Розробка нанофільтраційної установки для лінії демінералізації молочної сироватки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра технологічного обладнання та комп`ютерних технологій проектування

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:

"Розробка нанофільтраційної установки для лінії демінералізації молочної сироватки"

Студент групи М-5-4 (Самойленко А.А.)

Керівник проекту (Змієвський Ю.Г.)

Київ 2012

Зміст

Анотація

Вступ

1. Аналітичний огляд існуючих конструкцій обладнання

1.1 Апарати з плоскими мембранними елементами

1.2 Апарати з трубчастими мембранними елементами

1.3 Апарати з рулонними мембранними елементами

1.3.1 Апарати з рулонними мембранними елементами з декількома пакетами і однією пермеатовідводною трубкою

1.3.2 Апарати із спільно навитими рулонними мембранними елементами

1.3.3 Апарати з рулонними мембранними елементами з декількома пермеатовідводними трубками

1.3.4 Апарати з рулонними мембранними елементами, що мають канали для збору пермеата

1.4 Апарати з порожнистими волокнами

2. Техніко-економічне обґрунтування

3. Сутність модернізації, побудова та принцип роботи обладнання

4. Підбір конструкційних матеріалів

5. Технологічний маршрут складання виробу

6. Розрахункова частина

6.1 Вибір мембрани

6.2 Наближений розрахунок робочої поверхні мембрани

6.3 Вибір апарату

6.4 Розрахунок спостережуваної селективності мембран

6.5 Уточнений розрахунок поверхні мембран

6.6 Розрахунок гідравлічного опору

6.7 Розрахунок і конструювання укріплюючого елемента для отвора в бункері

6.8 Розрахунок і конструювання опор апарата.

6.9 Розрахунок і конструювання фланцевого з'єднання.

7. Правила монтажу, експлуатації та ремонту

7.1 Монтаж

7.2 Експлуатація

7.3 Ремонт

8. Автоматизація виробництва

8.1 Обґрунтування системи технічних засобів автоматизації

8.2 Опис схеми автоматизації

9. Заходи по охорони праці та техніки безпеки

10. Заходи з цивільної оборони

10.1 Характеристика можливої хімічної обстановки на ТОВ «Провіант», прогноз хімічної обстановки

10.2 Порядок оповіщення виробничого персоналу

10.3 Заходи захисту виробничого персоналу

10.4 Сили і засоби, що залучаються для ліквідації наслідків аварії на ТОВ «Провіант»

11. Охорона довкілля

12. НДРС

13. Економічні розрахунки

13.1 Вихідні дані для обґрунтування проекту

13.2 Розрахунок необхідних інвестицій

13.3 Розрахунок чистих грошових потоків

13.4 Оцінка ефективності проекту

13.4.1 Чистий приведений дохід

13.4.2 Індекс доходності

13.4.3 Період окупності

13.4.4 Індекс прибутковості

Висновки

Список використаної літератури

мембранний фільтрація нанофільтраційний автоматизація

Анотація

Дипломний проект на тему “ Розробка нанофільтраційної установки для лінії демінералізації молочної сироватки ” складається з пояснювальної записки та графічної частини.

Пояснювальна записка містить в собі 18 розділів, а саме: зміст; анотація; вступ; аналітичний огляд існуючих конструкцій обладнання; техніко-економічне обґрунтування; сутність модернізації, побудова та принцип роботи обладнання; підбір конструкційних матеріалів; технологічний маршрут складання виробу; розрахункова частина; правила монтажу, експлуатації та ремонту; автоматизація виробництва; заходи по охорони праці та техніки безпеки; заходи з цивільної оборони; охорона довкілля; ндрс; економічні розрахунки; висновки; список використаної літератури.

Графічна частина дипломної роботи складається з 10 листів на яких зображено загальний вигляд апарату, деталювання, автоматизація апарату, технологічний маршрут складання виробу, економіні розрахунки, фільтраційний модуль, технологічна схема апарату, технологічна схема цеху,бункер, ндрс,.

Вступ

Мембранна технологія - це випробуваний метод розподілу, здійснюваного на молекуляоному і іонному рівнях. За тридцять років, що пройшли з початку 70-х років, ця технологія була адаптована до використання в молочній промисловості.

У молочній промисловості мембранна технологія головним чином асоціюється з наступними технологічними процесами:

- Зворотний осмос (00) концентрування розчинів за допомогою видалення води;

- Нанофільтрація (НФ) концентрування органічних компонентів за допомогою видалення частини моновалентних іонів, наприклад,

натрію і хлору (часткова демінералізація);

- Ультрафильтрація (УФ) концентрування великих молекул і макромолекул;

- Мікрофільтрація (МФ) видалення бактерій так звана «холодна стерилізація».

