2020-05-21
305
Урок 31. Устройство, принцип действия, правила безопасного обслуживания мембранных фильтрационных аппаратов и установок
Цель: изучить устройство, принцип действия мембранных фильтрационных аппаратов
Ультрафильтрационная установка А1-ОУС (рис.1) предназначена для выделения белков из подсырной сыворотки с целью получения белкового концентрата, а также лактозного раствора для пищевых целей.
Рис.1. Ультрафильтрационная установка А1-ОУС
В состав установки входят: резервуары исходного продукта 7 и 2, трубопроводы 3, 11, 13, 17; отвод 4; манометр 5; расширители 6 и 75; секции модулей 10, 12 и 14; фильтр 7, соединитель 8; ротаметр 9; клапан 16; теплообменник 18; резервуар фильтрата 79, предохранительный клапан 20; установка пластинчатая нагревательная 27; насос 22 и щит контроля и управления.
Ультрафильтрационная установка состоит из шести ультрафильтрационных секций, соединенных последовательно. Каждая ультрафильтрационная секция состоит из параллельно соединенных модулей 10, 12 и 14.
Конструкция модуля (рис.2) представляет собой плоскорамный фильтр-пресс с плоскими фильтрующими элементами.
Рис.2. Модуль ультрафильтрационной установки
Модуль состоит из нижней 1 и верхней 4 несущих плит, между которыми расположен пакет 8 фильтрующих элементов, содержащий опорную пластину, дренажный материал и полупроницаемую мембрану 77. Плиты стягиваются с помощью шпилек 2 и 10, гаек 3 и 6 и шайб 5. Фильтрующие элементы в пакете разделяются между собой эластичными прокладками 9.
Опорные пластины имеют отверстия в виде щели, длина которой равна ширине полупроницаемой мембраны 77. Мембрана выполнена в виде полосы, продетой через щель, а эластичная прокладка 9 — в виде рамки, перекрывающей полупроницаемую мембрану по всем ее кромкам.
Модуль комплектуется мембранами типа УАМ-450 С и лавсановой фильтровальной тканью. На верхней плите 4 имеется рым-болт 7 для удобства монтажа и обслуживания.
Каждая секция содержит циркуляционный насос и теплообменник. Насос обеспечивает многократную циркуляцию продукта по контуру секции. Производительность насоса подобрана из условий обеспечения скорости жидкости над мембраной не менее 1,5...2,0 м/с. Теплообменник 18 предназначен для охлаждения циркулирующего продукта.
Подающий насос подает подсырную сыворотку в установку. Пластинчатая установка 21 предназначена для нагрева подсырной сыворотки перед подачей в первую секцию ультрафильтрационной установки.
Резервуары 1 и 2 служат для накапливания сыворотки перед ультрафильтрацией.
Фильтр 7 предназначен для фильтрации подсырной сыворотки перед ее поступлением в первую секцию ультрафильтрационной установки.
Контрольно-измерительные и регулирующие приборы, а также элементы управления технологическим процессом сосредоточены на щите контроля и управления.
Установка снабжена прессом, который используется при сборке модулей и предназначен для сжатия пластин модуля в пакет, обеспечивая тем самым его герметичность.
В ультрафильтрационной установке предусмотрено выполнение следующих операций: получение белкового концентрата с выделением фильтрата; нагрев подаваемой сыворотки; охлаждение промежуточного продукта в процессе его рециркуляции; периодическая мойка оборудования.
Работа установки осуществляется следующим образом. При прохождении подсырной сыворотки через модули шести секций ультрафильтрационной установки происходит наращивание ее концентрации за счет отбора фильтрата, проходящего через полупроницаемые мембраны.
Фильтрат со всех шести секций установки отводится в промежуточный резервуар фильтрата, откуда он поступает в приемные емкости предприятия заказчика для дальнейшего использования.
Выход установки на режим осуществляется при закрытом регулирующем клапане. При достижении заданного значения содержания сухих веществ в шестой секции клапан открывается и производится выход концентрата. В процессе работы установки содержание сухих веществ в концентрате поддерживается автоматически регулирующим клапаном.
Подпитка системы в связи с непрерывным отбором фильтрата и выпуском готового концентрата при достижении заданного содержания сухих веществ обеспечивается непрерывной подачей выворотки из резервуаров насосом 22. Подпитка системы обеспечивает заданную производительность по фильтрату и концентрату.
Техническая характеристика ультрафильтрационной установки А1-ОУС
Производительность, л/ч....................5000
Общая рабочая поверхность мембран, м2.....152
Давление сжатого воздуха, МПа.......0,6
Установленная мощность, кВт........77,8
Температура воды, К...........353
Расход горячей воды, м3/ч.........17
Температура ледяной воды, К................273,5...274,5
Расход холода, кВт............45,5
Температура горячей умягченной воды, К....313...318
Расход горячей воды, м3/ч.........3
Температура холодной умягченной воды, К.... 291... 293
Расход холодной воды, м3/ч.........25
Габаритные размеры, мм....................16 500x3005x1828
Площадь установки, м2..........80
Масса, кг...............16 000
Установка УОВКМ-2,5 очистки воды методом обратного осмоса на композитных мембранах собирается из отдельных цилиндрических фильтрующих модулей (рис.3).
