Введение к работе
Актуальность исследования. В последнее время мембранная технология широко используется для водоподготовки и очистки сточных вод. Известно, что
с помощью мембранных методов можно извлечь до 80…90% солей из водных растворов. Наиболее важной особенностью мембранной технологии является получение чистых веществ, свободных от примесей.
Энергозатратные процессы (выпарка, фильтрование, центрифугирование, экстракция, ректификация) уступают по количественным, качественным и экологическим показателям мембранным методам. В химической промышленности остро стоит задача по очистке промышленных стоков производства химикатов-добавок, содержащих высокотоксичные реагенты (соли анилина и морфолина и их производные).
В настоящей работе исследовалось влияние кинетических и технологических параметров на процесс мембранной электрогиперфильтрационной очистки промышленных стоков от реагентов производства химикатов-добавок.
Работа выполнена при поддержке федерально-целевых программ «Развитие научного потенциала высшей школы» и «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», госконтрактов № 16.740.11.0525, 14.740.11.1028, 16.740.11.0659 и по соглашению № 14.132.21.1472.
Цель работы: исследование кинетических закономерностей и разработка технологического оформления процесса электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок.
Задачи работы:
1. Обобщить литературные данные по существующим методам очистки промышленных стоков и растворов и их технологическому оформлению.
2. Разработать методики проведения экспериментов и усовершенствовать конструкции установок для исследования кинетики электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок.
3. Провести экспериментальное исследование кинетических коэффициентов электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод производства химикатов-добавок.
4. Усовершенствовать математическую модель процесса электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод производства химикатов-добавок.
5. Разработать методики расчета электрохимического гиперфильтрационного аппарата для извлечения органических веществ из промышленных стоков и растворов.
6. Разработать и запатентовать конструкции электробаромембранных аппаратов плоскокамерных и рулонных типов.
7. Разработать технологическую схему очистки промышленных растворов от солей анилина и морфолина с применением стадии электрохимического гиперфильтрационного извлечения.
8. Усовершенствовать технологическую схему очистки промышленных стоков процесса производства альтакса.
Научная новизна. Получены экспериментальные и расчетные значения коэффициентов диффузии, электроосмотического и электродиффузионного потоков анилина и морфолина из водных сульфатсодержащих растворов в зависимости от концентрации, температуры и плотности тока. Экспериментально исследованы и рассчитаны коэффициенты извлечения, задержания и удельный поток растворителя при разделении водных растворов сульфатов анилина и морфолина и промывных вод синтеза альтакса в зависимости от рабочего давления, плотности тока и температуры.
Экспериментально измерены величины радиусов пор гиперфильтрационных мембран методом гидродинамической проницаемости.
Усовершенствована математическая модель процесса электрохимического гиперфильтрационного извлечения органических веществ из промышленных стоков путем учета электроосмотического и электродиффузионного потоков.
Практическая значимость. Разработаны и запатентованы электробаромембранные аппараты (пат. № RU 2411986 C2, RU 2447930 C1, RU 2403957 C1). Получено положительное решение на выдачу патента по заявке № 2012122794/ 05(034642). Разработаны методики и программы для расчета кинетических и технологических параметров процесса электрохимического гиперфильтрационного разделения растворов (свидетельства № 2012615861 и 2012616228).
Разработана технологическая схема для разделения и концентрирования сточных вод, содержащих сульфаты анилина и морфолина.
Усовершенствована технологическая схема производства альтакса, позволяющая проводить очистку промывных вод и возвращать продукты разделения в процесс производства.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: XIX – XXII Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (г. Воронеж, г. Ярославль, г. Саратов,
г. Псков, 2006 – 2009 гг.); Международной конференции «Ion transport in organic and inorganic membranes» (Tuapse, 2011 г.); 77-й научной конференции молодых
ученых, аспирантов и студентов (Украина, 2010 г.); Международной конференции «Решение региональных экологических проблем» (г. Тамбов, 2011 г.).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 16 публикациях, из них 12 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, трех патентах, одном положительном решении на выдачу патента и двух программах на ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и обобщающих выводов, списка используемых источников и приложения. Диссертация содержит 223 страницы машинописного текста, в том числе 73 рисунка, 22 таблицы, список цитируемых источников включает 149 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.