У усіх вищеназваних методах використовується поперечна мембрана.Фільтрація потоку при якій завантажуваний розчин пропускається крізь мембрану під тиском. Розчин проходить через мембрану, а тверда фракція (ретентат) затримується, тоді як фільтрат (пермеат) видаляється. Мембрани класифікуються по граничній молекулярній масі речовини, що пропускаються, тобто по молекулярній масі найменшої молекули, яка не проникає крізь мембрану. Проте підбір мембрани здійснюється не лише на основі цієї її характеристики.

Тут слід відмітити, що традиційна (загальноприйнята) фільтрація використовується, як правило, для відділення зважених часток більше10 мкм, в той час як мембранна фільтрація відділяє частки молекулярних розмірів менше 10^-4 м.

Основна різниця між звичайною і мембранною фільтрацією проілюстрована на рис.1

Рис. 1 Основні відмінності між звичайною (ліворуч) і мембранною фільтрацією

Назвемо тут деякі з відмінностей між двома згаданими видами фільтрації.

Фільтруючі засоби, що застосовуються:

· Традиційні фільтри мають велику товщину і відкриту конструкцію. Матеріал - звичайний папір.

· Мембранні фільтри тонкі з можливістю контролю розміром пір.Матеріал - полімери або кераміка, а також рідше вживаний в наш час ацетат целюлози.

При традиційній фільтрації основним чинником впливаючим на відділення часток є сила тяжіння. Тиск застосовується лише з метою прискорення процессу. Потік рідини, що розділяється, поступає перпендикулярно матеріалу фільтру. Фільтрацію можна проводити у відкритих системах.

1. Аналітичний огляд існуючих конструкцій обладнання

Промислові апарати для баромембранных процесів повинні задовольняти наступні вимоги: мати більшую робочу поверхню мембран в одиниці об'єму аппарата; бути доступними для збірки і монтажу; рідина при русі по секціях або елементах апарату повинна рівномірно розподілятися над мембраною і мати досить високу швидкість течії для зниження шкідливого впливу концентраційної поляризації; при цьому перепад тиску в апараті має бути по можливості невеликим. При конструюванні цих апаратів необхідно враховувати також вимоги, обумовленні роботою апарату при підвищених тисках: забезпечення механічної міцності, герметичності та ін. Створити апарат, який повною мірою задовольняв би всі перераховані вимоги, мабуть, неможливо. Тому для кожного конкретного процесу розподілу слід підбирати апарат такої конструкції, яка забезпечувала б найбільш вигідні умови проведення процесу.

Апарати для баромембранних процесів підрозділяють на чотири типи, укладання мембран, що відрізняються способом,: аппараты з плоскими мембранними елементами, апарати з трубчастими мембранними елементами, апарати з мембраннымі елементами рулонного типу і апарати з мембранами у вигляді порожнистих волокон. У усіх апаратах для баромембранних процесів можуть бути використані як мембрани, що ущільнюються (полімерні), так і мембрани з жорсткою структурою.

Ці апарати можуть бути корпусні і без корпусні. По положенню мембранних елементів їх ділять на горизонтальні і вертикальні; за умовами демонтажу - на розбірні і нерозбірні. Залежно від конструкції апаратів і схеми установок апарати можуть працювати як в режимі ідеального витіснення, так і в режимі ідеального перемішування.

Для здійснення процесу мікрофільтрації частіше приміняють апарати з плоскими і трубчастими мембранними елементами, а також патронні апарати, що працюють по "тупиковому" принципу.

1.1 Апарати з плоскими мембранними елементами

Основою цих апаратів є мембранний елемент, створений з плоских (листових) мембран, укладених по обидві сторони плоского пористого матеріалу, - дренажу, або виготовлених безпосередньо на їх поверхні. Відстань між сусідніми мембранними елементами (міжмембранний простір - канал, по якому протікає початковий розчин) невелика і складає 0,5-5 мм. Розчин, що розділяється, послідовно проходить між усіма мембранними елементами, концентрується і віддаляється з апарату. Частина цього розчину, що пройшла через мембрану в дренаж, утворює пермеат (фільтрат).

Апарати з плоскими мембранними елементами випускають в різних модифікаціях: корпусними і без корпусними, з центральним і периферійним виведенням пермеата, із загальним відводом пермеата або окремо з кожного елементу. За формою мембранні елементи виготовляють круглими (еліптичномі) і прямокутними (квадратними). Форма елементів суттєво впливає на організацію потоку розчину, що розділяється над поверхнею мембран і на характеристики процесу розподілу.

Схема одного з апаратів з плоскими мембранними елементами еліптичної форми (випускається фірмою ДДС Дания). Розподіл потоків в ньому схематично зображені на Рис.1.1-1. Апарат є пакетом мембранних елементів 1 еліптичної форми, що знаходиться між круглими фланцями 2. Їх співвісна забезпечується двома направляючими штангами 3. На вільні кінці штанг нагвинчуються гайки, затягуванням яких здійснюється опресовування апарату.

