становки зворотного осмосу складається з наближеного розрахунку робочої поверхні мембран, вибору апарату, визначення числа апаратів в установці, розрахунок спостережуваної селективності мембрани, уточненого розрахунку поверхні мембран, розрахунку гідравлічного опору, розрахунку концентраційної поляризації, вибору насоса і розрахунку на міцність апарату зворотного осмосу.
. 1.1 Матеріальний баланс
Визначається кількість пермеата і концентрату, які виходять після концентрування на зворотноосмотичної установці.
Матеріальний баланс для зворотноосмотичної установці складається за рівнянням (3.1) і (3.2)
, (3.1)
де L вих - продуктивність по вихідної сироватці, кг/с;
L кін - продуктивність по концентрату, кг/с;
L п - продуктивність по пермеату, кг/с.
, (3.2)
де Х вих - концентрація сухих речовин у вихідній сироватці,%;
Х кін - концентрація сухих речовин у концентраті після проходження через обратноосмотічеськую установку,%;
Х п - концентрація сухих речовин у пермеаті після проходження через обратноосмотічеськую установку,%.
Підставимо чисельні значення в рівняння (3.1) і (3.2).
,
,
Склавши з рівнянь (3.1) і (3.2) систему і вирішивши її, отримуємо шукані значення: L кін=0,75 кг/с, L п=1,75 кг/с.
. 1.2 Наближений розрахунок робочої поверхні мембран
Для розрахунків вибираємо мембрану МГА - 95, що має селективність по лактозе=0,95 і питому продуктивність по воді кг/(м2 · с) згідно [9, с.322]. Приймаємо робочий тиск згідно [9, с.321]=1,5 МПа.
Робочу поверхню мембран F () визначають по рівнянню [10, с.23]
, (3.3)
де L ф - витрата фільтрату, кг/с;
G ср - середня проникність мембран, кг/(м 2 · с).
Витрата фільтра визначається по рівнянню [10, с.23]
, (3.4)
де L н - витрата вихідного розчину, кг/год;
К - ступінь концентрування;
- селективність мембран.
Ступінь концентрування дорівнює [10, с.23]
, (3.5)
де Х н, Х к - відповідно початкова та кінцева концентрація розчину,%.
Підставимо чисельні значення у формулу (3.5).
.
Підставимо чисельні значення у формулу (3.4).
Середня проникність мембран в апараті може бути визначена за формулою [10, с.23]
, (3.6)
де G н, G до - проникність мембран відповідно на вході і на виході розчину, кг/(м 2 · с).
Проникність мембран по відношенню до розчину визначається по рівняннях [10, с.23]
, (3.7)
, (3.8)
де - проникність мембран по воді, кг/(м2 · с);
- осмотичний тиск в об'ємі розчину, Па;
- перепад робочого тиску через мембрану.
Для визначення осмотичного тиску розчину при початковій і кінцевій концентрації будують графік залежності осмотичного тиску від концентрації розчину, наведений на малюнку 3.1. Графік будується за даними [11, с.122]. За графіком знаходимо Пн=0,35 МПа; Пк=1,21МПА.
Малюнок 3.1 Графік залежності осмотичного тиску від концентрації розчину лактози
Підставляємо чисельні значення у формулу (3.7) і (3.8).
кг/(м2 · с),
кг/(м2 · с).
Підставимо чисельні значення у формулу (3.6).
кг/(м2 · с).
Підставимо чисельні значення у формулу (3.3).
м2.
. 1.3 Вибір апарату і визначення його основних характеристик
Приймаємо відповідно [10, с.24] наступні конструктивні параметри:
- робоча довжина модуля l м=1 м;
- довжина пакета l п=1,6 м;
- число спільно навитих рулонних фільтруючих елементів П е=10;
- число модулів в корпусі апарату П м=4;
-товщина сітки-сепаратора з=0,0007 м;
-товщина пакета (двох мембран з розташованими між ними дренажним шаром) п=0,0011 м.
Визначимо товщину пакету з виразу [10, с.24]
, (3.9)
де д - товщина дренажного шару;
1 -товщина підкладки;
2 - товщина мембрани.
До розрахунку приймаємо, згідно [10, с.24], д=0,0004м, 1=0,0003 м, 2=0,0001 м.
Підставимо чисельні значення у формулу (3.9).
м.
Робочу поверхню мембрани в одному елементі Fе, м, визначимо з рівняння [10, с.25]
