Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Литературный обзор 12
1.1 Методы разделения промышленных растворов гальванопроизводств 12
1.2 Электро- и баромембранные методы разделения растворов 17
1.3 Механизмы мембранных процессов разделения растворов 22
Математические модели, применяемые в описании кинетики электробаромембранного разделения растворов
Аппаратурно-технологическое оформление электромембранных процессов
1.6 Выводы. формулировка цели и задач исследования 37
ГЛАВА II. Техника и объекты экспериметальных исследований
2.1 Объекты исследования 39
2.2 Методика исследования кристалличности полупроницаемых мембран 41
2.3 Методика и оборудование для исследования сорбционной ёмкости 42
2.4 Методика и оборудование для исследования коэффициента диффузии 44
Методика и оборудование для исследования гидродинамической структуры потока в элементе трубчатого вида
Методика и оборудование для исследования коэффициента задержания и удельного потока растворителя
2.7 Выводы 52
ГЛАВА III. Результаты экспериментальных исследований структурных характеристик и кинетических коэффициентов разделения промышленных растворов электролитов меднения
3.1 Кристалличность полупроницаемых мембран 53
3.2 Сорбционная ёмкость 59
3.3 Коэффициент диффузии 64
3.4 Гидродинамическая структура потока в элементе трубчатого вида 68
3.5 Коэффициент задержания 75
3.6 Роль и вклад удельного потока растворителя 87
3.7 Выводы 97
ГЛАВА IV. Математическая модель электробаромембранного процесса очистки и 98 методика инженерного расчёта
Математическое описание электробаромембранного процесса очистки технологических растворов
4.2 Проверка адекватности математической модели 107
Методика оценки рабочих параметров электробаромембранной установки
4.4 Выводы 112
ГЛАВА V. Технологическое оформление электробаромембранного процесса очистки промышленных растворов электролитов меднения
Разработка конструкции электробаромембранного аппарата трубчатого типа
Разработка технологических схем электробаромембранной очистки промышленных растворов гальванопроизводств
Расчёт экономической эффективности электробаромембранной очистки промышленных растворов
5.4 Выводы 132
Заключение 133
Список используемых источников
- Математические модели, применяемые в описании кинетики электробаромембранного разделения растворов
- Методика и оборудование для исследования сорбционной ёмкости
- Коэффициент диффузии
- Методика оценки рабочих параметров электробаромембранной установки
Введение к работе
Актуальность исследования. Современное развитие промышленности создает серьезную экологическую проблему, связанную с утилизацией промышленных сточных вод. Их очистка – важная задача не столько для сохранности природы, сколько для обеспечения жизнедеятельности в больших городах, которые и являются промышленными центрами. Серьезный «поставщик» вредных примесей – гальваническое производство, основным видом отходов которого являются промывные воды смешанного состава, содержащие катионы цветных металлов, объединяющиеся с кислотно-щелочными. В Западной Европе оборот только промывных вод гальванических производств составляет 97 – 98 % от общего числа стоков. С промывными водами гальванопроизводств безвозвратно уносится 2/3 содержащихся в них металлов, среди которых такие дорогостоящие металлы, как медь, никель, серебро, хром. В нашей стране уровень очистки сточных вод и, в частности, регенерации из них цветных металлов, составляет не более 10 %.
В последнее время во всем мире мембранная технология широко применяется для выделения вредных и ценных компонентов, разделения водных растворов, водоподготовки и очистки сточных вод. Лидирующее положение в мембранной технологии отводится методам баро- и электромембранной очистки и концентрирования сточных вод и промышленных растворов, протекающих при воздействии градиентов трансмембранного давления и электрического потенциала. На сегодняшний день электробаромембранные системы разделения растворов – эффективные и качественные методы очистки сточных вод. Тем не менее, широкое применение электромембранных методов ограничивается малой изученностью кинетики массопереноса, слабой разработкой его математического описания, а часто и отсутствием методик расчета аппаратов для разделения растворов. Вопросы применения мембранных технологий в очистке растворов и сточных вод активно изучали отечественные и зарубежные ученые: Ю. И. Дытнерский, С. Т. Хванг, К. Каммермеер, М. Мулдер, В. А. Шапошник, В. М. Седелкин, Ф. Н. Карелин, Т. Маццура, Р. Е. Кестинг, К. К. Полянский, В. В. Котов, В. И. Заболоцкий, И. Т. Кретов, С. В. Шахов, А. Г. Первов и др.
