ЭлектроБАРОмембранная очистка промышленных растворов
от солей органического синтеза
Ковалев С.В.,
Лазарев К.С. Ягубов В.С.
В процессе электрохимического синтеза
альтакса образуются промывные воды со стадии отмывки целевого продукта.
Промывные воды содержат непрореагировавшие натриевую соль каптакса и гидроксид
натрия. Сбрасывать такие воды без предварительной очистки нельзя из
экологических соображений. Кроме того, в них содержатся ценные вещества,
которые могут быть вторично использованы в производстве альтакса. Эти
обстоятельства требуют разработки способа разделения и очистки промывных вод и
организации рецикла в производстве альтакса.
Исследования по определению коэффициента
задержания и удельного потока растворителя проводились на экспериментальной
установке, представленной на рис. 1.
Рис. 1 Схема экспериментальной
электробаромембранной установки.
Установка работает
следующим образом. Из расходной емкости (1), через систему вентилей высокого
давления и ресивер рабочий раствор нагнетается в камеру разделения плунжерным
насосом НД100/63 (2). Перемешивание раствора осуществляется в ресивере (6),
давление в котором контролировалось манометром (7). Пройдя рабочую ячейку (3),
дроссели (4) и поплавковые ротаметры (5), разделяемый раствор возвращается в
расходную емкость (1). Для сглаживания пульсаций давления и расхода в системе
установлен ресивер (6), который представляет собой цилиндрический сварной сосуд
(V=3,5 л), предварительно заполняемый сжатым воздухом до давления,
составляющего 30¸40% от рабочего, компрессором высокого давления (9).
Давление в установке контролируется образцовым манометром (8) и
электроконтактным манометром (14), который при превышении давления в системе
выше установленного значения отключает плунжерный насос (2) с помощью
электроконтактного реле. Расход раствора задается регулированием рабочего хода
плунжерного насоса (2). Температура раствора в системе поддерживалась
температурой воды в термостате (10), контролировалась термометром (12) и
регулировалась потенциометром (11) автоматически. Регулирование напряжения и,
как следствие, плотности тока при электроосмофильтрационном разделении
производилось блоком питания (15). Раствор, прошедший в результате разделения
через мембраны, собирался в емкость (13).
Одновременно
устанавливали подачу воды в систему промывки сальников и охлаждения плунжера
насоса, полностью закрывали игольчатые дроссели (4) и включали насос. По мере
увеличения избыточного давления в системе, открывали перепускной игольчатый
вентиль и плавно игольчатые дроссели (4), пока колебания стрелок манометров не
останавливались около заданного значения давления. По этой схеме проводили
холостой опыт в течение 30 минут. Затем выключали установку и сбрасывали в
системе давление игольчатым вентилем. Собранный раствор из емкостей (13) выливали
в исходную емкость (1).
Основным элементом
установки являлась разделительная ячейка (3), в которой происходил процесс
электроосмофильтрационного разделения.
Удельный поток растворителя
через мембраны рассчитывался по формуле [1]:
(1)
где V – объем пермеата, м3; Fм – площадь мембраны м2;
τ – время проведения
эксперимента, с.
Коэффициент
задержания рассчитывали по формуле [1]:
(2)
где Cпер – концентрация
растворенного вещества в пермеате, кг/м3;
Cисх – концентрация растворенного вещества исходном
растворе, кг/м3.
Исследования коэффициентов задержания и
удельного потока растворителя проводились при варьировании рабочего давления
(1,5-3,0 МПа), концентраций, постоянной плотности тока (0,075 А/м2) и
постоянной температуре (tраб. = 295 К). Результаты исследований коэффициента задержания
и удельного потока растворителя представлены в табл. 1.
Табл. 1. Результаты
экспериментальных исследований коэффициента задержания и удельного потока
растворителя
|
Электрод |
Сисх,
кг/м3 (Каптакс) |
Сисх, кг/м3 (NaOH) |
P, МПа |
Спер, кг/м3
(NaOH) |
Спер, кг/м3 (Каптакс) |
R (NaOH) |
R (Каптакс) |
J·106, м3/м2с |
|
Катод |
11,604 |
3,824 |
1,5 |
1,981 |
0,0797 |
0,482 |
0,993 |
2,800 |
|
7,942 |
2,180 |
2,0 |
1,113 |
0,0291 |
0,489 |
0,996 |
6,036 |
|
|
9,200 |
2,330 |
2,5 |
1,240 |
0,0380 |
0,456 |
0,996 |
6,150 |
|
|
11,557 |
2,436 |
3,0 |
1,346 |
0,0593 |
0,447 |
0,995 |
6,036 |
|
|
Анод |
11,604 |
3,824 |
1,5 |
1,880 |
0,4033 |
0,508 |
0,965 |
1,890 |
|
7,942 |
2,180 |
2,0 |
1,072 |
0,0608 |
0,508 |
0,992 |
5,090 |
|
|
9,200 |
2,330 |
2,5 |
1,280 |
0,2200 |
0,439 |
0,976 |
4,580 |
|
|
11,557 |
2,436 |
3,0 |
1,608 |
0,3016 |
0,340 |
0,974 |
3,560 |
Удельный поток растворителя снижается при
росте концентрации разделяемого раствора, при увеличении рабочего давления
удельный поток растворителя повышается. Это объясняется тем, что давление,
являясь движущей силой процесса, напрямую связано с удельным потоком
растворителя. Поэтому рост давления в процессе электроосмофильтрации (при
отсутствии геле – и осадкообразования, а также структурных изменений мембраны)
всегда приводит к росту удельного потока растворителя.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП
«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 гг.
Литература
1. Свитцов, А.А. Введение в мембранную
технологию. / А.А. Свитцов // М.: ДеЛи принт, 2007 – 208 с.