3.5.2. Плоскорамные аппараты

 

  К оглавлению книги

Плоскорамные аппараты типа фильтр-пресса (рис. 3.30) исторически являются первым образцом оборудования для мембранных процессов [48–56]. Они представляют собой пакет мембранных элементов, разделенных фигурными резиновыми прокладками, которые зажаты между двумя стальными плитами стяжными болтами. Мембранный элемент прямоугольной формы имеет на обеих своих поверхностях сеть специальных дренажных канавок, прорези для укладки мембраны и отверстия для прохождения исходного раствора и концентрата, а также боковые штуцера для сбора и вы вода пермеата. Дренажные каналы покрываются специальным пористым материалом, тканью. Мембрана покрывает мембранный элемент с обеих сторон так, что ее разделительный слой находится снаружи. Между соседними мембранными элементами устанавливаются эластичные прокладки толщиной 1,5–5,0 мм с системой каналов, обеспечивающих турбулизацию потока воды.

Очищаемый раствор подается через штуцер в отверстие плиты и проходит по каналам, образованным совмещенными отверстиями в мембранных элементах и прокладках, равномерно проникая в каждое межэлементное пространство, ширина которого определяется толщиной прокладок. Раствор движется параллельными потоками одновременно вдоль всех мембран. Проходя вдоль мембраны, часть раствора фильтру ется внутрь мембранного пакета и с помощью дренажных каналов собирается и выводится через торец мембранного элемента. От каждого элемента пермеат по внешним трубочкам отводится в прозрачный стакан-сборник. При разрушении единичной мембраны по помутнению пермеата из данной ячейки можно определить место неисправности и провести замену только одной аварийной мембраны. Концентрат собирается в конце мембранных элементов, противоположных подаче, и, пройдя через каналы в модулях и прокладках, перемещается через штуцер на стяжной плите.

Типичный модуль из 53 мембранных элементов имеет рабочую площадь фильтрации около 7,5 м 2 , что обеспечивает производительность при УФ до 1,5 м3 /ч. Его размеры составляют 600х400х500 мм при массе 60 кг .

В межмембранном пространстве шириной 2–3 мм легко обеспечивается заданная высокая скорость движения раствора вдоль мембраны.

В таких аппаратах используются наиболее простые и дешевые мембраны в виде пленки. Они относительно легко заменяются. Большое расстояние между мембранами по сравнению с другими мембранными аппаратами позволяет перерабатывать более загрязненные растворы. Однако плотность размещения мембран в единице объема 60–300 м 2 /м 3 – наименьшая из всех вариантов. Большая металлоемкость, которая резко возрастает с ростом рабочего давления, ограничивает их применение микро- и ультрафильтрацией. К недостаткам такого аппарата также следует отнести неравномерную усадку мембран по высоте, большое количество уплотняемых стыков и возможность протечек разделяемого раствора.

Схема плоско­рамного аппарата типа фильтр-пресса:

Рис. 3.30. Схема плоско­рамного аппарата типа фильтр-пресса:

1 – опорная плита; 2 – штуцер исходного раствора; 3 – мембрана; 4 – дренажная прокладка; 5 – стяжная шпилька; 6 – коллектор фильтрата

Указанные недостатки привели к тому, что такие аппараты применяются только для процессов микро- и ультрафильтрации сильно загрязненных растворов.

Новой конструкцией аппарата с плоскими мембранами, сочетающей преимущества плоскорамных (возможность переработки сильно загрязненных растворов и замены единичной бракованной мембраны) и рулонных элементов (высокая плотность упаковки мембран и легкость их замены) является диско-трубчатый аппарат ДТ разработки фирмы « Rochem » [118] . Он предназначен для микро- и ультрафильтрации и обратного осмоса.

Мембранный элемент ДТ представляет собой восьмигранную подушку из двух плоских полимерных мембран с необходимой пористостью, сваренную ультразвуком по торцам, между которыми расположен дренажный материал (рис. 3.31). Такие элементы набирают в пакет на цен тральной стяжной перфорированной шпильке, служащей для отвода пермеата. Расстояние между элементами определяется вставками.

Диско-трубчатый мембранный аппарат фирмы « Roсhem» Диско-трубчатый мембранный аппарат фирмы « Roсhem» Диско-трубчатый мембранный аппарат фирмы « Roсhem»
а
б
в

Рис. 3.31. Диско-трубчатый мембранный аппарат фирмы « Roсhem»:

а – мембранный элемент; б – сборка элементов; в – принцип работы

Элементы в сборе устанавливаются в корпус, как правило, представляющий собой трубу диаметром 8? со съемными заглушками, через штуцера на которых подаются и выводятся раствор, пермеат и концентрат.

Рабочее давление воспринимается только корпусом. Он же обеспечивает герметичность аппарата. По утверждению фирмы-разработчика, аппарат может эксплуатироваться в системах обратного осмоса при давлениях до 100 атм.

Короткий путь жидкости вдоль каждой мембраны, равный 1/2 диаметра корпуса, позволяет перерабатывать более загрязненные растворы, чем в рулонных аппаратах.

Возможна относительно легкая разборка аппарата и замена дефектных элементов.

Недостатком аппаратов является существенно большая стоимость.

Другой разработкой фирмы « Rochem » являются плоскорамные фильтрационные пакеты FM («подушка»).

Модуль состоит из набора фильтрационных кассет, т.н. «подушек», расположенных между двумя полуцилиндрами из пластика ( рис. 3.32) . Фильтрационные мембраны представляют собой плоские четырехугольные мембраны, сваренные по краям. Внутри мембранной подушки расположены дренажная пластина и дренажная сетка для отвода фильтрата. Через два отверстия в мембране (фильтрационные каналы) происходит отвод фильтрата.

Фильтрационные кассеты используются для систем микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса.

Между фильтрационными мембранами расположены дистанционные прокладки, которые определяют высоту направляющего канала и могут меняться в зависимости от качества исходной воды и целей фильтрования. Высота канала может изменяться от 0,5 до 3 мм . Мембранные подушки при необходимости подлежат замене или контролю.

Мембранные подушки, имеют относительно низкую упаковочную плотность, около 400 м 2 /м 3 . Это объясняется тем, что, кроме водоподготовки, плоские модули FM широко используются для фильтрации сточных вод с большим содержанием взвешенных частиц. Фильтрационные модули с высокой плотностью упаковки мембран – например, рулонные (плотность выше 1000 м 2 /м 3 ) для этих целей не подходят. Поэтому при конструировании модуля было найдено оптимальное решение, а именно – уменьшение плотности упаковки мембранного пакета за счет увеличения высоты канала для исходной воды.

В табл. 3.10 приведены основные технические характеристики мембранного фильтрационного модуля FM.

Похожие по своей идее аппараты разработаны на основе металлокерамических мембран Трумем . Они предназначены для очистки жидких отходов (в том чисел радиоактивных) ультрафильтрацией и содержат мембранные кассеты, близкие по конструкции к FM [110, 119] .

Плоскорамные конструкции, основу которых составляют рамные фильтр-прессы, не столь часто встречаются на водоподготовительных установках, но широко применяются в тех случаях, когда приходится обрабатывать суспензии с высоким содержанием твердой фазы.

Мембранные пакеты и модуль типа FM Мембранные пакеты и модуль типа FM
Рис.   3.32. Мембранные пакеты и модуль типа FM  

 

 

Аппарат с металлокерамическими мембранами Трумем

Рис.   3.33. Аппарат с металлокерамическими мембранами Трумем

3.10. Основные технические характеристики фильтрационного модуля FM

Параметры

Единицы

Значения

Количество мембран в одной кассете

штук

21 или 22

Количество кассет в одном модуле

штук

8 или 10

Количество труб давления (кожух)

штук

1

Мембранная поверхность одной мембраны

м 2

0,0324

Общая мембранная поверхность модуля

м 2

10,88

Эффективная высота направляющего канала

мм

2,88

Поперечный разрез плоского канала мембраны

мм 2

250

Поперечный разрез канала 1-ой кассеты

мм 2

5 590

Материал

Корпус

Полиэтилен ВД или нерж. сталь

Мембраны

Полиакрилнитрил, PVDF, PS и др.

Кассеты (полушали)

Акрилбутилстирол, модифицирован

Граница разделения

10, 20, 30, 50, 100, 150, 200 кД и другие

Мембранные пакеты

Рис.   3.34. Мембранные пакеты

Для обеспечения максимального концентрирования необходимо снизить степень концентрационной поляризации, влияние которой возрастает с ростом концентрации раствора. Одним из способов является применение перемешивания раствора в аппарате специальными вращающимися перфорированными дисками. Такие аппараты используются для микро- и ультрафильтрации и позволяют извлекать наиболее концентрированные загрязнения.

Схема мембранного аппарата с турбулизующими дисками

Схема мембранного аппарата с турбулизующими дисками

Рис. 3.35 . Схема мембранного аппарата с турбулизующими дисками:

1 – вывод концентрата; 2 – мембрана; 3 – вращающийся турбулизатор; 4 – ввод раствора; 5 – вывод пермеата

Rambler's Top100 Rambler's Top100