry. 1979. — 51, № 3. — p.439−442.
- Nakao S., Kimura S. Analisis of Solutes Rejection in Ultrafiltration.// J. of Chem. Engineering of Japan. 1981. — 14, № 1. — p.32−37.
- Strathman H. Untersuchungen zur Konzentrationsuberhohung bei der Memranfiltration. Teil 1. Konzentrationsuberhohung ohne Niederschlagsbildung an der Membranoberflache. // Chem.Ind.Techn.- 1972.- 44, № 20. p. l 160−1167.
- Granger J, Dodds J., Midoux N., Laminar Flow in Channals with Porous Walls. // The Chem. Eng J. 1989. — 42 — p. 193−204.
- Дмитриев E.A. Исследование явления концентрационной поляризации и его учет в процессах разделения растворов обратным осмосом. Дисс. .канд.техн.наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева. 1980. — 179 с.
- Jonsson G. Boundary Layer Phenomena During Ultrafiltration of Dextran and Protein Solutions.// Desalination. 1984 — 51. — p 61−77.
- Берд P., Стьюард В., Лайтфут E. Явления переноса.- М.: Химия. 1974. -688 с.
- Тарарышкин М.В. Внешний массоперенос в процессе обратного осмоса при ламинарном течении в плоских каналах. Дисс.канд.техн.наук. М., РХТУ им. Д. И. Менделеева, 1995, 151 с.
- Тарарышкин М. В., Дмитриев Е. А., Лисицин И. В. Использование лазерной интерферометрии для исследования концентрационной поляризации в баромембранных процессах. // ТОХТ. 1994. — 28, № 1. — с.14−20.
- Дмитриев Е.А., Тарарышкин М. В., Тарарышкин А. В. Развитие концентрационной поляризации по длине щелевого напорного канала в процессе обратного осмоса.// Хим.пром. 1994. — № 11. — с.47−50.
- Дытнерский Ю.И., Худоян П. А., Дмитриев Е. А. Концентрационная поляризация в предгелевом режиме при ультрафильтрации желатина в ламинарном потоке. II Химия и технология воды. 1990. — 12, № 10, — с.890−893.
- Поляков С.В. Концентрационная поляризация в узком канале с полупроницаемыми стенками и турбулизатором. // ТОХТ 1992. — 26, № 4. — с. 534−539.
- Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика М.: Машиностроение, 1978. -643с.
- Dilman W. J, Miller J.F. Оп the absorption of Serum Proteins on Polymer Membrane Surfaces. // J. of Colloid and Interface Science.- 1973. — v.44, № 2. -p.221−244.
- Ермолаев В.Д. Исследование и разработка ультрафильтрации в технологии биохимических препаратов: Дисс.канд.техн.наук. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1979. 142 с.
- Ю1.Фрайфелдер Д. Физическая биохимия.: Пер. с англ.-М.: Мир, 1980.-582 с.