Задание 1.Изучить материал

Тема: МЕМБРАННЫЕ АППАРАТЫ

Мембранный аппарат — это устройство, состоящее из корпуса, мембраны, дренажного узла, крепежных деталей, конструктивных элементов для ввода исходного раствора и выхода концентрата и фильтрата, их перемешивания и др. Мембранные установки быва­ют периодического и непрерывного действия. Технологические возможности мембранного оборудования в значительной мере за­висят от типа применяемых мембран.

Для баромембранного разделения (рис. 1) используют четыре типа аппаратов: плоскорамные, трубчатые, рулонные и аппараты на основе полых волокон.

Пористая полупроницаемая мембрана — основной рабочий орган мембранного аппарата. В настоящее время выпускается большое количество мембран, различающихся диаметром пор, ви­дом материала, из которого она изготовлена (полимерные, кера­мические и металлокерамические), прочностью, допустимыми значениями рабочей температуры и pH разделяемого продукта. Наиболее современными являются керамические и металлокера­мические мембраны, обладающие высокой прочностью. Верхний предел рабочей температуры до 140 °С, диапазон pH 1...14. Ограничения по концентрации ионов железа, марганца в моечных ра­створах отсутствуют.

Параметры мембраны, определяющие возможность ее приме­нения на практике: селективность и проницаемость. Селектив­ность (%) характеризует разделяющую способность мембраны. Проницаемость мембраны, м³/с, характеризует ее производи­тельность по пермеату или концентрату.

Плоскорамные аппараты просты по конструкции, их применяют в процессах микро- и ультрафильтрации и обратного осмоса. К недостаткам относятся: невысокая удельная площадь поверхно­сти мембран (60...300 м² на 1 м³ аппарата); сложность герметиза­ции отдельных узлов, высокая материалоемкость; ручная сборка аппаратов и замена мембран.

Аппараты с трубчатыми мембранными элементами применяют для микро- и ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного ос­моса. Преимущества таких аппаратов по сравнению с рамными: низкое гидравлическое сопротивление пермеата в связи с неболь­шой длиной дренажного канала; возможность использования для разделения растворов, содержащих взвешенные частицы; невысо­кие требования к предварительной очистке исходного раствора; хорошие гидродинамические условия работы мембраны; отсут­ствие застойных зон; удобство установки трубчатых элементов; надежная герметизация.

К недостаткам аппаратов трубчатого типа относятся: неболь­шая плотность укладки мембран, высокие требования к точности изготовления внутреннего диаметра корпуса и больший расход энергии по сравнению с плоскорамными.

Рулонные аппараты применяют для ультрафильтрации и обрат­ного осмоса. Для них характерны высокая удельная поверхность мембран (300...800 м² на 1 м³ объема аппарата), малая металлоем­кость, низкие потери давления, невысокая стойкость напорного корпуса.

Недостатки аппаратов заключаются в необходимости предва­рительной очистки исходного раствора, замене всего пакета полимерных мембран при повреждении хотя бы одной из них, а также в высоком гидравлическом сопротивлении.

Аппараты на основе полых волокон применяют для ультрафильтрации и обратного осмоса. К их достоинствам относятся: высокая удельная площадь поверхности мембран (20...30 тыс. м² на 1 м³ аппарата), они легко собираются, удобны в эксплуатации, энергети­чески выгодны по сравнению с другими видами аппаратов. На­пример, для обеспечения стабильной работы (при ультрафильтрации) плоскорамного аппарата Re = 180...200, а для аппаратов на основе полых волокон Re = 20...30. Однако при эксплуатации этих аппаратов необходимо соблюдать очень строгие требования к предварительной очистке разделяемых растворов. Кроме того, при выходе из строя хотя бы одного полого волокна приходится заме­нить весь пучок волокон или сам аппарат.

Промышленные мембранные аппараты представляют собой наборы (пакеты, блоки, комплексы) мембранных элементов: ячеек, секций, модулей. Мембранный аппарат представляет собой часть мембранной установки. Кроме мембранных аппаратов в состав установки входят насосы, дозирующие устройства, емкости для исходного раствора, фильтрата, концентрата и моющих растворов, соединительные трубопроводы и контрольно-измеритель­ные приборы.

Задание 2. По изученному материалу ответить на вопросы:

1.В чем состоит принцип действия мембранного разделения?

2.Что является главным рабочим органом мембранных аппаратов?

3.Назовите рабочие режимы процесса микрофильтрации, ультрафильтрации?

4.Назовите рабочие режимы и назначение процесса нанофильтрации.

5.Какова роль мембранных методов в рациональных способах переработки молочного сырья?

Рис. 1. Баромембранные аппараты:

а - плоскорамный: 1 — фланец; 2— мембрана; 3—дренажная пластина;

4— уплотнительная пластина; 5 — разделительная пластина;

б —трубчатый: 1 — герметизирующий материал; 2 — корпус; 3 — мембрана; в —рулонный: 1 — трубка для отвода фильтрата; 2— мембрана;

3—каналообразующий элемент (турбулизатор); 4-подложка-дренаж;

5 — клеевое соединение;

г — с полыми волокнами: 1-подложка-дренаж; 2 —шайба; 3—корпус;

4 — полое волокно (мем­брана); 5 — крышка