Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Центральная трубка
Ретентат Обратный осмос
Ретентат
Сырье
Л
V77///A
Глухой
- конец
Пермеат Газоразделение
Рис. VIII-8. Конструкции половолоконных модулей для обратного осмоса (слева) и газоразделения (справа).
номерно распределяется внутри модуля, так что общая поверхность мембран используется более эффективно.
Половолоконные модули используют в случаях, когда сырьевой поток сравнительно чистый, например при газоразделении или первапорации. Еще один пример процесса, где можно использовать по-ловолоконные модули, — это обессоливание морской воды, также сравнительно чистого сырья. Конфигурация модуля, показанного на рис. VIII-8 (слева), используется при обратном осмосе. В газоразделительных модулях также используется конфигурация, при которой сырьевой поток диффундирует из межволоконного пространства внутрь волокна (см. рис. VIII-8), так как при этом удается избежать сильного перепада давления внутри волокна. При первапорации же лучше использовать конфигурацию, при которой сырье подается внутрь волокна и диффундирует в межволоконное пространство. В противном случае внутри волокна имело бы место возрастание давления. Однако при использовании коротких волокон в первапораци-онном модуле возможно противоположное направление транспорта через стенки мембраны. Еще одно преимущество подачи сырья внутрь волокна состоит в том, что очень тонкий селективный рабочий слой мебраны при этом лучше защищен, в то же время подача сырья в межволоконное пространство позволяет реализовать большую площадь поверхности мембраны.
VIII.7. Сравнение конфигураций модулей
Как уже отмечалось, выбор модуля определяется экономическими соображениями. Это не надо понимать так, что самая дешевая конфигурация всегда наилучшая, — важен также тип процесса, где она используется. Последний фактор определяет фактически функциональность модуля. В табл. VIII-3 качественно сопоставлены характеристики всех рассмотренных выше модулей.
Хотя стоимость различных модулей может значительно различаться, каждый из них имеет свою область применения. Несмотря на то что конфигурация трубчатого модуля является наиболее дорогостоящей, этот тип модуля хорошо подходит для применений, где можно ожидать высокую тенденцию к забиванию мембран. Это вызвано хорошим контролем процесса и легкостью очистки мембран. Наоборот, половолоконные модули очень легко забиваются и очень трудно очищаются. В системах с полыми волокнами особенно важна подготовка сырья.
Часто можно сделать выбор между двумя или большим числом конфигураций, которые могут конкурировать (например, между половолоконными и спиральными модулями при обессоливании морской воды, газоразделении и первапорации). Преимущественно трубчатые или плоскорамные модули используются в молочной промышленности. Стоимость весьма сложных операций очистки может существенно увеличить общую стоимость процесса за счет капитальных вложений и эксплуатационных затрат.
Таблица VIII-3. Качественное сравнение различных конфигураций модулей
v гтл ^ Плоско- Спираль- Капил- Половоло-
Характеристика 1 рубчатые
рамные ные лярные конные
Плотность упаковки Низкая ----------------------------------> Очень
высокая
Капитальные затраты Высокие-----------------------------Низкие
Склонность к Низкая -----------------------------Очень
отложениям осадков высокая
Возможность очистки Хорошая-----------------------------Плохая
Эксплуатационные Высокие-----------------------------Низкие
расходы
Возможность замены
мембран Есть/нет Есть Нет Нет Нет
VIII.8. Проектирование системы
Дизайн мембранных фильтрующих систем может быть самый разнообразный в зависимости от технических задач и конфигураций модулей. Центральной частью мембранной установки является модуль, который часто представляет собой собственно разделительный элемент. Несколько модулей или разделительных элементов, соединенных друг с другом параллельно или последовательно, образуют каскад. Задача инженера — собрать модули таким образом, чтобы оптимизировать систему при минимальной стоимости продукта.
Простейшая конструкция — тупиковая, или конструкция фильтрпресса (рис. VIII-9,а). В этом случае все сырье направляется через мембрану, поэтому концентрация отделяемого компонента в сырье непрерывно увеличивается, а качество пермеата непрерывно ухудшается во времени. Такая конструкция все еще довольно часто используется в микрофильтрации.
Для промышленных применений предпочтение следует отдать фильтрации из потока, перпендикулярно направлению транспорта через мембрану (рис. VIII-9,6), так как для такого типа процесса характерна меньшая тенденция к забиванию мембран. При этом сырье течет параллельно поверхности мембраны. На входе в модуль сырье имеет определенный состав, внутри модуля состав меняется в зависимости от координаты; при этом поток делится на пермеат и ретентат.
