Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Сырье течет аксиально через цилиндрический модуль параллельно центральной трубке, тогда как пермеат течет радиально к центральной трубке. Плотность упаковки в таком модуле (300-1000 м2/м3) больше, чем в плоскорамном модуле, однако сильно зависит от высоты канала, который в свою очередь определяется характеристиками дренажных прокладок по обе стороны мембраны. Обычно несколько спиральных модулей собирают в один сосуд высокого давления (см. рис. VIII-4), где они соединяются последовательно центральным коллектором пермеата.
* Модули этого типа в русской технической литературе также называются рулонными. — Прим. ред.
Сырье
Сырье
Коллектор
пермеата
Корпус
модуля
Пермеат
Мембрана
Рис. VIII-3. Схема спирального модуля.
Дренаж (со стороны сырья) Дренаж
(со стороны пермеата)
Пермеат
5
Сырье _____х
3L
. Пермеат
Ретентат
Рис. VIII-4. Схема последовательной сборки трех спиральных элементов в сосуде высокого давления.
VIII.4. Трубчатые модули
В отличие от капилляров и полых волокон трубчатые мембраны требуют применения тех или иных подложек. Такие мембраны помещают внутрь пористых трубок, изготовленных из нержавеющей стали или керамики, или внутрь пластиковых трубок, диаметр которых обычно более 10 мм. Число трубок, соединенных вместе в модуле, может составлять от 4 до 18 (впрочем, может быть и больше). Схема конструкции такого модуля показана на рис. VIII-5. Сырьевой раствор всегда протекает через центр труб, тогда как пермеат направляется через пористую трубчатую подложку в объем модуля (меж-трубное пространство). В такой конфигурации модуля чаще всего используют керамические мембраны. Плотность упаковки в трубчатых модулях довольно мала и не превышает 300 м2/м3.
VIII.5. Схема капиллярного модуля
Как явствует из названия и показано на рис. VII1-6, в модулях этого типа большое число капилляров собраны в пучки. Свободные концы
Ретентат
Пермеат
Рис. VIII-5. Схема трубчатого модуля.
---
^Корпус модуля
Капилляры
(волокна)
1
Герметизирующим ф материал
Рис. VIII-6. Схема капиллярного модуля.
капилляров уплотняют специальными массами, например, эпоксидными смолами, полиуретанами или силиконовым каучуком.
Капиллярные мембраны достаточно прочны и не требуют применения подложек. Различают два типа конструкции модулей: 1) сырьевой поток проходит через внутренний канал капилляров, а пермеат собирается в межтрубном пространстве (VIII-7,а) и 2) сырьевой поток входит в межтрубное пространство и проникает через стенки капилляров, так что пермеат собирается во внутренних каналах мембран (VIII-7,5). Выбор между этими двумя возможностями в основном определяется конкретной задачей разделения и делается с учетом таких параметров, как давление и перепад давления в процессе, тип мембраны и т. д. В зависимости от типа модуля используют асимметричные капилляры с рабочим слоем на внутренней или внешней поверхности мембраны.
При использовании пористых ультра- или микрофильтрационных капиллярных мембран они имеют градиент по размерам пор в направлении, перпендикулярном оси мембраны. В этом случае расположение наиболее узких пор, т. е. внутри или снаружи капилляра, также определяется конфигурацией модуля. В капиллярных модулях плотность упаковки составляет около 600-1200 м2/м3, т. е. достигается
Сырье
Пермеат
Рис. VIII-7. Схема капиллярного или половолоконного модуля с подачей сырья внутрь капилляров (а) или в «межкапиллярное пространство» (б).
промежуточное значение между тем, что характерно для трубчатых и половолоконных модулей.
VIII.6. Половолоконные модули
Разница между половолоконными и капиллярными модулями заключается просто в размерах, поскольку принципиально модули одинаковы. И снова в половолоконных модулях сырьевой поток может проходить внутри волокон или в межволоконном пространстве (см. рис. VII1-7). При обратном осмосе сырьевые растворы протекают либо радиально, либо параллельно пучку полых волокон, в то время как пермеат протекает через полый канал внутри каждого волокна. Половолоконные модули представляют собой конфигурации с наибольшей плотностью упаковки, которая может достигать 30 ООО м2/м3. В качестве примера на рис. VIII-8 показан вариант модуля, в котором транспорт осуществляется из межволоконного пространства внутрь полых волокон. Перфорированная центральная трубка расположена в середине модуля, через нее входит сырьевой раствор. В этом варианте волокна собраны в петлю и расположены на одной стороне, а именно на стороне пермеата. Один из недостатков такой конфигурации модуля состоит в том, что в нем возможно образование каналов, по которым осуществляется преимущественный поток газа или жидкости. Это означает, что сырье предпочтительно течет через часть модуля, при этом эффективная поверхность мембраны снижается. Благодаря наличию центральной трубки сырьевой поток более рав-
