4. Розрахунки зворотноосмотичних апаратів

4.1. Вибір типу зворотноосмотичного апарату

 

Серед типових конструкцій мембранних модулів можна використовувати наступні:

- рулонні мембранні модулі;

- плоскі мембранні модулі;

- трубчасті мембранні модулі;

- капілярні (половолоконні) мембранні модулі.

Кожен тип мембранного модуля характеризується: щільністю упаковки в апараті (м² мембраны на м³ апарату), матеріалом дренажу, розмірами напірного каналу, наявністю і типом турбулізатора.

Вибравши тип мембранного апарату, необхідно з довідкових матеріалів в Інтернеті отримати інформацію про основні параметри мембранного модуля:

- площа мембран;

- габаритні розміри;

- робочий тиск, що рекомендується, і ін.

Приймаємо до розрахунку рулонні мембранні модулі.

4.2. Розрахунок мембранної установки

 

Мета розрахунку:

- визначити потрібну площу мембран і, відповідно, потрібну кількість мембранних модулів і апаратів для забезпечення заданої продуктивності;

- визначити гідравлічні втрати напору для вибору належного насосного обладнання.

Порядок розрахунку:

1) З рівнянь матеріального балансу визначаємо загальну витрату пермеата:

де W₀ – витрата початкової води,

с₀ – концентрація іона в розчині,

W_К – витрата концентрату,

с_К – концентрація іона в концентраті,

R – затримуюча здатність мембрани по конкретному іону.

2) Знаходим потрібну робочу площу мембран, рахуючи в першому наближенні питому продуктивність як середню арифметичну величину між її значеннями при початковій і кінцевій концентраціях:

3) Визначаємо число вибраних мембранних модулів, знаючи площу мембран в кожному, і число мембранних апаратів, знаючи або задавшись кількістю модулів в апараті:

де F_мод – площа мембран в одному модулі;

n_апп – кількість модулів в апараті.

Після цього проводиться уточнений розрахунок установки залежно від вибраної її технологічної схеми.

4) Розрахунок гідравлічного опору напірних і дренажних каналів.

У напірних і дренажних каналах рулонних мембранних елементів розміщені, відповідно, турбулізуючі і дренажні сітки. У основі розрахунку гідравлічних опорів каналів лежить допущення, що сітка збільшує опір каналу в порівнянні з опором полого каналу по рівнянню:

де - гідравлічний опір полого каналу;

- коефіцієнт опору сітки (для турбулізуючих сіток , для дренажних сіток ).

Крім того, для розрахунку слід задатися інформацією про конструктивні особливості мембранного модуля і физико-хімічні параметри води:

- висота щілини напірного каналу, рівна товщині турбулізуючої сітки і дренажного каналу;

- довжина пакету (спіралі, в яку скручений елемент з двох мембран і дренажної сітки) l_П;

- кількість пакетів, спільно згорнутих навколо фильтроотводящей трубки, тобто що входять в мембранний модуль, n_п

- ширина мембранного полотна, створюючого пакет, в;

- число мембранних модулів, послідовно розташованих в мембранному апараті, n_М;

- в'язкість води ;

- коефіцієнти опору турбулізуючої і дренажної сіток.

З попередніх розрахунків відомі Wвх – об'ємна витрата води на вході в мембранний апарат і G - середня питома продуктивність мембран в умовах розділення.

Визначаємо лінійну швидкість рідини на вході в мембранний модуль:

Величина гідравлічного опору напірного каналу:

Величина гідравлічного опору дренажного каналу: