Ofsíunarhimnu 'gellagskautun': meginreglur, formúlur og verkfræðileg þýðing

Eins og kunnugt er, er fyrirbæri sem kallast "styrkjaskautun" til við notkun nanósíunar og himna með öfugri himnuflæði, sem leiðir til himnufóts. Þar sem ofsíun einbeitir ekki uppleystum efnum, aðeins síun, er "styrkjaskautun" fyrirbæri ekki marktækt við notkun ofsíunarhimnu. Hins vegar getur ofsíun haldið kvoðuefnum, þannig að fyrirbærið "gellagsskautun" hefur veruleg áhrif á ofsíunarhimnur. Þessi grein deilir meginreglum, formúlum og verkfræðilegri þýðingu útfsíunarhimnu „gellagskauunar“ fyrir fagfólk í vatnsmeðferð.

Við ofsíun, þegar fóðurvatnið inniheldur mikið magn af stórsameinda uppleystum efnum (eins og prótein, fjölsykrur, kvoðuagnir, osfrv.), safnast þessi efni fyrir á yfirborð himnunnar og mynda smám saman einbeitt lag. Eftir því sem síun heldur áfram eykst styrkur uppleystra efna innan óblandaða lagsins og nær að lokum mettunarleysni uppleystra efnisins í kerfinu og myndar þannig hlauplag á yfirborð himnunnar. Eftir að hlauplagið hefur myndast, jafnvel þótt þrýstimunur yfir himnu (TMP) haldi áfram að aukast, eykst gegnflæðið ekki lengur marktækt. Þetta ferli er kallað hlauplagskautunarstýring. Þegar himnuþrýstingsmunurinn eykst eykst flæðihraðinn í gegndræpi í upphafi og stöðugur síðan.

1. Flutningsjöfnu gellags skautun
Þegar styrkur uppleystra efna á yfirborði himnunnar nær mettun er hægt að reikna massaflutningsferli uppleysta efnisins nálægt yfirborði himnunnar með eftirfarandi formúlu:

Þar sem: cm er styrkur stórsameinda á yfirborði himnunnar; cp er styrkur stórsameinda í gegndrættinum; cb er meðalstyrkur stórsameinda í fóðurvatninu innan himnunnar; Jw er gegndreypið flæði; k er massaflutningsstuðullinn á yfirborði himnunnar.

Þessi formúla sýnir mynstur stórsameinda "uppsöfnun" á himnuyfirborðinu: (1) Með því að auka krossflæðishraðann og auka k getur það dregið úr þykkt hlaupskautunarlagsins; (2) Með því að draga úr rekstrarflæðinu er hægt að stjórna styrk stórsameinda á yfirborði himnunnar undir hlauppunktinum.

2. Samband á milli takmarkandi flæðis og hámarksstyrks
Þegar styrkur stórsameinda cm á yfirborð himnunnar nær hlauppunktinum cg fer kerfið í takmarkandi flæðisástand. Á þessum tíma er hægt að einfalda massaflutningsformúluna í eftirfarandi formúlu.

Þetta þýðir að þegar rekstrarskilyrði valda því að yfirborðsþéttni himnunnar nær cg, mun frekari aukning á millihimnuþrýstingsmuninum ekki lengur auka flæðið.

Verkfræðileg þýðing þessarar formúlu er: (1) Í ferlihönnun er takmarkandi flæðið lykilbreyta sem ákvarðar himnuflatarmál og orkunotkun; (2) Stöðug virkni ofsíunarkerfisins ætti að forðast langtíma-aðgerð á takmarkandi flæðisvæðinu.

3. Himnuyfirborðsþrýstingur og gellagsþol

Tilvist hlauplagsins hefur ekki aðeins áhrif á massaflutning heldur eykur síunarþol verulega. Stærðfræðileg tjáning þess er sýnd hér að neðan.

Þar sem: ki,gel er viðnámsstuðull hlauplagsins við stórsameindaefni i; Δl er þykkt hlauplagsins; Di,gel er dreifingarstuðullinn innan hlauplagsins.

Þetta gefur til kynna að þegar hlauplagið verður þykkara (Δl eykst) eða dreifing innan hlauplagsins hægist á (Di,gel minnkar), mun massaflutningsstuðullinn ki,gel minnka verulega.

Í verkfræðihönnun: (1) Hægt er að stjórna aukningu á Δl með því að auka þver-flæðisskurðarkraftinn, draga úr styrk lausnar eða auka afturskolunartíðni; (2) Að draga úr seigju innstreymis eykur Di, hlaup; því hærra sem hitastig vatnsins er, því minni seigja. III.

Makrósameindir hafa tiltölulega lágan styrk lengra frá himnunni, en styrkur þeirra eykst hratt nálægt himnunni og hefur tilhneigingu til mettunar innan hlauplagsins. Samsvarandi stærðfræðilíkan er sýnt í eftirfarandi jöfnu:

Þar sem: ki er massaflutningsstuðull vökvahimnunnar; ε er hola hlauplagsins.

Þessi formúla fjallar ítarlega um massaflutningsþol vökvahimnu og dreifingarþol hlauplagsins. Þegar fjölliðainnihaldið í lausninni er hátt eða hlauplagið er þykkt eykst dreifingarþolið verulega, sem gerir það auðveldara að ná takmarkandi flæðisástandi of snemma.

Samantekt

Skautun hlauplags er einn af dæmigerðustu rekstrarflöskuhálsunum í ofsíunarferlum. Í gegnum greininguna í þessari grein getum við séð að það er ekki bara "fótsótt" vandamál, heldur afleiðing af samsettum áhrifum massaflutnings, dreifingar og rekstrarskilyrða. Stærðfræðilega formúlan sýnir innra sambandið milli styrks, flæðis og massaflutningsviðnáms; ferlihönnun og rekstrarhagræðing getur stjórnað skautun hlauplags að vissu marki; fyrir fjölliðakerfi er skynsamlegt val á rekstrarskilyrðum lykillinn að því að tryggja skilvirkni ofsíunar. Í verklegri verkfræði, ef formúlurnar og meginreglurnar í þessari grein eru sameinuð með kraftmiklu eftirliti með breytum eins og Jw, k, Di og hlaupi, er hægt að ná stöðugri og skilvirkri virkni útsíunarkerfisins.