36975

Дослідження параметрів зворотноосмотичної системи очищення водопровідної води

Лабораторная работа

Химия и фармакология

В даному випадку мембрана проникна для води і непроникна для солі тому вода може проходити через мембрану в обох напрямках а сіль не може. В звязку із тим що зворотний перетік відсутній в частині посудини із чистою водою рівень рідини буде зменшуватись а в частині із сольовим розчином збільшуватись до тих пір доки тиск водяного стовпа надлишок над рівнем рідини в частині з чистою водою зросте настільки що сила його буде стримувати перетік води. Якщо в частині із сольовим розчином створити тиск який перевищує осмотичний то...

Украинкский

2013-09-23

99 KB

0 чел.

Лабораторна робота №3

Дослідження параметрів зворотноосмотичної системи очищення водопровідної води.

  1.  Теоретичні відомості.
    1.  Принцип зворотного осмосу.

Для пояснення явища осмосу уявимо собі посудину, розділену напівпроникною мембраною. Одна частина посудини заповнена сольовим розчином, друга - чистою водою. Термін "напівпроникна" означає, що мембрана проникна для одних речовин і непроникна для других. В даному випадку мембрана проникна для води і непроникна для солі, тому вода може проходити через мембрану в обох напрямках, а сіль не може.

У відповідності із фундаментальним законом природи ця система буде прагнути досягти рівноваги, тобто досягти однакової концентрації солі з обох сторін мембрани. Єдиний можливий шлях встановлення рівноваги в даному випадку - вода повинна перейти із частини посудини з чистою водою в частину із сольовим розчином і розбавити його. В зв’язку із тим, що зворотний перетік відсутній, в частині посудини із чистою водою рівень рідини буде зменшуватись, а в частині із сольовим розчином - збільшуватись до тих пір, доки тиск водяного стовпа (надлишок над рівнем рідини в частині з чистою водою) зросте настільки, що сила його буде стримувати перетік води.

Тиск, при якому наступає ця рівновага, називається осмотичним тиском.

Якщо в частині із сольовим розчином створити тиск, який перевищує осмотичний, то напрямок перетоку води зміниться, а внаслідок того, що мембрана непроникна для солі, в другу частину посудини буде перетікати тільки чиста вода. В цьому полягає принцип зворотного осмосу.

Характер впливу різних факторів на параметри зворотноосмотичних систем.

Зворотноосмотичні системи конструктивно виконуються таким чином, що потік вхідної води проходить паралельно до мембрани.   При   цьому частина потоку проходить крізь мембрану (чиста вода), а солі та різні забруднення концентруються в залишку і змиваються з поверхні мембрани цим же концентрованим потоком, який направляється у відходи.

Головними чинниками, що визначають параметри роботи зворотноосмотичної системи, є тиск, температура, концентрація солей у вхідній воді та ступінь вилучення чистої води із розчину.

Збільшення тиску вхідного потоку призводить до збільшення потоку чистої води, зменшення кількості концентрату і зменшення (до певного граничного рівня) солевмісту продукту - чистої води.

Із збільшенням температури ростуть потоки продукту і концентрату.

Із збільшенням концентрації солей у вхідному потоці зменшується кількість продукту і ступінь вилучення солей із розчину.

Збільшення ступеня вилучення солей із розчину (за допомогою конструктивних або технологічних рішень) призводить до зменшення потоку продукту навіть до нуля, якщо концентрація солей перед мембраною досягне рівня, при якому осмотичний тиск зрівняється із тиском питної води.

Хімічний склад забруднень води.

Загальний солевміст - показник, що характеризує загальну сукупність солевого складу води, що включає головним чином хлориди, сульфати, карбонати, бікарбонати, лужні та лужноземельні метали.

Загальна жорсткість - властивість води, обумовлена наявністю в ній солей лужноземельних металів кальцію та магнію і як показник якості води кількісно визначається концентрацією катіонів кальцію і магнію в 1 л води. Загальна жорсткість води ділиться на кальцієву і магнієву, карбонатну і некарбонатну, тимчасову і постійну жорсткості і обчислюється як сума цих жорсткостей в мг-екв/л.

Залізо - в різних концентраціях присутнє в усіх природних вододжерелах, де кількість його може збільшуватись в результаті надходження промислових стічних вод. В водопровідній воді вміст заліза може збільшуватись через корозію труб. Нормативний показник для питної води - менше 0,3 мг/л.

Активний або вільний хлор надходить у воду підчас хлорування питної води з метою її знезараження. Підвищенний вміст залишкового хлору надає питній воді специфічного неприємного запаху і присмаку.