Мембранні елементи складаються з опорних пластин 4, по обидвох сторонах яких укладені мембрани 5. Отвори в опорних пластинах і мембранах точно поєднуються і герметизируются двома кільцями, що замикаються,: проточним 6 з боку входу розчину, що розділяється, в переточний отвір і замковим 7 з боку виходу з нього. Для подачі розчину, що розділяється, з переточного отвору в міжмембранний канал і відведення його в інший переточний отвір в проточних кільцях є прорізи в радіальному напрямку. Проточне кільце щільно входить в гніздо, що оточує отвір, чим досягається співвісна усіх поєднуваних отворів і надійна герметизація переточних отворів по вузьких кромках мембран, розташованих між кільцями 6 і 7.

Для розподілу розчину, що розділяється, по секціях один з переточних отворів на відповідних мембранних елементах перекривають заглушкою 8. Пермеат відбирають окремо з кожного мембранного елементу по гнучких капілярних шлангах 9 з наступним виводом в загальний колектор 10.

Рис. 1.1-1 Схема пристрою і розподілу потоків в апараті фірми ДДС:1 - мембранний елемент; 2 - фланець; 3 - штанга напрямної; 4 - опорна пластина; 5 - мембрана; 6 - проточне кільце; 7 - замкове кільце; 8 - заглушка; 9 - шланг; 10 - колектор пермеата

Конструкція опорної пластини цього апарату (Рис 1.1-2) дуже складна: два склеєні пластмасові диски мають розгалуджену мережу внутрішніх каналів різного перерізу для збору пермеата. У пластині уздовж її кромки розташований замкнутий з великим поперечним перерізом кільцевий канал 1, призначений для збору пермеата, що поступає з мембранного елементу по інших каналах, найбільші з котрих 2 розходяться променями з центру опорної пластини. З кільцевим каналом 1 з'єднуються також розташовані паралельно один одному канали 3 меншого поперечного перерізу. Ці канали мають численні поперечні порожнини 4а, які сполучаються з поверхнею дисків за допомогою щілин 46. Ці щілини настільки вузькі,. що при робочому тиску гарантується цілісність мембрани без застосування будь-яких підкладок. Малий опір потоку пермеата при використанні навіть високопроникних мембран забезпечується великою кількістю щілин 46.

Рис. 1.1-2 Опорна пластина апарату фірми ДДС: 1, 2, 3 - відповідно до кільцевої, радіальний і діагональний канали; 4а - внутрішня порожнина; 4б - щілина; 5 - кільцевий виступ; 6 - ребро; 7 - переточний отвір; 3 - мембрана

Висота міжмембранного каналу (у цих апаратах вона дорівнює 0,7 мм) визначається заввишки виступів уздовж кромок сусідніх опорних пластин, по яким одночасно ущільнюється пакет мембранних елементів. Для зменшення зусиль обтискання пакету на одній з поверхонь мембранних елементів передбачені кільцеві виступи 5. Строга фіксація заданої висоти каналів над усією поверхнею мембранних елементів - здійснюється ребрами 6, розташованими в напрямку від одного переточного отвору 7 до іншого. Висота цих виступів у напрямі до переточних отворів поступово сходить нанівець. Мембрани 8, що досягають торців еліементів, при робочому тиску облягають поверхню опорних пластин. При цьому між мембранами сусідніх елементів утворюються канали для протікання розчину, що розділяється.

Апарати фірми ДДС призначені для роботи при тиску до 2 МПа з розчинами, рН 0-14, що мають, температуру до 100°С. Вони можуть бути використані в хімічній і інших галузях промисловості (молочною, харчовою, фармацевтичною, целюлозно-паперової промисловості і т. д.). Залежно від числа мембранних елементів поверхня мембран в одному апараті складає 4,5; 9; 18; 27 і 42 м². Для створення установок великої продуктивності апарати об'єднують в групи з паралельно-послідовними розподілом потоків розчину, що розділяється, між ними.

Мембранні апарати з елементами еліптичної або круглої форми мають ряд істотних недоліків:

· нераціональний розкрій листових матеріалів (мембран,, опорних пластин і т. д.)

Рис. 1.1-3 Аппарат з безперервною стрічковою мембраною:1 - фланці; 2 - стягуючий болт; 3 - пластина ущільнювача; 4 - мембрана; 5 - дренажна пластина; 6 - розділювальна пластина

· складність герметизації переточних отворів як при склеюванні, так і при використанні спеціальних ущільнюющих елементів або розділових пластин з фігурними проточками або отворами;

· нерівномірність руху розчину, що розділяється, в поперечному перерізі міжмембранного каналу і можливість утворення застійних зон;

· ускладнення конструкцій апаратів при використанні розподільних пластин для поліпшення гідродинамічних властивостей течії розчину, що розділяється, збільшення втрат робочого тиску і зменшення робочої поверхні мембран.

