Fel y gwyddys yn dda, mae ffenomen o'r enw "polareiddio crynodiad" yn bodoli yn ystod gweithrediad nanofiltradiad a philenni osmosis gwrthdro, gan arwain at faeddu pilen. Gan nad yw ultrafiltration yn canolbwyntio hydoddion, dim ond hidlo, nid yw'r ffenomen "polareiddio crynodiad" yn arwyddocaol yn ystod gweithrediad pilen ultrafiltration. Fodd bynnag, gall ultrafiltration gadw colloidau, felly mae ffenomen "polareiddio haen gel" yn cael effaith sylweddol ar bilenni ultrafiltration. Mae'r erthygl hon yn rhannu egwyddorion, fformiwlâu, ac arwyddocâd peirianneg "polareiddio haen gel" pilen ultrafiltration ar gyfer gweithwyr proffesiynol trin dŵr.
I. Cysyniad Pegyniad Haen Gel
Yn ystod ultrafiltration, pan fydd y dŵr porthiant yn cynnwys llawer iawn o hydoddion macromoleciwlaidd (fel proteinau, polysacaridau, gronynnau colloidal, ac ati), mae'r sylweddau hyn yn cronni ar wyneb y bilen, gan ffurfio haen grynodedig yn raddol. Wrth i'r hidlo fynd rhagddo, mae'r crynodiad hydoddyn o fewn yr haen grynodedig yn cynyddu, gan gyrraedd hydoddedd dirlawnder yr hydoddyn yn y system yn y pen draw, gan ffurfio haen gel ar wyneb y bilen. Ar ôl i'r haen gel ffurfio, hyd yn oed os yw'r gwahaniaeth pwysedd trawsbilen (TMP) yn parhau i gynyddu, nid yw'r fflwcs treiddiad yn cynyddu'n sylweddol mwyach. Gelwir y broses hon yn reolaeth polareiddio haen gel. Wrth i wahaniaeth pwysedd y bilen gynyddu, mae cyfradd llif y treiddiad yn codi i ddechrau ac yna'n sefydlogi.
II. Model Mathemategol a Dadansoddi Fformiwla
1. Hafaliad Trosglwyddo Polareiddio Haen Gel
Pan fydd y crynodiad hydoddyn ar wyneb y bilen yn cyrraedd dirlawnder, gellir cyfrifo proses drosglwyddo màs yr hydoddyn ger wyneb y bilen gan ddefnyddio'r fformiwla ganlynol:
Ble: cm yw'r crynodiad o macromoleciwlau ar wyneb y bilen; cp yw'r crynodiad o macromoleciwlau yn y treiddiad; cb yw'r crynodiad cyfartalog o macromoleciwlau yn y dŵr porthiant o fewn yr elfen bilen; Jw yw'r fflwcs athraidd; k yw'r cyfernod trosglwyddo màs ar wyneb y bilen.
Mae'r fformiwla hon yn datgelu patrwm "cronni" macromolecule ar wyneb y bilen: (1) Gall cynyddu'r cyflymder trawslif a chynyddu k leihau trwch yr haen polareiddio gel; (2) Gall lleihau'r fflwcs gweithredu reoli crynodiad macromoleciwlau ar wyneb y bilen o dan y pwynt gel.
2. Y Berthynas rhwng Cyfyngu ar Fflwcs a'r Crynodiad Uchaf
Pan fydd crynodiad y macromoleciwlau cm ar wyneb y bilen yn cyrraedd y pwynt gel cg, mae'r system yn mynd i mewn i'r cyflwr fflwcs cyfyngol. Ar yr adeg hon, gellir symleiddio'r fformiwla trosglwyddo màs i'r fformiwla ganlynol.
Mae hyn yn golygu, unwaith y bydd yr amodau gweithredu yn achosi i grynodiad wyneb y bilen gyrraedd cg, ni fydd cynyddu'r gwahaniaeth pwysedd trawsbilen ymhellach yn cynyddu'r fflwcs mwyach.
