Расчет биохимической очистки
Направим кубовый остаток после ректификации на биологическую очистку, исходная концентрация С2Н4О2.= г/л. Необходимо произвести снижение концентрации С2Н4О2 до ПДК Ск = мг/л путем биохимического разложения.
Например, известно, что разложение С2Н4О2 описывается кинетическим уравнением первого порядка с константой скорости при температуре С.
Уравнение кинетики первого порядка
Разделяем переменные и интегрируем это уравнение
Где С0, С - концентрации С2Н4О2 в моменты времени 0 и . Подставляем в него исходные данные и получаем уравнения, которые позволяют прогнозировать изменение концентрации и скорости процесса во времени.
Для построения кинетической кривой рассчитываем изменение концентрации и скорости процесса в произвольные моменты времени до достижения концентрации ниже ПДК. Полученные данные сводим в таблицу.
Таблица. Кинетика биохимического разложения С2Н4О2.
Из таблицы видно, что ПДК может быть достигнута за время не менее ч. Скорость разложения С2Н4О2 велика в начале процесса, когда концентрация С2Н4О2 в растворе большая, а затем быстро уменьшается из-за снижения движущей силы процесса – разницы рабочей и равновесной концентрации. Кинетические кривые, построенные согласно вычислениям:
Наблюдается линейная зависимость lnC = , конечный участок кинетической кривой представлен в большем масштабе:
Время достижения ПДК можно вычислить по уравнению:
Кроме концентрации на скорость существенное влияние оказывает температура, например в данном случае предварительные исследования показали, что при увеличении температуры до С константа скорости возросла в раза. Это позволяет вычислить энергию активации и с помощью уравнения Аррениуса прогнозировать скорость процесса при изменении температуры:
Решая систему уравнений, вычисляем энергию активации Е и предэкспоненциальный множитель :
Таким образом, для данного процесса уравнение Аррениуса можно записать в виде:
Энергия активации Е = характерна для кинетической области протекания процесса биологической очистки.
Задание 3.5. Адсорбционная очистка вентиляционных газов от вещества А с концентрированием и разделением раствора
1. См п. 1 в разд. 3.3.
2. Полученный после абсорбции раствор с концентрацией храб = 0,978% для повышения концентрации до хн =0,11 направили на разделение методом обратного осмоса.
2.1.Дать характеристику мембранных процессов
2.2.Рассчитать осмотическое давление разбавленного и концентрированного раствора, какое количество раствора надо подать на разделение, чтобы получить раствор с концентрацией хн= 0,11 в количестве Gн = 150 кг, какое количество чистой воды при этом будет получено.
3. Концентрат после мембранного разделения направили на окончательное разделение методом ректификации для получения дистиллята и кубового остатка с концентрациями хд = 0,07 и хк = 0,98 соответственно.
3.1. Дать характеристику процессов перегонки.
3.2. Рассчитать процесс ректификации.
Решение:
2.1. Характеристика мембранных процессов
Мембранный способ
Исследование действий разделения с внедрением молекулярных сит позволило выделить мембранный способ, как более перспективный для узкой очистки. Этот способ, характеризуется высокой четкостью разделения смесей веществ. Полупроницаемая мембрана - перегородка, владеющая свойством пропускать в большей степени определенные составляющие жидких либо газообразных смесей. Обширно мембранный способ употребляют для обработки воды и аква растворов, очистки сточных вод, очистки и концентрации растворов.
Мембраны
Процессы мембранного разделения зависят от параметров мембран, потоков в них и движущих сил. Для этих действий также важен характер потоков к мембране со стороны разделяемых сред и отвода товаров разделения с противоположной стороны.
Принципиальное различие мембранного способа от обычных приемов фильтрования - разделение товаров в потоке, т. Е. Разделение без осаждения на фильтроматериале осадка, равномерно закупоривающего рабочую пористую поверхность фильтра.
главные требования, предъявляемые к полупроницаемым мембранам, используемым в действиях мембранного разделения, следующие:
высокая разделяющая способность (селективность);
высокая удельная производительность (проницаемость);
химическая стойкость к действию среды разделяемой системы;
неизменность черт при эксплуатации;
достаточная механическая крепкость, отвечающая условиям монтажа, транспортировки и хранения мембран;
низкая цена.
Для разделения либо очистки неких нетермостойких товаров применение мембранного способа является решающим, так как этот способ работает при температуре окружающей среды.
