Оборудование для проведения процесса

Оборудование для проведения процесса. Мембраны для ультра- и микрофильтрации.

Производство мембран и оборудования на их основе сосредоточено главным образом в трех регионах США, Западная Европа и Япония, на долю которых приходится около 97 всего производства и 75 закупок, связанных с мембранной техникой. В настоящее время в этих регионах в мембранной промышленности занято около 100 фирм и предприятий, причем только 60 из них производят собственно мембраны и мембранные модули, а остальные осуществляют проектирование оборудования с использованием мембран в качестве элементов промышленных установок 15,16. В России имеется, хотя и недостаточно развитая, отечественная мембранная отрасль промышленности.

Из производителей полимерных мембран в России следует отметить, в первую очередь, ЗАО НТЦ Владипор г. Владимир, листовые и рулонные мембраны, ГП ВНИИПВ г. Мытищи, полые волокна. Конкурентно способное производство мембранного оборудования в России относится, в основном, к процессам водоподготовки, где часто используются зарубежные мембраны и компоненты мембранного оборудования, а также к процессам ультрафильтрации с использованием полимерных мембран в медицинской и пищевой промышленностях, например, фирмы Владисарт г. Владимир.

УСТРОЙСТВО МЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ Аппараты для обратного осмоса и ультрафильтрации бывают периодического и непрерывного действия. Аппараты периодического действия применяют, как правило, только в лабораторной практике. В промышленности работают проточные аппараты непрерывного действия.

Мембранные нитраты имеют большую удельную площадь поверхности разделения, просты в сборке и монтаже, надежны в работе. Перепад давления в аппаратах небольшой. Недостатком аппаратов для обратного осмоса является высокое рабочее давление, что приводит к необходимости использования специальных уплотнений трубопроводов и арматуры, рассчитанных на высокое давление. По способу расположения мембран аппараты делятся на аппараты типа фильтр-пресс с плоскокамерными фильтрующими элементами, аппараты с цилиндрическими и рулонными элементами и аппараты с мембранами в виде полых волокон.

Перечисленные аппараты состоят из отдельных секций или модулей, что позволяет собирать аппараты с различной площадью поверхности разделения. Аппарат типа фильтр-пресс, по конструкции напоминающий фильтр для обычного фильтрования, является наиболее простым мембранным аппаратом. Основа этой конструкции рис. 4. фильтрующий элемент, состоящий из двух мембран, уложенных по обе стороны листов подложки, изготовленных из пористого материала, например полимерного.

Листы подложки имеют отверстия для прохода жидкости. Эти листы Рис. 4. Мембранный фильтр-пресса и подложка б 1 плита 2 стяжной болт 3 подложка 4 мембрана 5 отверстие расположены на расстоянии от 0,5 до 5 мм, образуя межмембранное пространство для разделяемого раствора. Пакет фильтрующих элементов зажимается между двумя плитами и стягивается болтами.

Фильтруемый раствор последовательно проходит через все фильтрующие элементы и концентрируется. Концентрат и фильтрат непрерывно удаляются из аппарата. Аппараты подобного типа применяют в установках для выделения белков из подсырной сыворотки, а также для ультрафильтрации обезжиренного молока и творожной сыворотки. Производительность аппарата по сыворотке составляет 5,0 6,8 мч, по концентрату 0,16 0,3 мч. Аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами собирается из отдельных цилиндрических фильтрующих модулей рис. 5 Рис. 5. Мембранный аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами Цилиндрический фильтрующий элемент рис. 6 представляет собой сменный узел, собранный из полупроницаемой мембраны и дренажного каркаса.

Дренажный каркас состоит из трубы и пористой подложки, исключающей вдавливание мембраны в дренажные каналы трубы. Изготовляют цилиндрические фильтрующие элементы трех типов с расположением мембраны на внутренней поверхности дренажного каркаса, на внешней и с комбинированным расположением мембраны.

Аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами и с мембраной, расположенной на внутренней поверхности дренажного каркаса рис. 6, а, имеет следующие преимущества малую материалоемкость из-за отсутствия напорного корпуса, небольшое гидравлическое сопротивление, возможность механической очистки фильтрующих элементов от осадка без разборки, надежность кинструкции. Недостатки этой конструкции низкая удельная рабочая площадь поверхности фильтрации мембран, высокие требования к сборке элементов.

Рис. 6. Цилиндрические фильтрующие элементы с различным расположением мембран а на внутренней поверхности дренажного каркаса б на внешней в комбинированно 1 труба 2- мембрана 3 подложка Конструкции фильтрующих элементов с наружным расположением мембраны рис. 6, б имеют большую удельную рабочую площадь поверхности фильтрации. Однако они более металломки, а кроме того, механическая очистка фильтрующих элементов практически невозможна. Цилиндрические фильтрующие элементы с комбинированным расположением мембран рис. 6, в имеют примерно в 2 раза большую удельную рабочую площадь поверхности фильтрации, чем описанные.

Однако такие конструкции обладают значительно большими гидравлическими сопротивлениями из-за большой длины каналов для отвода фильтрата. Аппараты с рулонными фильтрующими элементами выполняют в виде трубы, в которую последовательно вставлено несколько рулонных фильтрующих элементов рис. 7, а. Каждый элемент состоит из накрученного на отводящую трубу пакета из двух мембран и подложки.

Для создания межмембранного пространства между мембранами устанавливается сетка-сепаратор. Рис. 7. Рулонный фильтрующий элемент а и аппарат, заряженный такими элементами б 1 труба 2 мембрана 3 подложка 4 сетка-сепаратор Исходный раствор движется по межмембранным каналам в продольном направлении рис. 7, б, а фильтрат по спиральному дренажному слою поступает в трубу и выводится из аппарата. Увеличение рабочей площади мембран в этих аппаратах повышает плотность упаковки, а также снижает стоимость изготовления.

Площадь мембраны возрастает при увеличении длины и ширины навиваемого пакета. Однако ширина пакета ограничена размерами мембран и дренажного слоя. Максимальная ширина пакета достигает 900 мм. Длина пакета ограничивается гидравлическим сопротивлением дренажного слоя потоку фильтрата и обычно не превышает 2 м. 5.