Підвищення ефективності регенерації забруднених рулованих мембранних модулів - Статья

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РЕГЕНЕРАЦІЇ ЗАБРУДНЕНИХ РУЛОВАНИХ МЕМБРАННИХ МОДУЛІВThe results of experimental investigations of influence of different parameters on regeneration fouled spiral wound membrane modules effectiveness are represented. The factors under investigation include operation pressure, temperature of cleaning solution and number of pulsations cycles. В першому випадку досліди проводилися за умов сталої течії, а в якості факторів впливу обрана температуру, розрідження в апараті та концентрацію лимонної кислоти в промивній рідині. В другому випадку процес протікав в пульсаційному режимі, а факторами впливу були число циклів пульсацій, температура та концентрація лимонної кислоти в промивній рідині. В установці передбачено можливість вимірювання витрат ваговим методом, за допомогою електронних вагів 1, вимірювання розрідження на вході та виході в робочий блок 6, а також в проміжній ємності 10, та вимірювання температури початкового розчину, та на виході з робочого Регулювання робочими параметрами забезпечувалося клапанами 3 та 6.При регенерації рулонованих модулів шляхом промивання під розрідженням робочі параметри змінювалися відповідно до плану дрібно факторного експерименту, представленого в таблиці 1. Таблиця 1 - План дрібнофакторного експерименту 23-1 для режиму промивання під розрідженням Досліди проводилися згідно матриці планування, представленої в таблиці 2. Таблиця 2 - Матриця планування та результати дрібнофакторного експерименту 23-1 для режиму промивання під розрідженням В остаточному вигляді рівняння регресії зі ступенем достовірності 0,95 має вигляд, %: y =6,033 1,333·x 1,033·x2 (3)Для пульсаційного режиму спостерігається більші значення поточного коефіцієнту підвищення продуктивності, зокрема при нульовому рівні значущих параметрів в рівняннях (3) та (4) для пульсаційного режиму величина даного коефіцієнта більша в 1,578 рази більший, порівняно з режимом промивання під розрідженням.

При регенерації рулонованих модулів шляхом промивання під розрідженням робочі параметри змінювалися відповідно до плану дрібно факторного експерименту, представленого в таблиці 1.

Таблиця 1 - План дрібнофакторного експерименту 23-1 для режиму промивання під розрідженням

Незалежні змінні

Р, розрідження в експериментальній ємності, Па·10-5 с, концентрація лимонної кислоти в промивному розчині, мг/л

Т, температура, °С

Позначення

х1

х2

х3

верхній

0,7

0,5

40

Рівні варіювання основний нижній

0,82 0,95

0,3 0,1

27,5 15

Інтервал варіювання

0,11

0,2

12,5

Досліди проводилися згідно матриці планування, представленої в таблиці 2. Кожен дослід паралельно проводився тричі.

Таблиця 2 - Матриця планування та результати дрібнофакторного експерименту 23-1 для режиму промивання під розрідженням

№ x1 x2 x3

1 1 1 1 2 -1 -1 1 3 -1 1 -1

4 1 -1 -1 y1 y2 y3 yc

8,4 10,4 5,8 8,2 4,8 1,4 4,2 3,466 5,2 5,4 7,2 5,933

7 7,9 4,7 6,533

Обробка результатів проводилася згідно методики наведною в [4]. Було визначено рівняння регресії та перевірені коефіцієнти рівняння на значущість. В остаточному вигляді рівняння регресії зі ступенем достовірності 0,95 має вигляд, %: y =6,033 1,333·x 1,033·x2 (3)

1 p?0,81·10 5МПА с?0,3мг/л 1 0,11·10 5МПА 2 0,2мг/л

?

?

x = , x = де

Аналогічні дослідження проведені для регенерації в пульсаційному режимі. План експерименту представлений в таблиці 3.

Наукові праці, випуск 45, Т.3 103

Одеська національна академія харчових технологій

Таблиця 3 - План дрібнофакторного експерименту 23-1 для пульсаційного режиму

Рівні варіювання

Незалежні змінні Позначення

Інтервал варіювання верхній основний нижній

Число циклів тиску

Т, температура, °С с, концентрація лимонної кислоти в промивному розчині, мг/л х1 3 5 7 2 х2 40 35 30 5 х3 1,0 0,75 0,5 0,25

Матриця планування експерименту для пульсаційного режиму представлена в таблиці 4.

Таблиця 4 - Матриця планування та результати дрібнофакторного експерименту 23-1 для пульсаційного режиму

№ x0 x1 x2 1 1 1 1 2 1 -1 -1 3 1 -1 1

4 1 1 -1 x3 y1 1 11,33 1 6,001 -1 15,23

-1 11,72 y2 y3 yc 10,77 7,092 9,73 1,016 1,58 2,865 20,13 7,096 14,152

8,483 13,775 11,33

Отримане рівняння регресії зі ступенем достовірності 0,9 має вигляд, %: y =9,519 2,423·x2 ?3,221·x (4) t ?35 C с?0,75мг/л

° x = x = де

, 3

2 5°C 2 0,25мг/л

Встановленні регресійні залежності, які описують вплив на ефективність регенерації забруднених рулонованих модулів.Для пульсаційного режиму спостерігається більші значення поточного коефіцієнту підвищення продуктивності, зокрема при нульовому рівні значущих параметрів в рівняннях (3) та (4) для пульсаційного режиму величина даного коефіцієнта більша в 1,578 рази більший, порівняно з режимом промивання під розрідженням. Отже пульсацій ний режим дозволяє інтенсифікувати процес регенерації мембранних модулів. При промиванні під розрідженням незначним параметром виявилася температура, а при пульсаційному режимі - число циклів пульсацій, тому ці параметри доцільно обирати з врахуванням специфіки забруднення конкретного модуля. Максимальна ефективність в обох випадках досягалася при концентрації 0,5 мг/л. Одержані результати дозволяють висунути припущення про наявність екстремумів в залежності поточного коефіцієнта підвищення продуктивності від концентрації лимонної кислоти в промивному розчині, яке потребує додаткової експериментальної перевірки.

1. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. — М.: Мир, 1999. — 513 с.

2. Vrouwenvelder H. Biofuling of spiral wound membrane systems. PHD thesis Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 2009.

3. Корнієнко Я.М. Оцінка ефективності відновлення властивостей рулонованих мембранних модулів з використанням гідродинамічної кавітації / Корнієнко Я.М., Гулієнко С.В // Наукові парці ОНАХТ. Випуск 41. Т.1 с. 142-147

4. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М., Высшая школа, 1978. 319 с.

104 Наукові праці, випуск 45, Т.3