Хлориди - присутні майже в усіх природніх водах і їх вміст змінюється в дуже широких межах. Великі значення концентрації хлоридів характерні для сильно мінералізованих вод морів і океанів.

Сульфати - як і хлориди, мають широке розповсюдження, причому в підземних водах їх вміст більший, ніж в воді рік та озер, тому що головним джерелом їх появи є гіпс.

Лужність природної води обумовлена наявністю в ній карбонатних і бікарбонатних аніонів і вимірюється мг-екв/л.

Водневий показник характеризує наявність у воді водневих і гідроксильних іонів. Перші виникають при дисоціації кислот, другі - при дисоціації лугів. Концентрації цих іонів в хімічно чистій воді при температурі 23 оС однакові і дорівнюють 10-7 г-іон/л, що характеризує нейтральну реакцію рідини. Водневий показник реакції розчину рН прийнято позначати числом, що дорівнює від'ємному логарифму концентрації водневого іону. В нейтральному середовищі рН = 7, в кислому - рН< 7, в лужному - рН> 7.

В таблиці наведені нормативні значення вмісту окремих   хімічних речовин в питній воді та дистиляті.

Назва складової забруднення 

Норма для питної води

Норма для дистиляту

Загальний солевміст, мг/л 

1000

5 

Загальна жорсткість, мг-екв/л 

7,0 

0.8 

Залізо, мг/л 

0,3 

0,05 

Хлор (вільний), мг/л 

0,35 

- 

Сульфати, мг/л 

500 

0,5 

Хлориди, мг/л 

350 

0,02 

Лужність, мг-екв/л 

6,5 

- 

Водневий показник, рН 

6,0 - 9,0 

5,4 - 6,6 

2. Опис лабораторно-дослідної установки.

На рис.1 наведена електрогідравлічна схема  зворотноосмотичної системи очищення водопровідної води. Вхідна вода подається на передфільтр 1, де відбувається первинна очистка її. Далі вода через соленоїдний клапан 2 поступає в насос 3, що   приводиться в дію електродвигуном 4, звідки з підвищеним тиском   подається на вхід зворотноосмотичної мембрани 5, де розділяється на два потоки: потік чистої води (продукт) і потік із підвищеною концентрацією солей (концентрат). Потік продукту направляється в   бак-накопичувач 6 із гумовим мішком 7 та ніпелем 8, звідки через штуцер 9 чиста вода роздається споживачам. Потік концентрату    зливається через регулюючий клапан 10 в каналізацію. Тиск в лінії концентрату вимірюється манометром 11, а в баку-накопичувачі - манометром 12. Витрата вхідної води вимірюється ротаметром 13, температура і тиск вхідної води - термометром 14 і манометром 15   відповідно. Електричні   параметри   (струм   і   напруга) вимірюються   амперметром 16 і вольтметром 17 відповідно. Клапан 18 призначено для відбору вхідної води для аналізу. Двохпозиційне реле тиску 19   призначено  для   включення   електродвигуна   при   падінні   тиску   в   баку-накопичувачі внаслідок падіння рівня  води в ньому до деякого найменшого значення і виключення електродвигуна при підвищенні   тиску внаслідок підвищення рівня води до деякого найбільшого значення, що таким чином забезпечує   автоматичний   режим   роботи   системи. Соленоїдний клапан 2 призначено для запобігання подачі   води в систему при відключеному електродвигуні.

3. Проведення дослідження.

3.1. Зовнішній огляд установки.

Після вивчення теоретичних відомостей (розд. 1) перед початком лабораторної роботи необхідно оглянути установку з метою порівняння її зовнішнього вигляду із схемою на рис. 1 та визначення місць розміщення елементів схеми на установці.

3.2. Підготовка до проведення дослідження.

Через те, що система знаходиться у стані постійного функціонування (інший можливий її стан - тільки законсервованість), підготовка до проведення дослідження полягає в наступному:

- переконатися,   що   тиск   в   водопровідній   мережі,   звідки   надходить
вхідна вода, знаходиться в межах 2...5 бар;

- підготувати до функціонування блок вимірювання    електричної потужності;

- установку відключити від мережі електроживлення;

      - блок вимірювання електричної потужності включити в   мережу електроживлення;

- установку включити в мережу електроживлення через блок вимірювання електричної потужності.

3.3. Операції при проведенні досліджень.

  1.  Відкрити клапан 18 і зробити відбір вхідної води в кількості
    200 мл;
  2.  Зробити (бажано одночасно) заміри параметрів:

вхідної води:

витрата nрот, поділок (ротаметр 13);

температура tвх, °С (термометр 14);

тиск рвх, бар (манометр 15).
електроживлення:

струм І, А (амперметр 16);

напруга U, В (вольтметр 17).
концентрату:

тиск ркон , бар (манометр 11);

витрата Gкон, л/год (мірна місткість, секундомір).
продукту:

- тиск рпр, бар (манометр 12);
Результати вимірювань занести до таблиці 2.