Работа выполнена при поддержке федерально-целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и «Развитие научного потенциала высшей школы» по ГК №№ 16.740.11.0525, 14.740.11.1028, 16.740.11.0659, в рамках базовой части государственных заданий 2014/219, проект № 1222, и 2017/219, проект № 10.798.2017/БЧ.
Цель работы: кинетические и прикладные аспекты электробаромембранной очистки технологических растворов процесса нанесения медных покрытий.
Задачи работы:
-
Провести экспериментальные исследования по структурным характеристикам ацетатцеллюлозных полупроницаемых мембран и изучить структуру потока раствора в трубчатом мембранном канале.
-
Провести исследования влияния технологических параметров проведения процесса на кинетические коэффициенты электробаромембранного разделения промышленных электролитов меднения.
-
Усовершенствовать математическую модель электробаромембранного процесса разделения технологических растворов электролитов меднения.
-
Разработать инженерную методику расчета электробаромембранных аппаратов. Провести технологические расчеты способа электробаромембранного раз-
деления технологических растворов, получаемых после нанесения покрытий из электролитов меднения.
-
Разработать патентно-чистую конструкцию электробаромембранного аппарата трубчатого типа.
-
На основе проведенных экспериментально-теоретических исследований разработать технологические схемы очистки промышленных растворов электролитов меднения с оценкой их экономической эффективности.
Научная новизна. Получены и интерпретированы экспериментальные данные по степени кристалличности полупроницаемых мембран, коэффициентам распределения, диффузии, коэффициенту задержания и гидродинамической структуре потока, оценен удельный поток растворителя при разделении промышленных электролитов меднения к функции их величины от концентрации, трансмембранного давления, температуры и плотности электрического тока. Получено критериальное уравнение для расчета структуры течения потока в канале мембранных аппаратов трубчатого типа.
Получены аппроксимационные зависимости и численные значения эмпирических коэффициентов для теоретического расчета кинетических коэффициентов электробаромембранного процесса очистки технологических растворов на основе электролитов меднения.
Усовершенствована математическая модель процесса электробаромембран-ного процесса очистки с учетом структуры течения раствора в канале электробаро-мембранного аппарата трубчатого типа и произведена проверка на ее адекватность.
Практическая значимость. Разработана инженерная методика расчета электробаромембранного аппарата трубчатого типа, позволяющая определить рабочую площадь мембран, плотность тока, проводить секционирование аппаратов в установке и оценку энергозатрат на ведение процесса разделения. Приведен технологический расчет электробаромембранного аппарата трубчатого типа на примере разделения технологических растворов на базе электролитов меднения.
Разработана и запатентована конструкция электробаромембранного аппарата трубчатого типа для проведения электробаромембранных процессов (патент № RU 2540363). Значимость выполненных исследований для практики подтверждена разработанной программой по расчету технологических параметров элек-тробаромембранных установок трубчатого типа (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016616372).
Разработаны технологические схемы очистки растворов и оценена их экономическая эффективность для процессов разделения промышленных электролитов меднения. Практическая реализация исследований подтверждена актами о практическом применении на АО «Тамбовмаш», г. Тамбов, и ООО «Резервуарный завод «ВЕССЕЛ», г. Тамбов.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Экспериментальные данные по степени кристалличности ацетатцеллю-лозных полупроницаемых мембран в воздушно-сухом, водонасыщенном и рабочем состояниях. Результаты исследования структуры потока раствора в трубчатом канале.
-
Результаты экспериментальных и теоретических исследований по элект-робаромембранной очистке технологических растворов на базе электролитов меднения. Величины эмпирических коэффициентов, необходимых для расчета кинетических коэффициентов электробаромембранной очистки сточных вод.
-
Усовершенствованная и проверенная на адекватность математическая модель кинетики электробаромембранной очистки промышленных электролитов меднения.
-
Инженерная методика расчета рабочей площади электробаромембранного аппарата трубчатого типа и оценки энергозатрат на ведение процесса разделения.
