Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
нескольких модулей. Каждая ступень снабжена рециркуляционным насосом, что позволяет оптимизировать гидродинамические условия. При этом наблюдается лишь небольшое падение давления в каждой ступени, где можно регулировать скорость потока и давление. Система рециркуляции сырья является гораздо более гибкой, чем однопроходная система, и ей следует отдать предпочтение в процессах микрофильтрации и ультрафильтрации, когда можно ожидать сильной концентрационной поляризации и быстрого отложения осадков на мембранах. В то же время, для более простых задач, например при обессоливании морской воды, использование однопроходной системы оказывается экономически оправданным.
VIII. 10. Каскадные режимы работы
Достаточно часто однопроходная схема не позволяет получить продукт желаемого качества, в связи с чем потоки ретентата или пермеата должны быть подвергнуты разделению в следующей ступени. Комбинация таких ступеней называется каскадом. Широко известным примером каскадного режима работы является процесс обогащения гексафторида урана (235U) с использованием пористых мембран. В этом процессе транспорт через мембрану осуществляется по кнуд-сеновскому механизму и селективность очень мала. При каскадном режиме работы, использующем большое число блоков, где пермеат первой стадии становится сырьем на второй стадии и т. д., можно получить продукт очень высокой чистоты.
Пример процесса с двухстадийным режимом работы приведен на рис. VIII-16. Тип схемы зависит от того, что является целевым продуктом — пермеат или ретентат. При многостадийных режимах работы оптимизация процесса становится очень сложной и трудной задачей. Два примера трехстадийного процесса приведены на рис. VIII-17 и VIII-18. На рис. VIII-17 приведен трехстадийный процесс, в котором рециркулирует пермеат, аналогично схеме, представленной в верхней части рис. VIII-16. На рис. VIII-18 описан более сложный трехстадийный процесс разделения природного газа (отделение СО2 от СН4). Утверждается, что такая схема имеет преимущества перед односта-
Пермеат
Пермеат
Пермеат
Рис. VIII-17. Трехстадийный мембранный процесс с рециркуляцией продукта.
Пермеат
Рис. VIII-18. Трехстадийный мембранный процесс газоразделения.
дийной и двухстадийной схемами [3]. Многостадийная схема становится чрезвычайно сложной вследствие большого числа переменных, которые необходимо варьировать при оптимизации. Более детальное описание инженерных аспектов мембранного разделения можно найти в книгах Хванга и Каммермейера [4] и Раутенбаха и Альбрехта [5].
VIII. 11. Некоторые примеры оформления систем разделения
Процесс разработки и проектирования мембранной системы, начинающийся с создания мембраны в лаборатории и завершающийся крупным промышленным внедрением, долог и трудоемок. Основой мембранного процесса разделения является мембрана, в то время как основой разделительной системы можно считать модуль. При проектировании модуля исходят из различных технико-экономических аспектов применительно к конкретной задаче разделения. Модули могут быть собраны в однопроходную или многостадийные системы. Таким образом, оформление системы столь же важно, как и получение мембраны. Во многих случаях мембранная система не может
использоваться непосредственно и для осуществления мембранного процесса требуется предварительная обработка, причем стоимость этой стадии может давать значительный вклад в общую стоимость процесса. Предварительная обработка важна или даже необходима в процессах микрофильтрации, ультрафильтрации и обратного осмоса. В случае первапорации, паро- и газопроницаемости, когда сырьевые потоки, как правило, более чистые и не содержат множества загрязнений, часто можно обойтись применением простых систем обработки сырья.
Существует огромное множество задач разделения, и для каждого процесса часто необходима своя обработка сырья. Ниже мы рассмотрим некоторые примеры решений, принятых при проектировании мембранной системы и установки в целом. Более исчерпывающее рассмотрение этого вопроса можно найти в книге Раутенбаха и Альбрехта [5]*.
VIII. 11.1. Сверхчистая вода
Известно, что в полупроводниковой промышленности особые требования предъявляются к качеству воды, которым не отвечает даже питьевая вода. Из воды должны быть удалены ионы, бактерии, органические вещества и любые загрязнения в коллоидном состоянии в максимально возможной степени, и для этой цели часто используются мембранные процессы. Это типичный пример, когда один мембранный процесс не дает продукта требуемого высокого качества и необходима комбинация процессов (гибридные процессы). При проектировании процесса разделения необходимо рассмотреть спецификацию на сверхчистую воду (табл. VIII-4). Важными параметрами, характеризующими чистоту воды, являются электропроводность, общий органический углерод (ООУ), а также число частиц и бактерий в единице объема.
Таблица VIII-4. Требования к сверхчистой воде [6]
Удельное сопротивление > 18МОм • см
Содержание частиц < 10 мл-1
Наличие бактерий < 0,01 мл-1