Ці недоліки усунені в апаратах з плоскими мембранними елементами прямокутної форми. Пристрій апарату, розробленого Эсмондом, показано на Рис.1.1-3. Під фланцями 1, стягуваними болтами 2, розташовані дві ущільнюючі пластини 3, між якими поміщають пакет пластин що чергуються: дренажних 5 і розділових 6. Особливістю апарату являється те, що мембрана не розрізає на шматки по числу мембранних елементів, а послідовно огинає усі дренажні пластини.

Фірмою "Дорр-Олівер" (США) розроблений і випускається плоскокамерний апарат, в якому відсутні не лише переточні отвори, але і розділові прокладення. Принцип блокової зборки і заміни мембранних елементів значно спрощує монтаж апаратів. Апарат (Рис.1.1-4) складається з корпусу прямокутного перерізу, що закривається кришкою 2, в якій кріпляться секції (пакети) мембранних елементів, що складаються з дренажних пластин 4, однією стороною закріплених в несучій плиті, 3, і виготовленої на їх поверхні напівпроникної мембрани. Мембрану відливають безпосередньо на дренажних пластинах 4, опускаючи зібрану секцію в розчин полімеру з речовинами, що утворюють мембрану. Пермеат під мембраною по дренажних пластинах проходить крізь плиту, і збирається над нею, а потім по системі малих каналів поступае в загальний колектор 5. Апарати легко збираються в батарею, в якій можна задать як послідовний, так і паралельний струм розділюваного розчину. По виході з ладу мембрану розчиняють і очищені секції використовують для нанесення нової мембрани. У цих апаратах процес розподілу може проводитися при високих швидкостях розчину (до 3 м/с), що дозволяє істотно понизити вплив концентраційної поляризації. Апарати цього типу особливо перспективні для проведення ультра- та мікрофільтраційних процесів.

Рис.1.1-4 Апарат фірми "Дорр-Оли - віри" 1 - корпус; 2 - кришка; 3 - несуча плита; 4 - дренажні пластини; 5 - коллектор для збору і відведення пермеата

Недоліки цих апаратів

· невисока питома поверхня мембран - 60-300 м2/м3 об'єму апарату;

· зборка апаратів і заміна мембран здійснюються вручну.

Аналіз спеціальної літератури дозволяє сформулювати основні рекомендації по створенню апаратів цього типу: доцільною формою мембранного елементу є прямокутна; принцип зборки апаратів має бути секційним, що забезпечує оптимальний гідродинамічний режим; переважною є без корпусна модель апарату.

1.2 Апарати з трубчастими мембранними елементами

Пристрій апаратів цього типу (рис. 1.2-5) визначається конструкцією що комплектують їх мембранних елементів. Трубчатий мембранний елемент складається з мембрани і дренажного каркаса. Дренажний каркас виготовляють з трубки 1, що є опорою для мембранного елементу і що забезпечує відведення пермеата, і мікропористої підкладки 3, мембрани, що виключає втискування, 2 в дренажні канали трубки під дією робочого тиску суміші, що розділяється.

Розрізняють трубчасті мембранні елементи з мембраною 2 усередині (рис.1. 2-5, а), зовні (рис.1. 2-5,6) трубки і з комбінованим (рис. 1.2-5, е) її розташуванням. З апаратів з трубчастими мембранними елементами найбільше застосування отримали апарати з мембраною усередині трубки. Вони мають наступні переваги:

· малу матеріаломісткість через відсутність корпусу; низький гідравлічний опір потоку пермеата у зв'язку з невеликою довжиною дренажного каналу;

· хороші гідродинамічні умови роботи мембрани, тобто рівномірний рух потоку розчину з високою швидкістю над її поверхнею і відсутністю застійних зон;

· можливе механічне очищення мембранних елементів від осаду без розбирання апарату;

· зручність установки трубчастих мембранних елементів в апарати; надійна герметизація апарату.

Недоліки апаратів цього типу:

· мала питома поверхня мембран в апараті (60- 200 м2/м3);

· підвищена точність виготовлення і механічної обробки внутрішньої поверхні дренажного каркаса;

· неможливий візуальний контроль процесу формування мембран.

При розташуванні мембрани зовні трубки можна отримати трубчасті мембранні елементи малих діаметрів, що дозволяє значно збільшити питому поверхню мембран в апараті. Крім того, не вимагаються висока точність обробки дренажного каркаса апарату і можливий контроль процесу формування мембрани. Проте ці апарати в порівнянні з апаратами, в яких мембрану розташовують усередині трубки, відрізняються великою матеріаломісткістю (необхідно корпус, що витримує робочий тиск), поганими гідродинамічними умовами; їх складніше очищати від осаду, а при заміні трубчастих мембранних елементів легко пошкодити селективний шар мембран.