-
Разработанная конструкция электробаромембранного аппарата трубчатого типа, обладающая патентной чистотой, и программа для расчета технологических параметров электробаромембранных установок трубчатого типа.
-
Разработанные технологические схемы процесса электробаромембранной очистки промышленных электролитов меднения и методика оценки их экономической эффективности.
Личный вклад автора заключается в формулировании проблемы, цели и задач исследования, выборе методик исследования для решения поставленных задач, планировании, проведении экспериментальных исследований и их интерпретации и разработке математического описания процесса.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: «Новости электрохимии органических соединений, ЭХОС-2014» (г. Тамбов, 2014); Международной конференции «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (г. Энгельс, 2011); Международной конференции «Ресурсосбережение в химической технологии» (г. Санкт-Петербург, 2012); IX Международной научно-практической конференции «Achievement of High School» (Болгария, г. София, 2013); Международной конференции «Теоретические и практические аспекты сорбционных и мембранных процессов» (г. Кемерово, 2014).
Методы исследования, использованные в работе, широко применяются ведущими исследователями РФ, полученные результаты базируются на современной оценке кинетических характеристик процессов электробаромембранного разделения, теоретическом анализе, математическом моделировании и теоретических основах массопереноса в электробаромембранных системах.
Степень достоверности полученных результатов подтверждается обоснованным применением метрологически поверенного оборудования, использованием апробированных методик исследования кинетических коэффициентов, соответствием теоретических положений и практических результатов в виде программных продуктов, подтвержденных свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ и патентом РФ.
Публикации. Материалы диссертации изложены в 40 печатных публикациях, из них 3 статьи в изданиях, индексируемых в международных базах цитирования Web of Science и Scopus, 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение и свидетельство о программе для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка используемых источников и приложения. Диссертация включает 192 страницы машинописного текста, в том числе 79 рисунков, 27 таблиц, список используемых источников насчитывает 148 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.
Математические модели, применяемые в описании кинетики электробаромембранного разделения растворов
Посредством применения технологии обратного осмоса удаляются бактерии, вирусы, растворённые соли и органические вещества. В среднем, обратноосмотические мембраны задерживают до 97-99 % всех растворённых веществ [40-42].
Мембраны, применяемые при подобном методе очистки воды должны обладать высокой проницаемостью и селективностью, а также прочностью, чтобы выдерживать значительную разность давления по входной и выходной сторонам мембраны [7, 43]. Ультрафильтрация – это способ мембранной очистки жидкости, в процессе которого раствор проходит фильтрацию за счёт разности молекулярных масс растворителя и растворённого вещества и разницы давления с обеих сторон мембраны, которая пропускает через себя лишь определённые компоненты раствора. Данный метод позволяет отделять частицы с размером 510–9d110–7 м. Молекулярные соединения, от которых жидкость необходимо очистить остаются по входную сторону фильтра и не попадают во второй раствор, обогащая исходный фильтруемым веществом. Фактически этот способ чем-то может напомнить метод очистки воды обратным осмосом. Давление, при котором осуществляется ультрафильтрация колеблется от 0,3 до 1 МПа [7, 44-45].
Ультрафильтрация воды демонстрирует высокие показатели эффективности при сравнительно малых энергозатратах. Метод считается самым экономичным, помимо этого он способствует глубокому и эффективному умягчению воды, позволяет сохранить с наименьшими потерями ценные компоненты, содержащиеся в сточных водах, в то время как осуществить это другими методами часто практически невозможно [46].
Микрофильтрация – мембранный процесс отделения растворителя от коллоидных частиц или микрочастиц с размером 0,1 d10 мкм, в наибольшей степени близкий к обычной фильтрации. Микрофильтрация способна эффективно функционировать при перепаде давления на фильтрующей перегородке и осадке, как правило, не превышающем 0,01-0,5 МПа.
Преимущество микрофильтрации и мембранного метода как такового, заключается в том, что на мембране не остается осадка, то есть фильтр не закупоривается, вследствие того, что продукт расщепляется в потоке. В ходе микрофильтрации образуется концентрированный слой вещества, от которого очищалась жидкость: твёрдые частицы, различные соединения. Чтобы отфильтрованный слой не затруднял дальнейшую микрофильтрацию, удаляемые образования устраняют с поверхности мембраны при помощи обратной промывки, поперечного потока и ультразвуковой вибрации.