3) Відкрити клапан   9   і   зробити   відбір .очищеної  води   в   кількості 200 мл.

4. Обчислення результатів вимірювань.

Електрична потужність

N = ІхU, (Вт).

Витрата вхідної води - визначається за графіком витрати рідини для ротаметра

Gвих = f ( nрот ) (л/год)    

де   прот - кількість поділок на шкалі ротаметра.

Витрата продукту (продуктивність системи по чистій воді)

Gnp = Gвих - Gкон  (л/год)    

Степінь вилучення чистої води

K = (Gnp/Gвх)100, (%).

Питома витрата енергії

W = N/Gnp, (Вт.год/л).

Приведена продуктивнысть системи при номінальній температурі

Gпрt= Gпр/k , (л/год),

де k - корегуючий коефіцієнт, визначається за таблицею 1. Продуктивність системи у порівнянні із номінальною

φ= (Gnp t /Gном) 100, %,

де G ном - номінальна (паспортна) продуктивність, дорівнює 39 л/год.

Результати обчислень занести до таблиці 2.

5.  Аналіз відборів води.

5.1. Хімічний аналіз проби вхідної води здійснюється  за  такими показниками:

загальний вміст солей, (Свх);

вміст хлоридів;

вміст сульфатів;

вміст солей жорсткості (Са2+ + Mg2+);

вміст заліза;

вміст активного хлору;

вміст карбонатів і бікарбонатів (лужність);

Визначення загального вмісту солей здійснюється за допомогою прилада TDS-метра.

Вимірювання концентрації інших компонентів здійснюється за допомогою багатофункціонального фотометра.

Приступати до роботи із TDS-метром та фотометром можна лише після ознайомлення із відповідними інструкціями по експлуатації приладів.

5.2. Аналіз продукту (очищеної води) здійснюється лише на загальний вміст солей Спр за допомогою прилада TDS-метра через те, що практично всі домішки (майже 99%), що забруднюють вхідну воду, залишаються в концентраті і визначення їх у продукті за допомогою багатофункціонального фотометра неможливо внаслідок їх зникаючої кількості.

Результати аналізу занести до таблиці 3.

5.3. Розрахувати степінь вилучення солей із вихідної води за формулою:

с = ((свх - спр) /свх)100, %.

ДОДАТОК.

Таблиця 1. Корегуючий коефіцієнт продуктивності системи в залежності від  температури води.

Температура вихідної води   tвх (°С)

Корегуючий коефіцієнт k

4 

0.47 

6 

0.49 

7 

0.52 

8 

0.54 

9 

0.56 

10 

0.58 

11 

0.61 

12 

0.64 

13 

0.66 

14 

0.69 

16 

0.72 

17 

0.75 

18 

0.76 

19 

0.81 

20 

0.84 

21 

0.88 

22 

0.91 

23 

0.94 

24 

1.00 

25 

1.02 

26 

1.05 

28 

1.09 

29 

1.12 

30 

1.16 


Таблиця 2. Результати дослідження параметрів зворотноосмотичної системи очищення водопровідної води.

nрот

поділ.

Gвих

л

tвих

оС

pвих

бар

I

А

U

В

N

Вт

Gкон

л

pкон

бар

Gпр

л

pпр

бар

K

%

W

Вт.г

Gпрt

φ

%

год

год

л

л/год

Таблиця 3. Результати хімічного аналізу проб води.

TDS

мг/л

Хлориди

мг/л

Сульфати

мг/л

Жорстк.

