Studium mikrofiltrace s dutými vlákny

Ing. Jan Kinčl

Doctoral thesis

Holoow fibre microfiltration combined with ion exchange on zeolites

Abstract:

Byl vytvořen matematický model kombinovaného procesu iontové výměny s mikrofiltrací na dutých vláknech v módu konstantní rychlosti sání. Model byl experimentálně ověřen v aplikaci výměny vápenatých iontů za sodné na částicích zeolitu. Model popisuje tvorbu filtračního koláče z částic zeolitu, interakce mezi dutými vlákny v mikrofiltračním elementu a termodynamiku i kinetiku procesu iontové výměny. Model přináší novou teorii o deaktivaci aktivního povrchu membrány. Model byl implementován v prostředí Lazarus Free Pascal a MS Excel software. Všechny parametry modelu byly stanoveny nezávislými experimenty. Produkce změkčené vody z pitné kohoutkové vody byla zvolena pro validaci modelu. Byly provedeny experimenty mikrofiltrace disperze zeolit/pitná voda v módu konstantního průtoku permeátu. Sledovány byly závislosti tlakové hnací síly a koncentrace tvrdosti v permeátu na několika procesních parametrech. Výsledky ukazují, že zvyšování tlakové hnací síly během mikrofiltrace je dominantně spojeno se snižováním aktivní filtrační plochy způsobené blokováním dutých vláken. Ověřený model navíc umožnil stanovení vlivu provozních podmínek a trvání procesu na výkon procesů mikrofiltrace i iontové výměny.

Abstract:

A mathematical model of the process of zeolite ion exchange between calcium and sodium ions combined with the microfiltration on hollow fibres in a suction constant flux mode was developed and validated experimentally. The model takes into account zeolite filtration cake formation, interactions between hollow fibres inside the microfiltration module as well as description of the thermodynamics and kinetics of the ion exchange process. The model adds a new theory of membrane surface inactivation. Lazarus Free Pascal and MS Excel software were used to implement the model. All necessary model parameters were obtained by independent experiments. Soft water production from tap water was chosen for experimental validation of the model. Constant flow rate microfiltration experiments with zeolite - tap water dispersion have been carried out and the pressure driving force and calcium ion concentration in permeate were monitored for various process parameters. The results show that the pressure drop increasing during the microfiltration can be dominantly connected with decreasing of filtration area which is caused by hollow fibre blocking. Furthermore, the model allows the influence of operating conditions and duration of filtration period on the microfiltration as well as ion exchange performance to be estimated.

Keywords

mikrofiltrace, iontová výměna, model, změkčování, duté vlákno, zeolit

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 9. 2013

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 12. 12. 2013

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Chemical and Process Engineering / Chemical Engineering