5.2. Мембранные установки

Мембранные установки – это комплекс устройств, обеспечивающих оптимальное проведение процесса мембранного разделения. Комплекс этот всегда индивидуален, поскольку для каждого объекта формулируются свои задачи. Переменными исходными данными являются:

1. задача процесса – очистка и обессоливание, концентрирование, разделение смеси, фракционирование смеси, выделение целевого или побочного компонента и т.п.;

2. производительность процесса и режим обработки – периодический, непрерывный, с изменяемым расходом;

3. состав исходной смеси – наличие и концентрация мешающих компонентов, концентрация целевых компонентов;

4. требования к продуктам (концентрату и пермеату) – наличие и концентрация компонентов;

5. температура исходной смеси.

В зависимости от этих обстоятельств в состав мембранных установок включаются дополнительные устройства.

Рассмотрим варианты комплектации установок.

1. Генератор движущей силы

Для создания движущей силы и обеспечения движения потоков вдоль мембраны используются насосы для жидкостей, компрессоры и газодувки для газов, а также вакуум-насосы.

Насосы могут быть любого типа, необходимо только, чтобы они создавали требуемый напор и имели равномерность подачи. Поэтому при выборе плунжерных насосов используют либо их батарею, либо демпфер-сглаживатель гидравлических пульсаций (рис. 5.17).

При выборе центробежных и вихревых насосов возникают проблемы с регулированием подачи – объемного расхода нагнетаемой жидкости. Решают эту проблему установкой байпасов – возвратных трубопроводов с кранами (рис. 5.17).

а б

Рис. 5.17. Обвязка питающих насосов: а – центробежного; б – плунжерного

2. Предварительная обработка исходной смеси

Устройства для предварительной обработки необходимы для предотвращения блокирования мембран нерастворимыми или осадкообразующими компонентами. Как правило, необходимо учитывать следующие возможные проблемы:

- осаждение солей жесткости и солей кремниевой кислоты;

- отложение гидроксидов металлов, прежде всего железа;

- отложение пленки микроорганизмов и микроводорослей;

- выведение окислителей, прежде всего хлора;

- блокирование мембраны механическими частицами, прежде всего оксидами

кремния.

В зависимости от конкретных обстоятельств в состав мембранных установок включают блок предварительной обработки различной комплектации: механические фильтры (зернистого слоя или патронные, иногда мембранные); адсорбционные колонны (активированный уголь, цеолиты, сульфоуголь); дозаторы и смесители вспомогательных реагентов (кислота или щелочь, ингибиторы осадкообразования, коагулянты и флокулянты).

3. Регенерация мембран и мойка оборудования

Для каждого конкретного случая выбирается метод регенерации мембран и режим мойки оборудования, что определяет комплектацию установки. Рассмотрим различные варианты этих решений.

Регенерация мембран предназначена для периодического освобождения их поверхности от осадков и отложений и восстановления первоначальной производительности установки. Обычно это производят по достижении некоторого критического минимума производительности, после чего регенерация начинается автоматически. Среди применявшихся в промышленных условиях известны следующие:

- регенерация обратным током пермеата.Способ весьма эффективен, но возможен только в тех случаях, когда обеспечены условия сохранения целостности мембраны. Импульс обратного тока создается на очень короткое время – до 10 секунд, т.е. по сути представляет собой гидравлический удар. Создают его сжатым воздухом, давление которого должно быть на 2-5 ат выше рабочего, т.е. мембранная установка продолжает работать. В состав установки необходимо включить компрессор, ресивер и гидроаккумулятор (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Схема узла регенерации мембран обратным током пермеата:

1 – мембранный аппарат; 2 – гидроаккумулятор; 3 – ресивер;

4 – компрессор; 5 – клапаны

Компрессор 4 постоянно поддерживает в ресивере 3 необходимое давление сжатого газа. При одновременном срабатывании клапанов 5 открывается линия сжатого газа, и закрывается линия пермеата. Импульс избыточного давления и часть пермеата из гидроаккумулятора 2 направляется из под мембраны в проточную камеру мембранного аппарата 1. Отслоившиеся загрязнения уносятся потоком концентрата;

- регенерация реверсивным током концентрата.Схему осуществления этого способа рассматривали ранее (рис. 3.15). В комплектацию установки включается циркуляционный контур со специальным двухсторонним поршневым насосом;

- регенерация наложением различного рода вибраций. В состав установки включаются генераторы и излучатели колебаний;

- регенерацияподачей в проточные камеры пузырей воздуха или углекислого газа. Исходный поток насыщается растворенным газом под давлением выше рабочего, а перед мембранным аппаратом давление понижается до рабочего, и растворенный газ выделяется пузырями. Установка оснащается компрессором, сатуратором и дросселирующим устройством. В качестве сатуратора может быть использован мембранный аппарат с микрофильтрационными керамическими мембранами.

Чаще всего на практике используют химические методы регенерации мембран, которые и являются мойкой. Эффективность этих методов обусловлена правильностью выбора реагентов, переводящих отложения на мембранах в растворимую форму, но не взаимодействующих с материалом мембран. Выбор реагентов является важной частью разработки общей технологии мембранного разделения на новых объектах.

Обычно процедура мойки многоступенчата и занимает довольно продолжительное время. Для ее осуществления в состав установки включают моечную станцию, в которой имеется оборудование для приготовления растворов (емкости с мешалками), их фильтрования и дозирования.