Hollow-fibre membrane modules

Figure XX. Hollow-fibre module (a) and a single fibre (b)

Hollow-fibre modules, shown in Figure XX, consist of bundles of fine fibres, 0.1–2.0 mm in diameter, sealed in a tube. For reverse-osmosis desalination applications, the feed flow is usually around the outside of the unsupported fibres with permeation radially inward, as the fibres cannot withstand high pressures differences in the opposite direction. This gives very compact units capable of high pressure operation, although the flow channels are less than 0.1 mm wide and are therefore readily fouled and difficult to clean. The flow is usually reversed for biotechnological applications so that the feed passes down the centre of the fibres giving better controlled laminar flow and easier cleaning. This limits the operating pressure to less than 0.2 MN/m² (0,2 MPa/m²) however, that is, to microfiltration and ultrafiltration applications. A single ultrafiltration module typically contains up to 3000 fibres and be 1 m long. Reverse osmosis modules contain larger numbers of finer fibres. This is a very effective means of incorporating a large membrane surface area in a small volume. [Coulson and Richardson] (Пример с ЗФС)

Two types of feed flow: inside-out and outside-in, the module is able to work in both directions.

Фильтрация inside-out обычно применяется в ОО-модулях при высоком рабочем давлении, а outside-in – при УФ.

Аппараты с капиллярными мембранными модулями

Капилляры и полые волокна отличаются друг от друга только величиной диаметра, оба вида мембран являются самонесущими, поэтому конструкции аппаратов для них одинаковы.

Принципиальным обстоятельством при конструировании является малый размер внутреннего канала: гидравлическое сопротивление его всегда высоко, поэтому в аппарате нельзя использовать длинные элементы.

The choice between inside-out and outside-in modules is mainly based on the application where parameters such as 1) pressure, 2) pressure drop, 3) membrane type available (and other) are important.

Преимущества:

· большая плотность фильтрующей поверхности – компактность установки;

· Возможность использовать два типа фильтрования (по направлению потока), т.е. материал мембраны работает в разных направлениях;

· Мембрана может выдерживать высокие давления, т.к. внутренний и внешний диаметры волокон имеют малые величины.

Недостатки:

· Необходима тщательная предварительная обработка растворов перед подачей внутрь волокна, в противном случае может произойти необратимое забивание пор мембраны, а восстановление ее свойств при химической регенерации может пройти весьма неэффективно, что приведет к выходу из строя всего фильтрующего элемента.

· Плотность упаковки мембран в аппаратах 4) и 5) типов достигает 30000 м²/м³ для половолоконных и 3000 м²/м³ для капилляров соответственно. Однако это огромное преимущество практически нивелируется очень низкой удельно производительностью мембран – не выше 1 л/м²*ч. 

Производство мембран. Типы мембранных материалов

Полупроницаемая мембрана – это определенным образом упорядоченная фаза, разделяющая две другие фазы и действующая как активный или пассивный селективный барьер в процессе переноса вещества между этими двумя фазами.