Метод микрофильтрации широко применяют в пищевой промышленности и медицине. Также микрофильтрация используется в промышленной очистке питьевой воды — преимущественно в экономически развитых странах. Метод эффективен при предварительной подготовке растворов перед проведением процессов гиперфильтрации и ультрафильтрации [2, 7, 46-48].
В последнее время баромембранные методы пополнились нанофильтрацией, которая представляет процесс фильтрации воды через полупроницаемую ультратонкую мембрану, которая способна задерживать различные растворённые загрязнители на молекулярном уровне. Порядок размеров удерживаемых частиц составляет 110–9 м. Процесс нанофильтрации проводится при избыточном давлении 0,5–1 МПа [46].
Механизмом переноса молекул воды через полупроницаемую мембрану при нанофильтрации является активированная диффузия — процесс, при котором два смежных вещества под воздействием давления взаимодействуют на молекулярном уровне, в результате чего при нанофильтрации молекулы воды проходят сквозь мембрану и отделяются от неё с обратной стороны.
Размер пор полупроницаемых нанофильтрационных мембран подобран так, что сквозь них могут проходить одновалентные гидратированные ионы, а двухзарядные образования и более крупные примеси задерживаются. Наиболее эффективно при этом из воды удаляются различные красители, пестициды, органические вещества с молярной массой более 300 г/моль, вирусы и некоторые растворённые соли [2, 49-50].
Электроосмос - передвижение дисперсионной среды за счет действия внешнего электрического поля, обусловленное притяжением разноименных зарядов. Когда имеет место отрицательный дзета-потенциал, положительно заряженные противоионы диффузного слоя притягиваются к отрицательному электроду, которые увлекают за собой жидкость, представляющую собой дисперсионную среду. Вследствие этого происходит движение жидкости, причем, дисперсионная среда перемещается по плоскости скольжения [42, 51].
Электроосмос, в основном, используют для обезвоживания древесины, пористых материалов, продуктов питания, сырья в пищевой промышленности и т.д. Водонасыщенную массу располагают между электродами и вода, в зависимости от заряда противоионов ДЭС движется к одному из них и собирается в специальной ёмкости [4].
Электродиализ - метод разделения растворов электролитов путём их избирательного переноса через ионоселективные мембраны под действием электрического поля. Электродиализ сочетает в себе черты как электрохимического, так и мембранного процессов [52].
Методика и оборудование для исследования сорбционной ёмкости
Для определения проницаемости и коэффициента задержания мембраны необходимо иметь сведения о степени кристалличности полимера, из которого она изготовлена. Кристалличность определяет также параметры, которые характеризуют химические и механические свойства мембран. Полимерные мембраны с большой степенью кристалличности, как правило, менее проницаемы, в отличие от мембран с аморфной структурой. Проницаемость мембран в зависимости от их структуры связана с линейной зависимостью между поглощением влаги и долей аморфности в ацетатцеллюлозе. Для определения степени кристалличности целлюлозы необходимо измерение рентгенограммы в максимально широком диапазоне углов с целью последующего разложения на аморфную и кристаллическую составляющие.
Рентгенодифрактометрические измерения степени кристалличности проводились в области больших углов 2 от 2 до 40 на дифрактометре ДРОН-3 (Рис. 2.1), по методике с использованием компьютерной обработки экспериментальных данных. Использовалось излучение СиКа с длиной волны (=0,154 нм). Рабочее напряжение составляло 30 кВ, ток накала - 20 мА. Монохроматизация обеспечивалась М-фильтром. Шаг перемещения детектора составлял 1, скорость вращения детектора 1/32/мин. в автоматическом режиме. Полученные результаты измерений в цифровой форме автоматически загружались на ПК, где проводилась их математическая обработка в программе Origin 6.0. Схема установки для исследования степени кристалличности методом большеуглового рентгеновского рассеивания изображена на рис. 2.2.