Arwyddocâd peirianneg y fformiwla hon yw: (1) Wrth ddylunio prosesau, mae'r fflwcs cyfyngol yn baramedr allweddol sy'n pennu arwynebedd y bilen a'r defnydd o ynni; (2) Dylai gweithrediad sefydlog y system ultrafiltration osgoi gweithrediad tymor hir yn y rhanbarth fflwcs cyfyngol.
3. Pwysedd Arwyneb Membrane a Gwrthsefyll Haen Gel
Mae presenoldeb yr haen gel nid yn unig yn effeithio ar drosglwyddo màs ond hefyd yn cynyddu ymwrthedd hidlo yn sylweddol. Dangosir ei fynegiant mathemategol isod.
Lle: ki,gel yw cyfernod gwrthiant yr haen gel i sylwedd macromoleciwlaidd i; Δl yw trwch yr haen gel; Di,gel yw'r cyfernod trylediad o fewn yr haen gel.
Mae hyn yn dangos, pan fydd yr haen gel yn dod yn fwy trwchus (mae Δl yn cynyddu) neu pan fydd y trylediad o fewn yr haen gel yn arafu (Di, gel yn gostwng), bydd y cyfernod trosglwyddo màs ki,gel yn gostwng yn sylweddol.
Mewn dylunio peirianneg: (1) Gellir rheoli'r cynnydd Δl trwy gynyddu'r grym cneifio trawslif, lleihau crynodiad yr hydoddiant, neu gynyddu'r amlder adlif; (2) Mae lleihau'r gludedd dylanwadol yn cynyddu Di,gel; po uchaf yw tymheredd y dŵr, yr isaf yw'r gludedd. III.
III. Arwyddocâd Crynodiad Arwyneb Membrane a Dylunio
Mae gan macromoleciwlau grynodiadau cymharol isel ymhellach i ffwrdd o'r bilen, ond mae eu crynodiadau'n cynyddu'n gyflym ger y bilen, gan dueddu at ddirlawnder o fewn yr haen gel. Dangosir y model mathemategol cyfatebol yn yr hafaliad canlynol:
Ble: ki yw cyfernod trosglwyddo màs y bilen hylif; ε yw mandylledd yr haen gel.
Mae'r fformiwla hon yn ystyried yn gynhwysfawr ymwrthedd trosglwyddo màs y bilen hylif a'r ymwrthedd trylediad haen gel. Pan fo'r cynnwys polymer yn yr ateb yn uchel neu pan fo'r haen gel yn drwchus, mae'r ymwrthedd trylediad yn cynyddu'n sylweddol, gan ei gwneud hi'n haws cyrraedd y cyflwr fflwcs cyfyngol yn gynamserol.
Crynodeb
Polareiddio haen gel yw un o'r tagfeydd gweithredol mwyaf nodweddiadol mewn prosesau ultrafiltration. Trwy'r dadansoddiad yn y papur hwn, gallwn weld nad problem "baeddu" yn unig ydyw, ond yn hytrach canlyniad effeithiau cyfunol trosglwyddo màs, trylediad ac amodau gweithredu. Mae'r fformiwla fathemategol yn datgelu'r berthynas gynhenid rhwng crynodiad, fflwcs, a gwrthiant trosglwyddo màs; gall dylunio prosesau ac optimeiddio gweithredol reoli polareiddio haen gel i raddau; ar gyfer systemau polymer, mae'r dewis rhesymegol o amodau gweithredu yn allweddol i sicrhau effeithlonrwydd ultrafiltration. Mewn peirianneg ymarferol, os caiff y fformiwlâu a'r egwyddorion yn y papur hwn eu cyfuno â monitro deinamig o baramedrau megis Jw, k, Di, a gel, gellir cyflawni gweithrediad sefydlog ac effeithlon y system ultrafiltration.