Рис.3. Мембранный аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами
Цилиндрический фильтрующий элемент (рис. а—в) представляет собой сменный узел, собранный из полупроницаемой мембраны 2 и дренажного каркаса. Дренажный каркас состоит из трубы 1 и пористой «подложки» 3, исключающей вдавливание мембраны в дренажные каналы трубы. Изготовляют цилиндрические фильтрующие элементы трех типов: с расположением мембраны на внутренней поверхности дренажного каркаса, на внешней и с комбинированным расположением мембраны.
Рис.4. Цилиндрические фильтрующие элементы с различным расположением мембран: а — на внутренней поверхности дренажного каркаса; б — на внешней; в — комбинированно
Аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами имеет следующие преимущества (рис.4.а): малую материалоемкость из-за отсутствия напорного корпуса, небольшое гидравлическое сопротивление, возможность механической очистки фильтрующих элементов от осадка без разборки, надежность конструкции.
Недостатки этой конструкции — низкая удельная рабочая площадь поверхности фильтрации мембран, высокие требования к сборке элементов.
Конструкции фильтрующих элементов с наружным расположением мембраны (рис.4.б) имеют большую удельную рабочую площадь поверхности фильтрации. Однако они более металлоемки, а кроме того, механическая очистка фильтрующих элементов практически невозможна.
Цилиндрические фильтрующие элементы с комбинированным расположением мембран (рис. в) имеют примерно в два раза большую удельную рабочую площадь поверхности фильтрации, чем описанные. Однако такие конструкции обладают значительно большими гидравлическими сопротивлениями из-за большой длины каналов для отвода фильтрата.
Ультрафильтрационные установки с цилиндрическими фильтрующими элементами широко применяют для осветления фруктовых соков. От сока отделяются все вещества, вызывающие помутнение сока, как, например, протеин, крахмал, пектин, дубильные вещества большой молекулярной массы, частицы целлюлозы и другие вещества. В осветленном соке содержатся все вещества в натуральном составе.
Техническая характеристика установки УОВКМ-2,5
Производительность по фильтрату, м3/ч............2,5
Выход концентрата, м3/ч..........2,0
Селективность, %............87
Потребляемая мощность, кВт........25
Масса, кг............... 1300
Конструктивные особенности промышленных мембранных установок MES, для применения в пищевой промышленности
В установки закладывается несколько основных принципов:
· Принцип циркуляции в “короткой петле” – не используются балансные емкости (из-за трудности их мойки и перерасхода моющих средств и времени), соединения распределительных клапанов и их соединение с насосом, выполнено максимально коротким, тупиковые зоны не превосходят ½ диаметра трубопровода. Короткий контур, обеспечивает быструю и стабильную мойку мембран и трубопроводов.
· Интегрированная в каждую систему CIP мойка мембранной установки.
· Мойка мембран “жидким абразивом” – для интенсификации мойки и снижения расхода моющих средств, применяется пузырьковая (воздушно-водяная) очистка мембраны, воздух в систему вводиться до насоса высокого давления и полностью растворяется в воде при повышенном давлении. Выделение воздуха из воды в виде пузырька, происходит в зонах снижения давления, при этом размер пузырьков очень мал, а удельная поверхность высока. При соприкосновении пузырька с частицей загрязнения, частица прилипает к пузырьку, и уноситься потоком (по аналогии с напорной флотацией). Такой подход позволяет снизить расход моющих средств (каустика и кислоты) на 30-40%, что заметно отражается на себестоимости продукции и весьма благоприятно для экологии окружающей среды.
· Во всех установках используется принцип рекуперации энергии (отказ от балансных емкостей), энергия потока уже прошедшего вдоль мембраны, не теряется, а поток сразу (без разрыва струи) попадает на вход насоса. Это позволяет совокупно с частотными регуляторами и датчиками давления, экономно расходовать электроэнергию, тратя ее только на обеспечение давления и поддержание заданной скорости потока.
· Фильтрация в потоке – позволяет работать со средами с разной вязкостью, не боясь отложений препятствующих фильтрации.
· Регулирование степени концентрирования и диафильтрации – регулирование может проводиться как в ручном, так и полностью автоматическом режиме.
· Минимальный набор регулирующей и запорной арматуры – обеспечивает надежность и стабильность регулировок системы, обеспечивает гигиеническую простоту мойки.
· Использование рулонных мембранных элементов, промышленного стандарта – легкость подбора и замены элементов в установке, на аналоги.
Где возможно применять данные установки?
