Ультрафильтрация

Инжиниринговая компания ООО «Интех ГмбХ» (LLC «Intech GmbH») с 1997 года осуществляет поставки отдельных узлов конструкций и оборудования, а также комплексно решает инжиниринговые задачи промышленных предприятий различных отраслей и готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию установки ультрафильтрации.

Общее описание

Разделение жидких смесей можно осуществлять несколькими способами мембранного типа. Наиболее продуктивным и имеющим особое значение является метод ультрафильтрации. В настоящее время сфера применения значительно расширилась и охватывает следующие направления:

• опреснение соленых вод;
• очистка сточных вод;
• стерилизация воды;
• повышение концентрации растворов.

Принципиальная схема работы ультрафильтрации основана на создании в системе давления посредством насоса. Уровень давления значительно превышает осмотическое, что позволяет пропускать растворитель сквозь полупроницаемые мембраны и задерживать растворенные высокомолекулярные  вещества.

Система ультрафильтрации работает в условиях естественных температур, не требует дополнительного прогревания и фазовых превращений.

Результатом ультрафильтрации являются:

• раствор с высокой концентрацией растворенных веществ, называемый концентрат или ретант;
• очищенный раствор с практически полным отсутствием растворенных веществ, называемый пермеат или фильтрат.

В случае, когда целью разделения является один из указанных выше продуктов, помимо ультрафильтрации к другим процессам разделения не прибегают. Как показывает практика первичное разделение не всегда достаточно и необходимо получить более концентрированный или тщательнее очищенный раствор. В этом случае используют, так называемые, комплексные схемы, суть которых заключается в одновременной работе ультрафильтрации с иными методами разделения. При комплексном подходе дополнительно применяют способы выпаривания, ионного обмена и другие.

Установка ультрафильтрации. Выбор аппарата. Расчет гидравлического сопротивления

Повышение концентрации высокомолекулярных соединений производят при помощи технологической схемы, основным элементом которой является установка ультрафильтрации. Такой способ мембранного разделения применяют для сохранения структуры высокомолекулярных соединений.

Процесс ультрафильтрации может протекать в следующих режимах:

• предгелевом, когда концентрация гелеобразования выше концентрации высокомолекулярных соединений у поверхности мембраны;
• гелевом, когда значительное повышение концентрации высокомолекулярных соединений вызывает образование геля.

Установка ультрафильтрации (предгелевой) состоит из следующего оборудования:

• насоса низкого давления;
• песчаного фильтра;
• двух насосов высокого давления;
• аппарата ультрафильтрации;
• промежуточной емкости;
• теплообменника;
• выпарного аппарата;
• емкостей для исходного и упаренного раствора.

Технологическая последовательность процессов, происходящих в установке ультрафильтрации в предгелевом режиме, включает следующие этапы:

1. Высокомолекулярные соединения с содержанием неорганической соли из исходной емкости при помощи насоса низкого давления подаются на песчаный фильтр, где происходит очистка от взвесей твердых частиц.
2. Посредством насоса высокого давления раствор поступает в установку ультрафильтрации, где происходит его концентрация до требуемого уровня. Концентрат направляется по месту требования.
3. Полученный пермеат поступает в промежуточную емкость, откуда с помощью насоса высокого давления попадает в теплообменник. Здесь температура высокомолекулярных соединений повышается, и раствор поступает в выпарной аппарат. Образованный здесь пар используется для обогрева теплообменника и нужд производственного процесса.
4. После достижения нужной концентрации - стекает в емкость упаренного раствора.

Выбор установки

Существуют несколько типов установок ультрафильтрации:

• с плоскокамерными фильтрующими элементами, называемыми фильтр-пресс;
• с трубчатыми фильтрующими элементами;
• с мембранами, представляющими собой полые волокна.

При небольшой потребной производительности аппараты типа фильтр-пресс являются наиболее предпочтительными, поскольку обладают возможностями:

• заменять вышедшие из строя мембраны;
• многократно использовать материалы для дренажа и сепарации.

Работая под небольшим давлением, фильтр-пресс не требует присутствия корпуса, устанавливаемого на аппараты, функционирующие под высоким давлением. Это выгодно с экономической точки зрения, поскольку материалоемкость значительно уменьшается, а удельная поверхность мембран увеличивается.

Расчет гидравлического сопротивления

Давление, которое должен развивать насос, определяется аналогично расчету при использовании установки обратного осмоса. Основная отличительная черта производимого расчета: концентрация местных сопротивлений в объеме самого аппарата ультрафильтрации. Здесь происходит постоянное изменение направлений и скорости течения раствора:

• в соединенных отверстиях мембранных элементов, называемых коллекторами;
• в месте перетока раствора из одной секции в другую;
• на выходе из коллектора;
• на выходе из мембранного пространства.

Поэтому значение местных сопротивлений значительно больше и принимается приблизительно 20% от значения сопротивления потоку разделяемого раствора.

Второе отличие расчета – учет перепада давления, связанного с геометрической высотой подъема технологического раствора, что связано с небольшим значением рабочего давления (в отличие от обратного осмоса).