Рис.1. 2-5 Трубчасті мембранні елементи: а -з мембранами усередині трубки; б - з мембранами зовні трубки; в - комбінована констру ція; 1 - трубка; 2 - мембрана; 3 - підложка; 4 - корпус

У апаратах з комбінованим розташуванням мембран в трубчастих мембранних елементах мембрани поміщаються на дренажному каркасі як усередині труб, так і зовні них. Апарати цього типу мають найбільшу питому поверхню мембран. Проте окрім недоліків, характерних для апаратів з трубчастими мембранними елементами, в яких мембрани розташовані усередині або зовні труб, в апаратах цього типу значний гідравлічний опір через великий шляху пермеата усередині трубки.

Трубчаті мембранні елементи розрізняються також конструкцією дренажного каркаса і способом кріплення на ньому мембрани. Трубки для дренажного каркаса виготовляють з поропластів, а також накручуванням на оправу декількох шарів филаментного синтетичного волокна або скловолокна (стрічок з різних матеріалів) з наступним частковим просоченням смолою, плетінням рукавів з синтетичних ниток або нержавіючого дроту, перфоруванням металевих труб, пресуванням керамічних, металокерамічних або пластмасових порошкових матеріалів, просоченням наповнювача термопластами.

Щоб понизити гідравлічний опір потоку перміата, в плетених і витих трубах іноді укладають повздовжні волокна, а при використанні непористих труб на їх поверхні роблять подовжні пази. З цією ж метою пористі труби іноді виготовляють з пучків волокон або з гофрированної тканини, що утворює після її просочення смолою та затвердіння жорсткий дренажний каркас з повздовжніми канавками для відведення пермеата.

Як мікропористі підкладки використовують папір, просочений смолами, філаментні волокна і волокнисті матеріали, текстильні тканини, пластмасові сітки, поропласти, різні пористі матеріали. Підкладки зазвичай виготовлюють на трубках, що мають канали для відведення пермеата, в єдиному технологічному процесі.

Мембрани для трубчастих елементів готують, як правило, з концентрованих розчинів полімерів (ацетатів целлюлози, поліамідів та ін.) нанесенням формувального розчину на гладку циліндричну поверхню шаблону з наступною коагуляцією і зніманням готової мембрани, литвом формувальногого розчину з кільцевої фільєри в осадову ванну, отриманням трубчастої мембрани з плоскої.

Мембрани можна формувати також безпосередньо на трубчастих пористих підкладках вказаними вище способами, а також нанесенням на них двох шарів мономерів та наступною тепловою полімеризацією, що призводить до освіти з першого мономера великопористого шару, а з другого мономера - активного шару мембрани. Полімеризацію можна здійснювати дією на мономер безелектродного розряду (плазмова полімеризація).

Щоб запобігти попаданню розчину, що розділяється, в пермеат, торці мембранних елементів герметизуються клейовим швом або спеціальними деталями ущільнювачів.

Аналіз способів виготовлення трубчастих мембранних елементів показує, що найбільш перспективне поєднання операцій отримання дренажних каркасів і формування на них мембран в єдиний безперервний технологічний процес.

Перевагу слід віддавати тим трубчастим елементам, в яких мембрани міцно сполучені з пористим каркасом (не здираються при високих - до 3-5 м/с - швидкостях прокачування розчину, що розділяється). В той же час, оскільки термін служби мембран зазвичай не перевищує 1 року, необхідно передбачити повторне використання дренажного каркаса після видалення з нього відпрацьованої мембрани.

Порівняно короткий термін служби трубчастих мембранних елементів визначає головну вимогу, що пред'являється до апаратів, - легкість заміни мембранних елементів та надійна їх герметизація. Це завдання вирішується використанням роз'ємних сполучних деталей і створенням трубчастих мембранних елементів у вигляді легко замінюваних блоків.

Схема апаратів з використанням кілець ущільнювачів для герметизації трубчастих мембранних елементів фірми Рамикон (США) показана на рис.1.2-8. У двох трубних плитах 2 апарати закріплено декілька корпусів 5, що повідомляються між собою за допомогою каналів 8. У кожному корпусі встановленно по блоку трубчастих мембранних елементів 4, маючому на торцевому фланці 7 кільце ущільнювача 6, розділяючи напірну порожнину і порожнину збору пермеата. Монтажні отвору 9 в трубних плитах 2 закривають заглушками 1 з герметизацією їх кільцями ущільнювачів 10. Для ущільнення трубчастих мембранних елементів в блоках 4 використовують ніпелі або пружні втулки. У апаратах здійснюється послідовний рух розчину, що розділяється, по усіх корпусах апарату.

