Устройство мембранных аппаратов

Аппараты для обратного осмоса и ультрафильтрации бывают периодического и непрерывного действия. Аппараты периодического действия применяют, как правило, только в лабораторной практике. В промышленности работают проточные аппараты непрерывного действия.

Мембранные аппараты имеют большую удельную площадь поверхности разделения, просты в сборке и монтаже, надежны в работе. Перепад давления в аппаратах небольшой.

Недостатком аппаратов для обратного осмоса является высокое рабочее давление, что приводит к необходимости использования специальных уплотнений трубопроводов и арматуры, рассчитанных на высокое давление.

По способу расположения мембран аппараты делятся на аппа­раты типа «фильтр-пресс» с плоскокамерными фильтрующими эле­ментами, аппараты с цилиндрическими и рулонными элементами и аппараты с мембранами в виде полых волокон.

Перечисленные аппараты состоят из отдельных секций или модулей, что позволяет собирать аппараты с различной площадью поверхности разделения.

Аппарат типа «фильтр-пресс», по конструкции напоминающий фильтр для обычного фильтрования, является наиболее простым мембранным аппаратом.

Основа этой конструкции (рис. 12.3) — фильтрующий элемент, состоящий из двух мембран, уложенных по обе стороны листов «подложки», изготовленных из пористого материала, например полимерного. Листы «подложки» имеют отверстия для прохода жидкости, Эти листы расположены на расстоянии от 0,5 до 5 мм, образуя межмембранное пространство для разделяемого раствора. Пакет фильтрующих элементов зажимается между двумя плитами и стягивается болтами. Фильтруемый раствор последовательно про­ходит через все фильтрующие элементы и концентрируется. Кон­центрат и фильтрат непрерывно удаляются из аппарата.

Аппараты подобного типа применяют в установках для выделе­ния белков из подсырной сыворотки, а также для ультрафильтрации обезжиренного молока и творожной сыворотки.

Производительность аппарата по сыворотке составляет 5,0... 6,8 м*/ч, по концентрату—-0,16...0,3 м3/ч.

Аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами соби­рается из отдельных цилиндрических фильтрующих модулей (рис. 12.4).

Цилиндрический фильтрующий элемент (рис. 12.5) представляет собой сменный узел, собранный из полупроницаемой мембраны и дренажного каркаса. Дренажный каркас состоит из трубы и пори­стой «подложки», 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.

Аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами и с мембраной, расположенной на внутренней поверхности дренажного каркаса (рис. 12.5, а), имеет следующие преимущества: 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. 12.5, 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. 12.5,в) имеют примерно в 2 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.