мг-екв/л

Залізо

мг/л

Акт. Хлор

мг/л

Лужність

мг-екв/л

Вхідна вода

Очищена вода

Рис. 1. Електрогідравлічна схема стенду для дослідження

зворотноосмотичної системи очищення водопровідної води. 1 - передфільтр; 2 - соленоїдний клапан; 3 - насос; 4 - електродвигун; 5 -мембрана; 6 - бак-накопичувач; 7 - гумовий мішок; 8 - ніпель; 9 - штуцер виходу очищеної води; 10 - регулюючий клапан; 11 - манометр; 12 - манометр; 13 - ротаметр; 14 - термометр; 15 - манометр; 16 - амперметр; 17 - вольтметр; 18 - клапан для відбору; 19 - реле тиску.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22525. Расчет коэффициентов запаса усталостной прочности 147.5 KB
  Одним из основных факторов которые необходимо учитывать при практических расчетах на усталостную прочность является фактор местных напряжений. Очаги концентрации местных напряжений: Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования показывают что в области резких изменений в форме упругого тела входящие углы отверстия выточки а также в зоне контакта деталей возникают повышенные напряжения с ограниченной зоной распространения так называемые местные напряжения. 1 а закон равномерного распределения напряжений вблизи...
22526. Основы вибропрочности конструкций 155.5 KB
  Если период вынужденных колебаний совпадет с периодом свободных колебаний стержня то мы получим явление резонанса при котором амплитуда размах колебаний будет резко расти с течением времени. Так как период раскачивающих возмущающих сил обычно является заданным то в распоряжении проектировщика остается лишь период собственных свободных колебаний конструкции который надо подобрать так чтобы он в должной мере отличался от периода изменений возмущающей силы. Вопросы связанные с определением периода частоты и амплитуды свободных и...
22527. Расчет динамического коэффициента при ударной нагрузке 140.5 KB
  Скорость ударяющего тела за очень короткий промежуток времени изменяется и в частном случае падает до нуля; тело останавливается. передается реакция равная произведению массы ударяющего тела на это ускорение. Обозначая это ускорение через а можно написать что реакция где Q вес ударяющего тела. Эти силы и вызывают напряжения в обоих телах.
22528. Сопротивление материалов. Введение и основные понятия 40.5 KB
  Прочность это способность конструкции выдерживать заданную нагрузку не разрушаясь. Жесткость способность конструкции к деформированию в соответствие с заданным нормативным регламентом. Деформирование свойство конструкции изменять свои геометрические размеры и форму под действием внешних сил Устойчивость свойство конструкции сохранять при действии внешних сил заданную форму равновесия. Надежность свойство конструкции выполнять заданные функции сохраняя свои эксплуатационные показатели в определенных нормативных пределах в течение...
22529. Метод сечений для определения внутренних усилий 92.5 KB
  Метод сечений для определения внутренних усилий Деформации рассматриваемого тела элементов конструкции возникают от приложения внешней силы. Внутренние усилия это количественная мера взаимодействия двух частей одного тела расположенных по разные стороны сечения и вызванные действием внешних усилий. Здесь {S} и {S } внутренние усилия возникающих соответственно в левой и правой отсеченных частях вследствие действия внешних усилий. Используя общую методологию теоремы Пуансо о приведении произвольной системы сил к заданному центру и...
22530. Эпюры внутренних усилий при растяжении-сжатии и кручении 48.5 KB
  Рассмотрим расчетную схему бруса постоянного поперечного сечения с заданной внешней сосредоточенной нагрузкой Р и распределенной q рис. а расчетная схема б первый участок левая отсеченная часть в второй участок левая отсеченная часть г второй участок правая отсеченная часть д эпюра нормальных сил Рис. В пределах первого участка мысленно рассечем брус на 2 части нормальным сечением и рассмотрим равновесие допустим левой части введя следующую координату х1 рис. Мысленно рассечем его сечением 2 2 и рассмотрим равновесие левой...
22531. Эпюры внутренних усилий при прямом изгибе 87.5 KB
  Рассмотрим пример расчетной схемы консольной балки с сосредоточенной силой Р рис. а расчетная схема б левая часть в правая часть г эпюра поперечных сил д эпюра изгибающих моментов Рис. Построение эпюр поперечных сил и внутренних изгибающих моментов при прямом изгибе: Прежде всего вычислим реакции в связи на базе уравнений равновесия: После мысленного рассечения балки нормальным сечением 1 1 рассмотрим равновесие левой отсеченной части рис. Для правой отсеченной части при рассмотрении ее равновесия результат аналогичен рис.
22532. Понятие о напряжениях и деформациях 80.5 KB
  а вектор полного напряжения б вектор нормального и касательного напряжений уменьшаются главный вектор и главный момент внутренних сил причем главный момент уменьшается в большей степени. Введенный таким образом вектор рn называется вектором напряжений в точке. Совокупность всех векторов напряжений в точке М для всевозможных направлений вектора п определяет напряженное состояние в этой точке. В общем случае направление вектора напряжений рn не совпадает с направлением вектора нормали п.
22533. Свойства тензора напряжений. Главные напряжения 95 KB
  Свойства тензора напряжений. Главные напряжения Тензор напряжений обладает свойством симметрии. Для доказательства этого свойства рассмотрим приведенный в лекции 5 элементарный параллелепипед с действующими на его площадках компонентами тензора напряжений. Отличные от нуля моменты создают компоненты верхняя грань и права грань: После сокращения на элемент объема dV=dxdydz получим Аналогично приравнивая нулю сумму моментов всех сил относительно осей Оу и Ог получим еще два соотношения Эти условия симметрии и тензора напряжений...