Применение мембранных фильтрационных установок будет оптимальным решением для нормализации по белку, производства концентрата сывороточного белка или концентрата молочного белка, в производстве сгущенных и сухих молочных продуктов. Метод мембранной фильтрации, отличают низкие эксплуатационные расходы и простота обслуживания.
| Объект | Технология | Метод |
| Сыворотка | Концентрирование | RO (ОО) |
| Деминерализация | NF (НФ) | |
| Выработка КСБ (WPC) | UF (УФ) | |
| Молоко | Концентрирование | RO |
| Деминерализация | NF | |
| Нормализация по белку | UF | |
| Нормализация по казеину | MF (МФ) | |
| Выработка КМБ (MPC) | UF | |
| Сыр | Подготовка сырного молока | UF, MF |
| Сливочные и мягкие сыры | UF | |
| Сыр Фета и другие белые сыры | UF | |
| Сырный рассол | Кларификация, очистка от бактерий | UF, MF |
| Вода | Очистка и вторичное использование воды | RO |
| Очистка и вторичное использование моющих CIP растворов | UF |
Установки MES Milk предназначены, для непрерывной концентрации или диафильтрации сыворотки или молока перед последующей переработкой.
Более подробно ознакомиться с принципами мембранной фильтрации и используемыми технологиями вы можете, посмотрев эту небольшую лекцию:
https://www.youtube.com/watch?time_continue=74&v=na_Fl_BXlHI&feature=emb_logo
или
https://mil-co.ru/ustanovki/
Принцип работы:
Мембранная фильтрация представляет собой процесс разделения на молекулярном и ионном уровне. Установки MES Milk работают по принципу фильтрации в потоке с применением полимерных спиральных мембран. Мембрана разделяет входящий поток на два: ретентат (концентрат) и пермиат (фильтрат).
При диафильтрации в процесс дополнительно вводится вода, при этом понижается относительная концентрация растворённых солей и лактозы (при ультрафильтрации) и повышается относительная концентрация белка в конечном концентрате.
Описание циклов работы установки MES Milk:
Перед включением установки в работу, проводиться заполнение системы чистой водой, с добавлением перекиси водорода (0,5%).
Включается насос циркуляции, набирая рабочее давление системы (регулируется частотным регулятором), из системы вытесняется воздух и происходит ее быстрая стерилизация. Через 10 минут, система готова к приёму продукта.
Предварительная концентрация и вытеснение воды. Когда оборудование подачи и приема продукта готово, установка MES Milk заполняется исходным продуктом, через клапан, установленный на всасывающем патрубке циркуляционного насоса. Продукт вытесняет воду из системы, и начинается предварительная концентрация. На этом этапе только пермиат покидает установку, в то время как выход ретентата закрыт. Содержание сухих веществ в ретентате увеличивается по мере его циркуляции в установке до достижения заданной концентрации, только затем уже, запускается непрерывный процесс производства.
Процесс производства
Открывается регулирующий клапан ретентата, и запускается непрерывное производство. Поток ретентата задается фактором концентрирования (ФК). ФК – объемное отношение между потоком продукта, поступающего в систему, и выходящим потоком ретентата. Определяется этот фактор, исходя из технического задания на концентрирование. Условно говоря, из соотношения сухих веществ (СВ) или белка в начальном сырье, и какого конечного содержания его, мы хотим получить в концентрате.
Рециркуляция продукта
В случае приостановки производства установка MES Milk может переключиться в режим рециркуляции продукта. Ретентат и пермиат будут отправлены обратно в систему, где будут снова смешаны и перенаправлены на мембранные фильтры. Во время рециркуляции продукта поддерживается такой же фактор концентрирования, как и во время производства.
Слив установки
Когда наступает время остановки производства, продукт будет вытеснятся из линии подачи водой, пока вода не достигнет выхода из установки ретентата MES Milk. Установка MES Milk использует подготовленную воду, отдельно подающуюся на установку для вытеснения оставшегося в установке продукта. Путем постепенного увеличения ФК во время фазы опорожнения концентрация ретентата поддерживается на необходимом уровне в течение определенного времени. В итоге концентрация начнет понижаться, и оставшийся продукт быстро вымывается либо в емкость для хранения ретентата, либо в бак регенерации, или же отправляется на слив.
Ополаскивание
По завершении производства и после каждой процедуры CIP мойки, необходимо ополаскивание установки. Вода для CIP забирается из трубопровода подачи, откуда она закачивается в контуры. Ретентат и пермиат с каждой ступени отправляется на слив, пока в нем не останется примесей продукта или химикатов.
Безразборная мойка (CIP). Установки MES Milk, оснащены всеми узлами для безразборной мойки. Мойка выполняется по программам, разработанным для конкретного применения.
Автоматизация
Установки фильтрации выполняются в двух вариантах автоматизации – частичная и полная. И в том и другом случае, установки управляются системой управления на базе контроллеров Siemens, отличаются они только ручными или автоматическими регулировками фактора концентрирования и наличием аналитических приборов, для контроля параметров сгущения “on line”.
В процессе работы на установке MES Milk требуется только периодический контроль заданных технологических параметров. Система управления включает основные аварийные сигналы для защиты оборудования в процессе эксплуатации. Система управления MES Milk, также может подключаться практически к любой системе SCADA*, по шине ProfiBus DP.
Задания