Исследование сорбционной ёмкости полупроницаемых мембран осуществлялось посредством лабораторного оборудования, состоящего из стеклянной ёмкости, используемой для измерения линейных параметров образцов мембран и сушильного шкафа (Рис. 2.3). В экспериментальных исследованиях применялись аналитические весы ВЛР-200г-М, с пределом измерений 0,110-3 г.
Линейка с миллиметровой ценой деления и микрометр применялись для измерения линейных размеров исследуемых образцов мембран. Рис. 2.3 - Лабораторный стенд для проведения сорбционных исследований Методика исследования сорбционной ёмкости мембран состояла в следующем. Из листов полупроницаемых мембран вырезали образцы заданным размером, затем, мембраны помещали в герметичные пробирки и заливали растворами различных фиксированных концентраций, которые далее размещали в выведенном заранее на заданный температурный режим сушильном шкафе. По достижению равновесия образцы мембран извлекали из пробирок и сушили фильтровальной бумагой. Далее мембраны размещали в герметичных пробирках, заполненных дистиллированной водой с целью экстракцией вещества из образцов мембран. Обновление воды в пробирках осуществлялось каждые 24 часа, причём старую воду накапливали. Для достижения полной десорбции растворённого вещества из мембраны проводили четырехкратную замену воды. Затем измеряли объём промывных вод и оценивали концентрацию десорбированного вещества из мембраны в каждой колбе.
По результатам проведённых исследований определяли концентрации растворённого вещества в каждом образце мембран. Величину коэффициента распределения находили по выражению kp=CJCUCX, (2.1) где См - концентрация растворённого вещества в мембране; Сисх - концентрация растворённого вещества в исходном растворе.
Методика и оборудование для исследования коэффициента диффузии Исследования с целью определения коэффициентов диффузии мембран осуществлялись на установке, схематично представленной на рис. 2.4.
Установка включает ячейки (A, B), ёмкости для исходных (1, 3) и отработанных (2, 4) растворов, опорные решётки (11), изготовленные из полиметилметакрилата. Ключевым элементом установки является ячейка (5), которая состоит из камер (A) и (B), разделённых исследуемой полупроницаемой мембраной (10). Перемешивание в камерах осуществляют магнитные мешалки (9). Температура в камерах (A) и (B) контролировалось посредством термостата (6) с подключенными к нему стеклянными змеевиками (13), термопар (7) и потенциометра (8). Объём двух камер ячейки составлял 0,62.10 м , а рабочая площадь мембран - 2,275.10 м . Камеры (A) и (B) изготовлены из полиметилметакрилата. Рис. 2.4 - Схема установки для определения коэффициентов диффузии
Исследования по определению коэффициентов диффузии выполнялись по следующей методике. Перед работой образцы мембран вымачивались в течение 24 часов в дистиллированной воде, затем помещались в ячейку для исследования коэффициента диффузии. Камера (А) наполняется раствором определённой концентрации, камера (В) - дистиллированной водой. С целью достижения стационарного диффузионного потока растворы оставались в камерах примерно 10-12 часов, после чего сливались. Затем камеры ячейки промывали дистиллированной водой в течение 20 минут. Затем вновь заполняли камеры, как и в предыдущем опыте. После этого через ёмкости отработанных растворов (2, 4) отбирали пробы из камер (А) и (В), дополняли камеры через емкости исходных растворов (1, 3) и проводили эксперименты по определению коэффициента диффузии. Эксперимент длится порядка 3-4 часов. В ходе проведения опыта растворы интенсивно перемешиваются посредством магнитных мешалок (9).
Коэффициент диффузии
Практически в каждом полимере имеются кристаллические и аморфные области, приводящие к появлению на рентгенограммах, кроме чётких рефлексов аморфного гало. Для оценки доли объёма или массы кристаллических областей полимера используют представление о степени кристалличности [83].
Определение степени кристалличности рентгенографическим методом является достаточно точным, если на рентгенограмме присутствуют чёткие кристаллические рефлексы и аморфное гало с чётко проявленным максимумом интенсивности. Дифрактограммы представляют собой связь угла преломления света на мембране от количества импульсов в единицу времени.