Рис.1. 2-6 Гнучкий трубчастий мембранний елемент "Филко Форд": 1 - фланець; 2-4 - обплетення з волокна; 5 - мембрана

Розчин

Пермеат

Рис.1. 2-7 Пристрій стержневих трубчастих мембранних елементів з мембраною на каркасі (а) і без каркаса {б): 1 - Мембрана; 2 - підкладка; 3 - сердечник; 4 - подовжні канали; 5 - склеююча стрічка

Трубчастий мембранний елемент цього апарату показаний на рис.1. 2-7, а. Сердечник 3, що має канали 4 для проходу розділюваного розчину, покритий мембраною 1 (активним шаром до сердечника) і підкладкою 2, обплетенням мембрани, що виготовляється, синтетичним волокном. Трубчасту мембрану 1 отримують з листової, накладаючи на стик знизу і згори смуги зкріплюваної стрічки 5.

Використовуючи трубчасті мембранні елементи фірми Міцубісі (Японія), можна отримати мембрани з великою питомою поверхнею (рис. 1.2-7,6). Сердечник 3 цих елементів має подовжні канали 4 для відведення пермеата. На ньому розташована сітчаста підкладка 2 і згори - трубчаста мембрана 1 активним шаром назовні.

Істотний недолік апаратів з мембранними елементами фірм Рамікон і Міцубісі трудомісткість зборки апаратів. Герметизація трубчастих мембранних елементів при великій їх кількості в апараті гумовими кільцями або манжетами не завжди надійна і вимагає підвищеної точності обробки поверхонь, що сполучаються. Такі ущільнення найчастіше використовують для герметизації блоків трубчастих мембранних елементів. В цьому випадку кінці мембранних елементів заправляють в гнізда, виконані в трубних плитах, і заливають їх смолою, що полімеризується. Оскільки ущільнюючі кільця охоплюють торці усіх трубчастих мембранних елементів блоку, відпадає необхідність їх герметизації окремо

Рис. 1.2-8 Апарат фірми "Рамикон": 1 - заглушка; 2 - трубні плити; 3 - введення початкового розчину; 4 - блок елементів; 5 - корпус; 6, 10 - кільця ущільнювачів; 7 - шайба; 8 - канал; 9 - монтажні отвори

Для зменшення кількості роз'ємних з'єднань фірма Филко Форд (США) використовує в мембранних апаратах довгі трубчасті мембранні елементи. Ці елементи завдовжки в декілька десятків метрів намотують на котушку багатошаровою спіраллю, що має розділові 1 перегородки і укладають в безнапірний кожух. На кінцях трубчастого мембранного елементу закріпляють штуцер для подачі розчину, що розділяється, і штуцер для виводу концентрату.

Мембранний елемент складається з трубчастої мембрани 5 (рис. 1.2-6), трьох обрлетень 2-4 і фланців 1.

Рис. 1.3-9 Апарат з рулонними мембранними елементами: 1 - пермеатовідводна трубка; 2 - мембрана; 3-дренажний лист; 4 - сітка-сепаратор; 5 - область склеювання; 6 - фіксатор; 7 - корпус

Внутрішнє обплетення 4 виконують з тонкого синтетичного волокна типу дакрон, зовнішнє обплетення роблять з найбільш грубого волокна, що забезпечує мембранному елементу одночасно необхідну міцність і достатню гнучкість.

Переваги апарату фірми Филко Форд - його компактність, мала матеріаломісткість і технологічність виготовлення. У апаратах фірми Филко Форд питома поверхня мембран порівняно невелика, в них не можна прокачувати розчин, що розділяється, з великою швидкістю (великі втрати робочого тиску). Дренажний каркас мембранних елементів не підлягає повторному використанню.

Апарати з трубчастими мембранними елементами знайшли широке застосування для розподілу ультра- та мікрофільтрацією розчинів, в яких можливе утворення осаду, а також для опріснення зворотним осмосом води з високою концентрацією солей.

1.3 Апарати з рулонними мембранними елементами

Принципова схема пристрою апаратів з рулонними мембранними елементами приведена на рис. 1.3-9.В корпусі 7 послідовно встановлено декілька рулонних мембранних елементів. Рулонний мембранний елемент складається з трубки 1, що має прорізи для проходу пермеата, і герметично приєднаного до неї пакету з двох мембран 2, розташованого між ними дренажного листа 3 і сітки-сепаратора 4, що утворює міжмембранні канали. В процесі скручування пакету для герметичного розподілу напірної порожнини і порожнини збору пермеата кромки дренажного листа просовують спеціальним клеєм.

