7.1. Апарати з плоскими мембранними елементами
Основою цих апаратів є мембранний елемент, що складається з плоских (листових) мембран, укладених по обидві сторони плоского пористого матеріалу – дренажу, або приготованих безпосередньо на його поверхні. Відстань між сусідніми мембранними елементами (міжмембранний простір – канал, по якому протікає початковий розчин) невелика, в межах 0,5 – 5 мм. Розчин, що розділяється, послідовно проходить між всіма мембранними елементами, концентрується і віддаляється з апарату. Частина цього розчину, що пройшла через мембрану в дренаж, утворює пермеат (фільтрат).
Апарати з плоскими мембранними елементами випускають в різних модифікаціях: корпусними і безкорпусними, з центральним і периферійним виведенням пермеату, із загальним відведенням пермеату або з відведенням його окремо з кожного елементу. Формою мембранні елементи виготовляють круглими (еліптичними) і прямокутними або квадратними. Форма елементів істотно впливає на організацію потоку розчину, що розділяється, на поверхню мембран і на характеристики процесу розділення.
Рисунок 5. Апарат з плоскими мембранними елементами еліптичної форми фірми ДДС:
1 — мембранний елемент; 2 — фланець; 3 — штанга напрямної; 4 — опорна пластина; 5 — мембрана; 6 — проточне кільце; 7 — замкове кільце; 8 — заглушка; 9 — шланг; 10 — колектор пермеату.
(Схему апаратів з плоскими мембранними елементами еліптичної форми і розподіл потоків в них розглянути в альбомі конструкцій!)
Мембранні апарати з елементами еліптичної або круглої форми мають ряд істотних недоліків:
нераціональний розкрій листових матеріалів (мембран, опорних пластин і так далі);
складність герметизації перетічних отворів як при склеюванні, так і при використанні спеціальних ущільнюючих елементів або розділових пластин з фігурними проточками або отворами;
нерівномірність руху розчину, що розділяється, в поперечному перетині міжмембранного каналу і можливість утворення застійних зон.
Ці недоліки усунені в апаратах з плоскими мембранними елементами прямокутної форми.
Рисунок 6. Апарат з безперервною стрічковою мембраною:
1 — фланці; 2 — стягуючий болт; 3 — пластина ущільнювача; 4 — мембрана; 5— дренажна пластина; 6 — розділова пластина.
(Розглянути апарат з плоскими мембранними елементами прямокутної форми!)
Недоліки плоскокамерних апаратів - невисока питома (на 1 м³ об'єму апарату) поверхня мембран – 60-300 м², а також те, що збірка апаратів і заміна мембран здійснюються вручну.
Основні рекомендації по створенню апаратів даного типу: доцільною формою мембранного елементу є прямокутна (у плані); принцип збірки апаратів повинен бути секційним, що забезпечує оптимальний гідродинамічний режим; переважною є безкорпусна модель апарату.
7.2. Апарати з трубчатими мембранними елементами (лекція12)
Конструкція апаратів цього типу визначається конструкцією мембранних елементів, що його комплектують.
(Розглянути апарат з трубчатими мембранними елементами!)
З апаратів із трубчатими мембранними елементами найбільше застосування отримали апарати з мембраною усередині трубки.
Вони мають наступні переваги:
мала матеріаломісткість через відсутність корпусу;
низький гідравлічний опір потоку пермеату у зв'язку з невеликою довжиною дренажного каналу;
хороші гідродинамічні умови роботи мембрани, тобто рівномірний рух потоку розчину з високою швидкістю над її поверхнею і відсутністю застійних зон;
можливість механічного очищення мембранних елементів від осаду без розбирання апарату;
зручність установки трубчатих мембранних елементів в апарати;
надійність герметизації апарату.
Недоліки апаратів цього типу:
мала питома поверхня мембран в апараті (60 – 200 м²/м³);
необхідність підвищеної точності виготовлення і механічної обробки внутрішньої поверхні дренажного каркаса;
неможливість візуального контролю процесу формування мембран.
Рисунок 7. Апарат для фільтрації з трубчастими мембранними елементами:
1-корпус; 2- центральна розподільна труба з рядами отворів; 3; 4- набір трубчастих мембранних елементів; 5,10 - трубні грати; 6- кришки; 7- днища; 8- патрубків для подачі або відведення оброблюваного середовища; 9- порожнини; 11-гратчасте ущільнення; 12- притискні грати; 13,14- бортів; 15- наполегливі кільце; 16-фланец для кріплення кришки 6; 17- різьблення на одному або обох кінцях центральної розподільної труби 2.
При розташуванні мембрани зовні трубки можна отримати трубчаті мембранні елементи малих діаметрів, що дозволяє значно збільшити питому поверхню мембран в апараті. Крім того, не вимагається високої точності обробки дренажного каркаса апарату і можливий контроль процесу формування мембрани. Проте ці апарати в порівнянні з апаратами, в яких мембрану розташовують усередині трубки, відрізняються великою матеріаломісткістю (необхідний корпус, що витримує робочий тиск), поганими гідродинамічними умовами; їх складніше очищати від осаду, а при заміні трубчатих мембранних елементів легко пошкодити селективний шар мембран.
У апаратах з комбінованим розташуванням мембран в трубчатих мембранних елементах мембрани розміщуються на дренажному каркасі як усередині труб, так і зовні них. Апарати цього типу мають найбільшу питому поверхню мембран. Проте крім недоліків, характерних для апаратів з трубчатими мембранними елементами, в яких мембрани розташовані усередині або зовні труб, апарати цього типу мають значний гідравлічний опір через велику протяжність шляху пермеату усередині трубки. Трубчаті мембранні елементи розрізняються також за конструкцією дренажного каркаса і способом кріплення на ньому мембрани.
Апарати з трубчатими мембранними елементами знайшли широке застосування для розділення ультра- і мікрофільтрацією розчинів, в яких можливе утворення осаду, а також для опріснення зворотним осмосом води з високою концентрацією солей.