Комп’ютерне моделювання деформації керамічної мембрани в процесі ультрафільтрації харчових середовищ

Abstract

У статті наведено результати імітаційного математичного моделювання фільтрування через керамічні ультрафільтраційні мембрани трубчастого типу. Модель ураховує структурно-механічні параметри та умови оброблення дисперсної мультикомпонентної системи. Цифрова модель РйАБТ-РОИ-М, запропонована авторами, імітує процес деформування порожнистого каркасу мембрани. Отримано графічні залежності та числові значення напружень деформації в часі, розподіл пористості від величини дотичних напружень та еквівалентної деформації частини фільтрувального елемента у вигляді окремого сегмента, так і повного каркасу мембранного елемента. Встановлено, що зміна пористості при цьому має лінійну залежність під дією еквівалентної деформації та логарифмічну під дією дотичних напружень. Показано, що запропонована модель є адекватною при перенесенні результатів від квазіпласких елементарних частин елемента до повної його площі або об’єму

The article presents the results of mathematical simulation through ceramic ultrafiltration membranes tubular type which based on alumina A1203. Implementation of ultrafiltration processing processes carried out by using membrane filter elements. The sediment layer is formed on the surface of the membrane at separating high molecular weight compounds. It reduces capacity of the membrane. Periodic membrane regeneration is compulsory. The theoretical analysis method of membrane filtration process is worked out by the account of porous membranes structural — mechanic parameters. The ultrafiltration process mathematical description is presented with the ceramic filter elements using. The high concentrated colloid mixtures dividing are leads to the sediment on the membrane surface and its productivity reducing. Therefore a filter element and sediment layer are consist the porous double-base material under the operating loading action. Such filter systems mechanical behaviors are considered by the elastic plastic material solid phase regime. Such method allows to define the regularity of sediment layer filtration coefficient changing while it compression and pores blocking time. The mathematical model of membrane elements deformation process is realized as a digital system PLAST-POR-M, that is intended for the computer design of the hollow membrane frame deformation process. Numerical experiments for the research of tube-type ceramic membrane deformation are conducted. The stress, deformations and porosity distributions in membrane element material is defined, and also, their change under the attached operating loading. The adequacy estimation of proposed modeling imagines about the change of filtration coefficient from the membrane stress-strain state is defined. It is shown that the proposed model is adequate when transferring results from quasi-planar elementary parts of the membrane to its full area or volume.