Молекулы воды, обладающие донорно-акцепторными связями, в процессе адсорбции заполоняют капиллярно-пористую структуру мембраны, встраиваясь в поверхность активного слоя потенциалообразующих ионов. Следовательно, увеличивается степень заполнения поры, приводящее к увеличению диффузности слоя Штерна структурированными молекулами воды, и частичному разрушению диффузионного слоя, что ведёт к уменьшению дзета-потенциала.
Нами были выполнены исследования рентгеновских спектров композиционной полупроницаемой ацетатцеллюлозной мембраны МГА-95 в воздушно-сухом, водонасыщенном и рабочем (бывшем в эксплуатации) состояниях.
На рис. 3.1 приведены дифрактограммы, содержащие размытые, мало интенсивные пики с максимумами при углах 2 равных 8,4О, 16,5О, 22,5О, 25,5О. Видно, что в водонасыщенном образце мембраны (Рис. 3.1 б) интенсивность перераспределяется и увеличивается диффузная составляющая рассеяния. Тем не менее, положение максимумов при углах 16,5О, 22,5О, 25,5О для образцов мембран, находящихся в разных состояниях, почти не изменяется. Помимо сильного уширения максимума, характерно для угла 8,4О, отмечается его смещение в область больших углов у водонасыщенного образца мембраны.
Описанные закономерности свидетельствуют о том, что при насыщении образца мембраны водой, увеличивается внутренняя поверхность пористой среды, что приводит к перестроению гетероструктуры мембраны. Это приводит к уменьшению интенсивности рассеяния и уширению максимумов, характеризующих кристаллическую фазу и увеличению степени рассеяния от аморфной составляющей.
Для объяснения этих экспериментальных данных в мембранах с аморфно-кристаллической структурой полимеров, нами были осуществлены расчёты степени кристалличности. Как известно, образование мезофазы с увеличением концентрации полимера влечёт за собой рост интенсивности рентгеновского рефлекса в области углов 7 - 8 и их снижение в интервале углов 20 - 21, которые отвечают за кристаллизацию полимера [84]. Исходя из этого, рефлекс соответствующего углу 8,4 следует соотнести с дифракцией от аморфной мезофазы, так называемого, особого вида структурного упорядочения надмолекулярной спирали определённой ориентации.
Кристаллографические расчёты рефлексов при углах 16,5, 22,5, 25,5, рассчитывали, используя уравнение Вульфа-Брэгга, d = X -(2sin0) (3.1) Величины полученных межплоскостных расстояний (d16,5=0,597 нм; d22,5=0,439 нм; d25,5=0,387 нм) в пределах 10% ошибки согласуются со структурными параметрами кристаллической решётки целлюлозы альфа-фазы при радиальной дифракции от атомов, которые находятся в кристаллографических плоскостях: (100); (010); (110). Поэтому основная интенсивность рентгеновского рассеивания сосредоточена в трёх отражениях, соответствующих углам, лежащим в интервале 2 = 15-30. Следовательно, рефлексы в области этих углов дифракции нужно определять как структурное состояние кристаллической части ацетатцеллюлозы. Вероятно, широкий максимум при угле 8,4 можно отнести к дифракции рентгеновских лучей от аморфной части гетерофазной структуры мембраны [85].
Проводя сравнения дифрактограмм (Рис. 3.2) образцов воздушно-сухой и рабочей мембраны можно отметить, что вид и положение для рефлексов обеих мембран не изменяется, тем не менее, при этом отмечается исчезновение резкой структуры рефлексов при углах 16,5, 22,5, 25,5 у рабочего образца мембраны (Рис. 3.2 б). Обнаруженное совпадение углов дифракции свидетельствует о малой чувствительности микро- и макромолекул к трансмембранному давлению и термодинамической нагрузке при циклических условиях эксплуатации. Размытость дифракционных рефлексов обусловлена воздействием ряда факторов, таких как присутствие в порах, либо на поверхности активного слоя мембраны остатков растворённого вещества или раствора. Для интерпретации экспериментальных данных на мембранах на основе аморфно-кристаллических полимеров, требуются сведения по соотношению их кристаллических и аморфных фаз.
Методика оценки рабочих параметров электробаромембранной установки
Агрегат принадлежит к конструкциям мембранных аппаратов трубчатого типа и может применяться для проведения процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электроосмофильтрации [138-140].
