Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Мулдер М. -> "Введение в мембранную технологию" -> 144

Введение в мембранную технологию - Мулдер М.

Мулдер М. Введение в мембранную технологию — М.: Мир, 1999. — 513 c.
Скачать (прямая ссылка): vvedenievmembramnuutehnologiu1999.djvu
Предыдущая << 1 .. 138 139 140 141 142 143 < 144 > 145 146 147 148 149 150 .. 182 >> Следующая

Мы рассмотрели явление поляризации на примере транспорта катионов через катионселективную мембрану, однако точно такое же рассмотрение справедливо и для анионов с тем лишь отличием, что при одинаковой валентности подвижность аниона в пограничном слое всегда несколько выше подвижности катиона. Таким образом, при одинаковых гидродинамических условиях (одинаковой толщине пограничного слоя и одинаковых конструкциях ячейки) предельная плотность тока скорее достигается на катионообменной мембране.
VII.8. Температурная поляризация
По сравнению с изотермическими мембранными процессами поляризационным явлениям в неизотермических процессах до сих пор уделялось мало внимания. В неизотермических мембранных процессах, таких, как мембранная дистилляция и термоосмос, транспорт через мембрану осуществляется, если температуры с обеих сторон мембраны различаются. В обоих указанных процессах наблюдается температурная поляризация, хотя они сильно отличаются друг от друга по структуре использующихся мембран, принципам разделения и областям практического использования. Подобно концентрационной поляризации в баромембранных процессах, сопряжение теплопереноса и массопереноса приводит к температурной поляризации.
Явление температурной поляризации рассмотрим на примере процесса мембранной дистилляции. Детальное описание этого процесса было дано в гл. VI. Схематическое представление температурной по-
Мембрана
Рис. VII-16. Температурная поляризация при мембранной дистилляции.
ляризации в таком процессе дано на рис. VII-16. Два отделения, заполненные водой, разделены гидрофобной пористой мембраной, приготовленной, например, из тефлона. Вследствие несмачивания водой материала мембраны вода не заполняет поры мембраны. Вода в одном из отделений ячейки поддерживается при более высокой температуре, чем в другом; давление в отделении с повышенной температурой повышается по сравнению с давлением в отделении с более низкой температурой, что и служит причиной транспорта водяного пара от подогоретой стороны в холодную часть ячейки. Следовательно, происходит парообразование воды в подогретом и конденсация пара в холодном отделениях. Теплота, необходимая для парообразования, берется из объема раствора, часть тепла вследствие теплопроводности переносится через твердый полимер и поры мембраны. Таким образом, температура жидкости в подогретом отделении будет постепенно снижаться вплоть до достижения условий стационарности, когда теплота, получаемая от объема раствора, станет равной теплоте, переносимой через мембрану. По этой причине сопротивление теплопереносу будет локализоваться не только на мембране, но и в пограничном слое. Разность температур между объемом раствора и поверхностью мембраны называют температурной поляризацией. Сравнение рис. VII-4 и VII-13 раскрывает аналогию процессов тепло-переноса (рис. VII-16) с процессами массопереноса.
В стационарном состоянии поток тепла ф должен быть постоянным в каждом слое. Уравнение теплового баланса может быть запи-
сано в следующем виде:
Ф = Of!(Ты - Тт1) - фАНь = ^(Гт1 - Тт2) = а2(Гт2 - Ты) + фАНс
(VII-47)
где ai и 012 — коэффициенты теплопереноса в подогретом отделении и холодном соответственно; фАНь и фАНс — тепловые потоки, обусловленные конвективным транспортом через поры; I — толщина мембраны; Аш — общая теплопроводность мембраны. Принимая: фАНь = —фАНс, а также Ть}\ — Тт>\ = Тт>2 — Ть}2 — АТы (АТы — разность температур в пограничном слое) и Тт>\ — Тт>2 = АТт (разность температур на входе и выходе мембраны), Т&д — Ть}2 = АТь (разность температур раствора, подающегося на мембрану, и раствора, образующегося на стороне пермеата) и ос\ = с*2 = из уравнения VII-47 получим следующее выражение [17]:
где средняя электропроводность Аш является суммой двух параллельных сопротивлений — теплопроводности твердого полимера Хр и теплопроводности пор мембраны, заполненных газом и паром, А^. Считая, что поры в пористой мембране имеют цилиндрическую форму, а поверхностная пористость задается величиной е, можно представить усредненную теплопроводность Аш как
Теплопроводность твердого материала (полимера) Хр обычно в 10-100 раз превышает теплопроподность пор Хд. С учетом переноса тепла молекулами парообразной воды конвективный поток через поры мембраны можно выразить как
Комбинируя уравнения VII-50 и VII-48, получим выражение
Уравнение VII-51 показывает, что увеличение объемного потока, равносильное увеличению движущей силы, т. е. увеличению разности температур по обе стороны мембраны, приводит к увеличению температурной поляризации. Более того, чем выше теплопроводность твердого тела (полимера), тем выше температурим поляризация, а уве-
(VII-48)
Аш — € - \д + (1 — е)\р
(VII-49)
фАНс = pAHvJ
(VII-50)
АТЬ-2-^
ДТ
(VII-51)
личение коэффициента теплопроводности, как и толщины мембраны, приводит к снижению эффекта температурной поляризации.
Предыдущая << 1 .. 138 139 140 141 142 143 < 144 > 145 146 147 148 149 150 .. 182 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed