Рулонные мембраны, элементы и модули

6. Мембранные разделительные модули

Для осуществления разделительного процесса должны быть организованы потоки исходной смеси, пермеата (фильтрата) и транзита (концентрата). (см. приложение) Конструкции промышленных установок оказалось удобнее компоновать отдельными стандартными модулями из мембранных элементов, которые компактны и взаимозаменяемы. Большие разделительные аппараты и установки состоят, таким образом, из модулей, совокупность которых обеспечивает разделение исходного потока смеси.

Модули имеют разнообразную конструкцию, основными из которых являются: плоскорамные, рулонные и половолоконные.

Организация потоков в плоскорамном модуле и типичная конструкция модуля с плоскими мембранными элементами показана в приложении. В корпусе аппарата на трубчатом коллекторе герметично закреплены мембранные плоские элементы. Во фланцах находятся отверстия для ввода исходной смеси и отвода транзита (концентрата) соответственно. Между элементами параллельно расположены проставки, изготовленные из отрезков проволоки, сваренных в местах пересечения под углом 60⁰, или же из ткани. Концы элементов утоплены в стенку из кремнийорганической смолы, полиуретана, эпоксидной или любой полимеризующейся смолы. Мембранный элемент (см. приложение) имеет пористую опору с полупроницаемой мембраной на противоположных концах. В центре элемента предусмотрено отверстие под коллектор. На мембранный элемент преимущественно круглой формы нанесена на концах по периферии смолистая масса для его герметизации. Это позволяет еще на стадии сборки, до введения элемента в корпус, проверить характеристики каждого элемента и герметичность их соединения со стенкой.

Рабочая поверхность мембранного элемента в сборе составляет 70%, остальная часть загерметизирована в стенке. Вариантом конструкции является мембранный элемент, сохраняющий все конструктивные единицы, но имеющий по периферии элемента два диаметрально противоположных скоса.

Модуль работает следующим образом: разделяемая смесь вводится через отверстие и далее последовательно проходит секции мембранного элемента в направлениях, указанных стрелками. При этом часть смеси проникает через мембрану и отводится из модуля через коллектор (пермеат, фильтрат). Непроникшая часть смеси (транзит, концентрат) выводится из модуля через отверстие. Данную конструкцию модуля с плоскими мембранными элементами можно считать базовой.

Рулонный модуль.

Мембранная упаковка разделительного модуля рулонного типа (приложение) состоит из гибких ленточных элементов. Основной элемент представляет собой непрерывную полосу проницаемой мембраны. Элемент, являющийся опорой для мембраны и служащий для разделения потоков, выполнен в виде гибкой пластмассовой ленты. Продольные каналы предназначены для подвода перерабатываемой смеси, а поперечные – для отвода пермеата (фильтрата). Мембрана вместе с гибкой опорой наматывается на перфорированную трубу.

Мембранная рулонная упаковка помещается в корпус (приложение), в котором может быть размещено несколько таких упаковок.

Модули рулонного типа отличаются простотой изготовления. Их общим недостатком является сложность коллектирования потоков.

Модули из полых волокон представляют наибольший интерес по сравнению с мембранными модулями других видов, так как с их помощью можно создавать разделяющую поверхность 30 тыс. м² в 1м³ половолоконной упаковки для разделения газовых смесей. Применение в качестве мембранных элементов полых волокон обеспечивает наибольшую удельную поверхность мембран в единице объема модуля, что способствует созданию компактных и высокопроизводительных аппаратов.

Конструкция половолоконных разделительных модулей развивается в двух направлениях:

· безопорная укладка волокон в корпусе (рис.);

· укладка волокон на опорную трубу, которая служит также распределителем потоков смеси (рис).