Для запобігання телескопічному ефекту (зрушення шарів в рулоні уздовж його осі), що виникає внаслідок різниці тисків у торців мембранного елементу, в корпусі 7 апарату встановлюють фіксатори 6 (диски з отворами для проходу розчину, що розділяється). Розчин, що розділяється, рухається по міжмембранному каналу, сітка-сепаратор 4 в якій не лише визначають його висоту, але і є турбулізатором.

Апарати з рулонними мембранними елементами мають високу питому поверхню мембран (300- 800 м2/м3), малу металоємність; багато операцій при зборці мембранних елементів можуть бути механізовані. Недоліки апаратів цього типа - складність монтажу пакетів деяких конструкцій, необхідність заміни усього пакету при ушкодженні мембрани, високий гідравлічний опір як міжмембранних каналів, так і дренажного листа.

Рис. 1.3-10 Розташування матеріалів в рулонних мембранних елементах фірм "Эстман Кодак" (а) і "Галф Дженерал Ато- мик" (б): 1 - пермеатовідводна трубка;2 - мембрана; дренажний лист; 4 - сітка-сепаратор.

Рис. 1.3-11 Апарат із спільно навитими рулонними мембранними елементами: 1 - пермеатовідводна трубка; 2 - дренажний лист; 3 - утримувач; 4 - сітка-сепаратор; 5 - мембрана

Апарати з рулонними мембранними елементами широко використовують для розподілу розчинів зворотним осмосом. Вони відрізняються високою продуктивністю. Так, в установці для знесолювання близько 400 000 м3 води в добу использованы апарати з рулонними мембранними елементами продуктивністю до 95 м3 пермеата в добу. Розрізняють чотири типи апаратів з рулонними мембранними елементами: з рулонними мембранними елементами з декількома пакетами і однією пермеатовідводною трубкою; із спільно навитими рулонними мембранними елементами; з рулонними мембранними елементами з декількома пермеат трубками, що відводять; з рулонними мембранними елементами, що мають канали для збору пермеата.

У апаратах перших трьох типів потоки розподіляються за схемою, приведеною на рис. 1.3-9. У мембранних елементах апаратів четвертого типу пермеат рухається уздовж осі рулона.

1.3.1 Апарати з рулонними мембранними елементами з декількома пакетами і однією пермеатовідводною трубкою

Ці 49 апаратів знайшли найбільш широке промислове застосування. Фірмою Эстман Кодак (США) випускаються апарати, мемлайливі елементи яких отримують; спільним накручуванням на пермеатовідводну трубку 1 двох пакетів, що складаються з мембрани 2, дренажного листа 3 і сітки-сепаратора 4 (рис.1.3-10, а). Його збирають за допомогою спеціальної намотувальної машини.

Довжина елементу 0,5 м, діаметр 0,095 м. Апарат з цим рулонним елементом має робочу поверхню мембран '3 м2. При тиску 4,2 МПа і використанні мембран з селективністю по хлориду натрію 97, 92 і 88% його продуктивність дорівнює відповідно 1,2: 2,0 і 2,8 м3/добу

Рис. 1.3-12 Рулонний мембранний елемент з допоміжними пермеатовідводними трубками: 1 - пермеатовідводна трубка; 2 - пакет; 3 - допоміжна трубка

У апаратах фірми Галф Дженерал Атомцк (США) на пермеатовідводну трубку мембранного елементу сумістно навивають чотири пакети (рис.1.3-10, б). Апарат відрізняється технологічністю зборки і надійністю роботи.

Збільшення числа пакетів на одній пермеатовідводній трубці дозволяє збільшити поверхню мембран в рулонному мембранному елементі. Для збільшення поверхні мембран в апаратах встановлюють декілька рулонних елементів. Так, фірма Дженерал Дайнемик Корпорейшн (США) випускає апарат з трьома рулонними мембранними елементами, аналогічними по конструкції елементам фірми Эстман Кодак, але великих розмірів (довжина 0,85 м, діаметр 0,1 м). Продуктивність установки з десятьма такими апаратами при робочий поверхні мембран 126 м2 близько 60 м3/добу.

Фірма Торей (Японія) випускає апарати з широким набором рулонних мембранних елементів, що містять до шести пакетів, що одночасно навиваються на пермеатовідводну трубку. Довжина елементів 1,016 м, діаметр 0,1-0,2 м. При тиску 3,5 МПа і селективності мембрани по хлориду натрію не менше 95% продуктивність апарату фірми Торей достигает 20-25 м3/добу.

