В данном исследовании рассмотрены и изучены способы интенсификации процессов микро- и ультрафильтрации при помощи борьбы с эффектом концентрационной поляризации. Описано отрицательное воздействие концентрационной поляризации на процесс разделения фильтруемой жидкости и на мембранную поверхность (из-за повышения концентрации у мембранной поверхности снижается ее селективность и удельная производительность). Рассмотрена физическая картина протекающих явлений в плоском мембранном канале с известными геометрическими размерами; выделены 4 участка имеющих различное влияние на процесс фильтрования. Проанализировано уравнение материального баланса путем введения граничных условий в критериальное уравнение материального баланса, с целью нахождения возможностей для массопереноса. Выявлено, что коэффициент массопереноса kм уменьшается, вследствие роста толщины пограничного слоя. Основными параметрами, значительно влияющими на процесс микрофильтрации, являются величины расхода G исходного раствора, коэффициента массопереноса kм, с уменьшением которого снижается G. Проведен анализ теоретических и экспериментальных данных, показывающий, что решающую роль на ход процесса микрофильтрации играют: режим движения исходного раствора, физико-химические свойства и геометрия мембранного канала. Обоснована перспективность использования пульсационного поля в биореакторах и необходимость концептуального подхода для разработок перспективных мембранных аппаратов. Рассмотрена необходимость создания мембран сложных геометрических форм, с возможностью размещения в них турбулизирующих устройств и возможностью перемещения их относительно друг друга, создавая каналы переменного сечения, что приведет к появлению достаточного количества возможностей для создания гидродинамических неустойчивостей различной интенсивности. В статье затронуто применение пульсационных режимов разрушения или разрыхления поляризационного слоя при помощи возвратно-поступательного движения концентрата, периодической регенерацией мембраны тангенциальным пульсирующим потоком или использованием обратной прокачки.

мембранные аппараты, концептуальный подход, концентрационная поляризация, пульсационное поле

1. Семенов А. Г., Лобасенко Б. А. Интенсификация ультрафильтрационного концентрирования сывороточных белков в установках с керамическими мембранами // Молочная индустрия мира и Российской Федерации: материалы Междунар. науч. практ. конф. Москва, 2013.

2. Тимофеев А.Е., Лобасенко Б.А., Котляров Р.В. Разработка математической модели процесса мембранного концентрирования на основе передаточных функций // Техника и технология пищевых производств. 2013. № 1. С. 1–5.

3. Chakraborty D., Sarkar D., Bhattacharjee C. Modeling and simulation of rotating disk-membrane module in ultrafiltration of bovine serum albumin // Separation science and technology. 2013. Т. 48. № 17. С. 2549–2566.

4. Шушпанников А. С., Лобасенко Б. А., Котляров Р. В. Исследование конструктивных и режимных параметров ультрафильтрационного аппарата при концентрировании обезжиренного молока // Техника и технология пищевых производств. 2013. № 3. С. 85–89.

5. Стефанкин А. Е., Крохалев А. А., Котляров Р. В., Кригер О. В., Dengra, J. P., Иванец В. Н. Подбор параметров гидродинамической вставки мембранной установки для переработки крови сельскохозяйственных животных // Техника и технология пищевых производств. 2014. № 4. С. 106–112.

6. Лобасенко Б. А., Иванец В. Н., Сазонова Е. К., Стефанкин А. Е., Котляров Р. В. Моделирование мембранных установок непрерывного действия укомплектованных аппаратами с отводом диффузионного слоя // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 42. № 3. С. 112–117.

7. Лобасенко Б. А., Семенов А. Г., Захаров Ю. Н. Ультрафильтрация: Теория и практика Новосибирск: Наука, 2015. 204 с.

8. Ключников А. И., Пономарев А. Н., Полянский К. К. Анализ концентрационной поляризации в процессе микрофильтрации пива // Вестник ТГУ. Т. 17. № 2. 2012. С. 1–4.

9. Ключников А. И. Повышение эффективности мембранных процессов с использованием трубчатых керамических мембран // Материалы LII отчетной научной конференции за 2013 год: В 3 ч. Ч. 2. 2013. С. 15.

10. Беккер В. Ф. Моделирование химико-технологических объектов управления: Учебн. Пособие. Москва. РИОР: ИНФРАМ-М, 2014. 142 с.