Введение к работе
Актуальность темы. Высокочистые аидкссти находят широкое применение г ідікрозлекгронике, микробиологии, химико-фармацевтической прошшленнооти. В связи с постоянным повышением требований к чистоте веществ возникла и остается актуальной проблема очистки лмдкостей от взвешенных частиц субмккронных размеров.
Такие качества мембранных фильтров, как высокая эффективность, низкие энергозатраты, технологическая простота аппаратурного оформления способствуют их широкому использованию в процессах глубокой очистки жидкостей от взвешенных частиц.
Разработка математической модели процесса микрофильтрации является одним из вамнл этапов при расчете и конструировании мембранных фильтров с заданной разделительной способностью. Разнообразие в составе очищаемых веществ и фильтрующих материалов порождает большой разброс параметров ван-дер-ваадьсового (В-д-В) и ионно -электростатического (ИЭ) взаимодействий, оказывающих существенное; влияние ка эффективность счистки. Конкурирующее действие различных факторов на эффективность очистки делает необходимым проведение теоретического исследования процесса микрофильтрации.
Исследования по математическому моделированию процесса глубокой очистки стдкоетей от взвешенных частиц мембранным методам прсьодились в соответствии с целевой научно-технической программой 0.10.08 "Глубокая очисткз веществ методом противо-точной кристаллизации ч ректификации, исследование возможностей мембранных методов глубокой очистки", утьергеденной АН СССР
- 4. -(РАН N 10103-913 от 11.06.1987г.).
Целью работы язлллось теоретическое исследование процесса осаждения субмікронних частиц в жидкости на стенках пори мембраны, когда размер частицы сравним с радиусом пори, а также определение эффективности глубокой очистки жидкостей от взвешенных частиц методом микрофильтрации,, основанном на механизме диффузионного осаждения частиц с учетом В-д-В и ИЗ взаимодействия.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса осаждения частиц ь движущемся потоке жидкости на стенках поры мембрани с учетом действия В-д-В и Кз ciffi, когда размер частицы сравним с радиусом поры. Разработаны методы решения краевой вэдачл для дифференциального уравнения (ДУ) модели, содержащего параметр сингулярности ( уровень "об-резания" В-д-В сил). Определено значение этого параметра из анализа реионкг. уравнения модели (аффект насыщения В-д-В сил).
Получено выражение для силы В-д-В в двух случаях: а) на основе теории Лондона-Гамакер'а (ЛГ) для системы: сферическая час-тшф-цяливдричеокая пора; б) на основе теории Дзялошнского-Дкфзяца-Штазвского (ДЛП) для системы: плоскопаралледьная частица - плоскопараллелький канал.
Предложены алпроксик-ационнш формулы частотних вависиыэс-їол диэлектрических проницаемостей, а когорт аначэнне диэлектрической пісніїц(3№єти га данной часте однозначно определяется Є'істьи фгзмчеедм! параметрами.
Установлено, что газисимоегь эффективности очистки от jsj-' дуусз cio>s!40c;toA шсїищі нсспг акстреиазьііуП характер. Пзксаа-'f:0, 'Ku втоис^оэдощго зїого і.*4»зіг4'і связано с действием-В-д-В
сил на броунонокую частицу, движущуюся в пор?.
Показано, что эффективность очистки в значительной степени зависит от гидродинамического фактора, характеризующего дополнительное увеличение вязкого сопротивления движению частицы из-за влияния стенок поры. Установлено, что эффективность очистки существенным образом зависит от метода расчета силы В-д-В (по ЛГ или ДЛП).
Выведена формула для эффективности очистки, полученная при линейной аппроксимации силы и коэффициентов исходного ДУ подели. Показана возможность использования этси формулы для расчета эффективности очистки процесса микрофильтращга.
Практическая ценность. Разработана методика расчета эффективности глубокой счистки жидкостей от навешенных частиц методом микрофчльт рации. Установлена совокупность параметров процесса микрофильграцчи, оказывающих существенное влияние на эффективность очистки. Показана принципиальная вось'ойность использования результатов математического моделирования для выбора оптимальных ре лиш в работы мембранно-, го фильтра.
Ооновнае положения, выносимые на защиту.
Математическая модель процесса микрофильтрации, основанная на ооавдешш вгвепенных в жидкости частиц га сточках поры мембраны, когда размер частицы сравним с радиусом поры.
Методика расчета диэлектрических проницаемостей, харнкть-ризукллх физико-х'.чліческне свойства ьеществ мембраль:, яідкости и частицы.
FacioT сили З-д-В взаимодействия частицы с яидкоЯ средой
- Є -и материалом м.ембрани по теории ДЛП и ЛГ.
Штодпка оценки параметра "обрезания" В-д-В сы, Экстремальный характер зависимости эффективности очистки от радиуса частицы.
Влияикз фішко-химических параметров (тешератури, вязкости жидкости, константи шлекуллрного ззаишдействил, концентрации и валентностей ионов, потенциалов заражения материалов t,'(5i:Cpaiiti и частицы, коэффициента диффузии) на эффективность
Апробация работа Основные результаты исследований были доло.-.зіш на VIIі Есосоюзной конференции по методам получения и анализа высокочистых веществ (г. Горький, 1С88), на II Республиканской конференции по мембранам и выбранной технологии (г. Киев, 1ЭЭ1).
Публикации. По тепе диссертации опубликовано 6 статей и тезисы двух докладов на конференциях.
Объем работа- Диссертация изложена на 101 странице текста, состоит из введения, четырех глав, трех приложений, списка обозначений, списка литературы (827 наименований), содержит 29 рисунков и 4 таблицы.