Аппараты для мембранного разделения

Основные требования, предъявляемые к аппаратам для мембранного разделения смесей, сводятся к следующим: большая удельная рабочая поверхность мембран в единице объема аппарата; равномерное распределение разделяемой смеси вдоль поверхности мембраны; создание относительно высоких скоростей ее движения относительно мембраны с целью уменьшения влияния эффекта поляризационной концентрации; герметичность; прочность; простота сборки и монтажа; надежность в эксплуатации.

Применяемые в настоящее время мембранные устройства для разделения смесей в соответствии с их конструктивными особенностями можно отнести к аппаратам: с плоскокамерными мемб­ранными элементами; с трубчатыми мембранными элементами; со спиральными мембранными элементами; с мембранами в виде полых волокон.

Аппараты с плоскокамерными фильтрующими элементами (рис. 16.1) имеют относительно невысокую производительность и включают параллельно установленные разделяющие элементы, состоящие из двух мембран 1, расположенных с противоположных сторон плоской пористой дренажной пластины 2, предназначенной для сбора и стока пермеата. Разделяющие элементы расположены на небольшом расстоянии друг от друга (0,5 ... 5 мм), образуя камеры 3 для протока разделяемой смеси. Пакет разделяющих элементов зажимается между двумя плитами 4, 7 и стягивается штангами 6. Исходный раствор последовательно перетекает через все камеры,

концентрируется и в виде концентрата (ретанта) выводится из аппарата. Пермеат, прошедший через мембраны, поступает в пористые дренажные пластины и через коллектор 5 также выводится из аппарата.

В качестве дренажных элементов используют пластины из металла или пластмассы с каналами для отвода пермеата; пористые металлокерамические и пластмассовые листовые материалы; ткани из натуральных, искусственных, синтетических и металлических волокон; различные виды бумаги, фетра, войлока и т. д. Форма элементов чаще всего квадратная (прямоугольная), но может быть и круглой (эллиптической).

Аппараты этого типа простыв изготовлении, удобны в монтаже и эксплуатации. Однако имеют низкое значение удельной поверхности мембран, приходящейся на единицу объема аппарата (60...300 м23), а также требуют ручной сборки и разборки при замене мембран.

Аппараты с трубчатыми мембранными элементами (рис. 16.2) состоят из мембран и дренажного каркаса. Дренажный каркас со

стоит из трубки 1, выполненной из пористого материала (металлокерамика, пластмасса, металлическая сетка и т.д.), обеспечивающей отвод пермеата, и микропористой подложки 3, исключающей вдавливание мембран 2 в каналы трубок под внешним давлением.

Мембранные элементы в трубчатых аппаратах могут располагаться внутри (рис. 16.2, а) и снаружи (рис. 16.2, б) трубок в кожухе 4, а расположение мембран также может быть комбинированным (рис. 16.2, в).

В промышленности широко применяют мембранные аппараты

с внутренней установкой мембран. К преимуществам этих устройств относятся: малая материалоемкость; низкое гидравлическое сопротивление; равномерное движение потока вдоль поверхности мембраны и отсутствие застойных зон; удобство сборки и разборки; герметичность конструкции.

Однако этот аппарат имеет относительно низкую удельную поверхность мембран на единицу объема (60...200 м23) и требует ручной сборки и разборки конструкции.

Аппараты со спиральными мембранными элементами имеют значительно более высокую удельную поверхность мембран на единицу объема (300... 800 м23). Это обеспечивается использованием спиральных мембранных элементов, устанавливаемых в цилиндрический корпус высокого давления.

Спиральный мембранный элемент (рис. 16.3) состоит из двух мембран 1, расположенных с противоположных сторон дренаж нога слоя 2 и накручиваемых в виде спирали на трубу отвода пермеата 4. Вместе с пакетом мембран накручивается сетка-сепаратор 3, образующая спиральный канал, в который под давлением подается разделяемая смесь. В процессе навивки торцы дренажного слоя с мембранами проклеивают для герметизации. Исходная смесь перемещается по каналу, образованному сеткой-сепаратором 3, вдоль оси навивки и выгружается с противоположного конца в виде концентрата (ретанта). Прошедший через мембраны пермеат движется по спиральному дренажному пористому слою к центральной оси и попадает в фильтроотводящую трубу, по которой и выводится из аппарата.

 

 

К достоинствам аппаратов со спиральными мембранными элементами относятся: высокая производительность; малая материалоемкость; большая плотность упаковки; механизированная сборка мембранных элементов.

Недостатки аппаратов этого типа: сложность монтажа пакетов; необходимость замены всего пакета при повреждении мембраны; высокое гидравлическое сопротивление.

Аппараты с мембранами в виде полых волокон имеют очень высокую плотность укладки мембран, равную 20 000 ... 30 000 м23. Эта величина достигается благодаря использованию мембран из полых волокон диаметром 45 ...200 мкм (толщина стенки 10...50 мкм) для осуществления процессов обратного осмоса и диаметром

200...1000 мкм (толщина стенки 50...200 мкм) для проведения процессов ультрафильтрации. Полые мембранные волокна могут


выдерживать значительные давления (1...10 МПа), поэтому необходимость в дренажных и поддерживающих устройствах отсутствует. При этом исходный раствор при различных конструкциях аппаратов может подаваться как внутрь полых волокон, таки снаружи.

Существует большое число аппаратов с мембранами из полых волокон, отличающихся в первую очередь относительным расположением (плетением) волокон (параллельным, цилиндрическим, U-образным, сферическими и т.д.).

На рис. 16.4 представлен аппарат с мембранами при U-образном расположении волокон. Мембранный элемент в этом устройстве выполнен из U-образного пучка 3 волокон длиной 1,5...2 м и шайбы 2, служащей для склеивания открытых концов полых волокон. Шайба 2 опирается на пористую подложку 1. Шайба с подложкой зажата посредством фланцевого соединения болтами 6 между корпусом 4 и крышкой 5. Аппараты этого типа просты по устройству; технологичны в изготовлении; легки и удобны в сборке и эксплуатации; имеют низкую материалоемкость.

Недостатки таких аппаратов – повышенные требования к предварительной очистке разделяемых смесей от взвеси; замена всего пучка в случае разрыва одного из волокон; довольно сложная система герметизации; уменьшение (до 10 %) рабочей поверхности волокон при вклеивании их в шайбу 2.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность процесса мембранного разделения?

2. Какие процессы относятся к мембранным?

3. Какие типы мембран используются в промышленности?

4. Какие факторы оказывают основное влияние на процесс мембранного разделения?

5. Какие типы аппаратов используются для осуществления процессов

мембранного разделения?









Дата добавления: 2015-08-14; просмотров: 2833; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2022 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.