Представленный электробаромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса (1), исполненного из диэлектрического материала с размещённым на его внешней поверхности патрубком (2) для ввода разделяемого раствора и на внутренней поверхности продольных каналов (4), устройства (клеммы устройства) для подвода электрического тока (3), микропористой подложки, которая является одновременно электродом-анодом (5), переточных каналов (9), расположенных на нечётных и чётных концентрических трубчатых фильтрующих элементах (8) с микропористыми подложками - катод и анод (14, 5) соответственно и прикатодными, прианодными мембранами (15, 6) с правой и левой стороны аппарата, расположенного во фронтальной плоскости начиная с центральной трубы (11), выполненной из диэлектрического материала и отступающих от края внутренней поверхности торцевых крышек (16), имеющих патрубки (17, 18) для вывода анионов и катионов с пермеатом, на расстояние 45 мм, переточных каналов (9) на ширину 5 мм залитых герметизирующей композицией (7), последовательно соединенных камер разделения (10) через переточные каналы (9), кольцевого элемента (19) с прямоугольным выступом, расположенным под углом (/2), герметично установленной во внутренней поверхности центральной трубы (11) патрубка (13), служащего для вывода продуктов разделения, каналов (12) в торцевых крышках (16), которые соединены с продольными каналами (4) трубчатых концентрических фильтрующих элементов (8), центральной трубы (11) и цилиндрического корпуса (1) через кольцевые полости (26), накидных фланцев (20), кольцевых прокладок (21, 22), комплекта шпилек (23), шайб (24) и гаек (25) [141].
Цилиндрический корпус (1), центральная труба (11) и торцевые крышки (16) изготовлены из диэлектрического материала – капролона. Прикатодными и прианодными мембранами (15, 6) могут служить выполненные в виде ленты обратноосмотические мембраны марок МГА, ОПМ-К, ESPA1 и ESNA[141].
Электробаромембранный аппарат трубчатого типа работает по следующем принципу. Исходный раствор поступает под давлением, которое превышает осмотическое давление растворённых в нём веществ, через патрубок (2) в ближайшую к цилиндрическому корпусу (1) камеру разделения (10) [141].
После того как аппарат заполнился раствором, на устройство для подвода электрического тока (3), подводится внешнее постоянное электрическое поле, которое вызывает определённую плотность тока в растворе. В камере разделения (10) под воздействием электрического поля вещество, растворённое в растворе распадается на ионы, при этом анионы стремятся через прианодную мембрану (6) к внутренней поверхности микропористой подложки (5), расположенной на цилиндрическом корпусе (1). Катионы стремятся через прикатодную мембрану (15) к ближайшей внешней поверхности микропористой подложки (14), которая служит электродом-катодом и расположенной на трубчатом концентрическом фильтрующем элементе (8). Наряду с этим под влиянием рабочего давления пермеат проходит через прианодную и прикатодную мембраны (6, 15) и выдавливает анионы, катионы и газ, образующийся на электродах вследствие электрохимических реакций через внутреннюю поверхность микропористой подложки (5) и внешнюю поверхность микропористой подложки (14) трубчатого концентрического фильтрующего элемента (8), который является биполярным электродом по соответствующим продольным каналам (4) через кольцевые полости (26) и каналы (12) в торцевых крышках (16) через патрубки (17, 18) для вывода анионов и катионов с пермеатом из аппарата. Затем разделяемый раствор через переточный канал (9), трубчатого концентрического фильтрующего элемента (8), который является биполярным электродом с внешней и внутренней микропористыми подложками – катодом, анодом (14, 5) соответственно и прикатодными, прианодными мембранами (15, 6) попадает в следующую камеру разделения (10), которая расположена ближе к центру аппарата, где протекают аналогичные описанным процессы [141].
Следовательно, из раствора, последовательно проходящего через все камеры разделения (10) всего аппарата в виде анионов и катионов, удаляются растворённые вещества, а обеднённый раствор после разделения отводится через переточный канал (9) в центральной трубе (11), на поверхность которого последовательно уложены внешняя поверхность микропористой подложки (14) и прикатодная мембрана (15), через герметично установленный во внутренней поверхности патрубок (13), который служит для вывода продуктов разделения [141].