В то же время мембранный способ имеет недочет - скопление разделяемых товаров вблизи рабочей поверхности разделения. Это явление называют концентрационной поляризацией, которая уменьшает проникновение разделяемых компонентов в пограничный слой, проницаемость и селективность, а также уменьшает сроки службы мембран.
Для борьбы с этим явление проводят турбулизацию слоя воды, прилегающего к поверхности мембраны, чтоб ускорить перенос растворенного вещества.
Для мембран употребляют различные материалы, а различие в технологии производства мембран дозволяет получить хорошие по структуре и конструкции мембраны, применяемые в действиях разделения разных видов.
Процессы, возникающие при разделении смесей, определяются качествами мембран. Нужно учесть молекулярные взаимодействия меж мембранами и разделяемыми потоками, физико-химическую природу которых описывает скорость переноса. Эти взаимодействия с материалом мембран различают мембранный способ от микроскопических действий обыденного фильтрования.
Мембранные способы различаются типами используемых мембран, движущими силами, поддерживающими процессы разделения, а также областями их внедрения.
есть мембранные способы шести типов:
микрофильтрация - процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления;
ультрафильтрация - процесс мембранного разделения жидких смесей под действием давления, основанный на различии молекулярных масс либо молекулярных размеров компонентов разделяемой смеси;
обратный осмос - процесс мембранного разделения жидких растворов методом проникания через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного раствору давления, превышающего его осмотическое давление;
диализ - процесс мембранного разделения за счет различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента концентрации;
электродиализ - процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического поля в виде градиента электрического потенциала;
разделение газов - процесс мембранного разделения газовых смесей за счет гидростатического давления и градиента концентрации.
В ряду технологических приемов, используемых для разделения смесей по размерам частиц, мембранным способам уделяют огромное значение. Выбор процесса для внедрения в заданной области разделения смесей зависит от разных факторов: характера разделяемых веществ, требуемой степени разделения, производительности процесса и его экономической оценки.
Промышленное внедрение действий мембранного разделения просит надежного, обычного и технологического оборудования. Для данной цели в настоящее время используют мембранные модули, которые компактны, надежны и экономичны. Выбор конструкции модуля зависит от вида процесса разделения и условий эксплуатации в промышленных установках.
Таблица 9. черта синтетических мембран
Тип | Материал | Структура | способ | Применение |
Керамические и металлические | Глина, силикагель, алюмосиликат, графит, серебро, вольфрам | Микропоры с диаметром от 0,05 до 20 мкм | Плавление и спекание керамических либо металлических порошков | Фильтрование при завышенных температурах, разделение газов |
Стеклянные | Стекло | Микропоры с диаметром от 10 до 100 мкм | Вывод растворимой в кислоте фазы из двухкомпонентной стеклянной смеси | Фильтрование суспензий и воздуха |
Спеченные полимерные | Политетрафторэтилен, полиэтилен, полипропилен | Микропоры с диаметром от 0,1 до 20 мкм | Плавление и спекание полимерного порошка | Фильтрование суспензий и воздуха |
Протравленные | Поликарбонат, полиэфир | Микропоры с диаметром от 0,02 до 20 мкм | Облучение полимерной пленки и травление кислотой | Фильтрование суспензий и биологических растворов |
Симметричные микропористые с обратной фазой | Целлюлозные эфиры | Микропоры с диаметром от 0,1 до 10 мкм | Литье полимерного раствора и осаждение полимера осадителем | Стерильное фильтрование, очистка воды, диализ |
Асимметричные | Целлюлозный эфир, полиамид, полисульфон | Гомогенная либо микропористая, «покрытие» микропористой подложки | Литье полимерного раствора и осаждение полимера осадителем | Ультрафильтрация и разделение обратным осмосом молекулярных растворов |
Составные | Целлюлозный эфир, полиамид, полисульфон | Гомогенная полимерная пленка на микропористой подложке | Осаждение узкой пленки на микропористой подложке | Обратный осмос, разделение молекулярных растворов |
Гомогенные | Силиконовый каучук | Гомогенная полимерная пленка | Экструзия гомогенной полимерной пленки | Разделение газов |
Ионообменные | Поливинилхлорид, полисульфон, полиэтилен | Гомогенная либо микропористая полимерная пленка с положительно либо отрицательно заряженными фиксированными ионами | Погружение ионообменного порошка в полимер либо сульфонирование и аминирование гомогенной полимерной пленки | Электродиализ, обессоливание |
Таблица 10. Промышленные процессы разделения с внедрением мембран
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