Фирма Дор Олівер (США) запропонувала спосіб изготовления рулонних мембранних елементів, при якому мембрани відливаються безпосередньо на дренажному листі. Попередньо збирають каркас елементу, що складається з пермеатовідводної трубки і герметично приєднаних до неї чотирьох дренажних листів. При згортанні рулону між дренажними листами розміщюють спеціальні вставки, якими регулюють висоту проміжку, необхідного для наступного утворення мембран і каналів між ними, по яких прокачують розчин, що розділяється

1.3.2 Апарати із спільно навитими рулонними мембранними елементами

Фірмою Галф Дженерал Атомик запропонований аппарат (рис. 1.3-11), що складається з корпусу (на малюнку не показаний), утримувача 3, закріплених в його гніздах мембранних елементів і сіток-сепараторів 4, поміщених між цими елементами. Рулонні мембранні елементи зібрані з пермеатовідводних трубок 1 спеціальної форми, що водять, обернутих дренажними листами 2 з відформованими на їх поверхні мембранами 5. Пермеатовідводні трубки 1 мають форму, при якій значно зменшується напруга в місцях кріплення трубік 1 після навивки мембранних елементів на утримувач 3. Апарати цього типу мають високу продуктивність в результаті спільної навивки великого числа мембранних елементів.

1.3.3 Апарати з рулонними мембранними елементами з декількома пермеатовідводними трубками

У них велику поверхню мембран отримують за рахунок використання довгих пакетів, забезпечених додатковими пермеатовідводними трубками. На рис. 1.3-12 приведено зображення такого рулонного мембранного елементу апарату. У пакеті 2 окрім центральний пермеатовідводної трубки 1 вбудовані додаткові трубки 3. Відстань між ними по довжині пакету визначається допустимим гідравлічним опором дренажного листа потоку пермеата і зазвичай не перевищує 2-3 м. Недоліки апарату - складність герметичного приєднання пермеатовідводних трубок до пакету, трудність механізації процесу виготовлення рулонного мембранного елементу (пермеатотрубки, що відводять, приєднують до пакету вручну). Окрім того, одночасно складно герметизувати в корпусі апарату усі пермеатовідводні трубки.

1.3.4 Апарати з рулонними мембранними елементами, що мають канали для збору пермеата

У апаратах цього типу (рис. 1.3-13) використовують рулонні мембранні елементи, що мають в радіальному напрямі канали для відбору пермеата 2. Вони утворені шайбами ущільнювачів 3, поміщеними в отвори сіток-сепараторів 6, і отворами в пермеатовідводній трубці 1. При навиванні пакету на пермеатовідводну трубку 1 шайби 3 приклеюються до мембран, герметизуючи міжмембранні канали. Після навивки пакету та частина мембран, яка перекриває отвори в ущільнювачах шайбах, видавлюється спеціальним стержнем, що проганяється через канал 2.

Розчин, що розділяється, проходить уздовж міжмембранного каналу, обтікаючи розділові шайби 3. Пермеат з дренажних листів 4 безперешкодно потрапляє в канали 2, звідки поступає в пермеатовідводну трубку 1, по якій виводиться з мембранного елементу. Ці апарати можуть мати більшу продуктивність, якщо навивати довгі пакети і розміщати в корпус декілька рулонних мембранних елементів. Проте вони мають істотні недоліки: наявність клейових з'єднань, складність поєднання отворів в пакеті для утворення допоміжних каналів, велике число інших ручних трудомістких операцій при зборці елементів.

З апаратів розглянутих типів найбільш перспективні апарати із спільно навитими рулонними мембранними елементами. При порівняно невеликих габаритних розмірах вони мають велику продуктивність.

Рис.1.3-13 Схема апарату з рулонними мембранними елементами з торцевим виведенням пермеата і центральною пермеатовідвідною трубкою:1 - пермеатовідводна трубка; 2 - канал для відбору пермеата; 3 - ущільнююча шайба; 4 - корпус; про - мембрана; 6 - сітка-сепаратор; 7 - дренажний лист

1.4 Апарати з порожнистими волокнами

Ці апарати знайшли широке застосування для розподілу розчинів зворотним осмосом і ультрафільтрацією. Мембрани у вигляді порожнистих волокон для зворотного осмосу зазвичай мають зовнішній діаметр 45-200 мкм і товщину стінки 10-50 мкм, а для ультрафільтрації відповідно до 200-1000 мкм і 50 - 200 мкм. При таких розмірах забезпечується необхідна міцність волокон під дією робочих тисків, що використовуються при зворотному осмосі і ультрафільтрації (відповідно до 10 і 1 МПа).

Апарати з порожнистими волокнами прості по устрою, технологічні у виготовленні; вони легко збираються і зручні в експлуатації. У цих апаратах внаслідок малих діаметрів волокон забезпечується дуже висока питома поверхня мембран - до 20-30 тис. м2/м3. Тому вони знайшли широке застосування у великотоннажних хімічних виробництвах, у виробництві особливо чистої води, в харчовій промисловості і т. д. Проте при експлуатації цих апаратів пред'являють підвищені вимоги до попереднього очищення розчинів, що розділяються, від суспензій.

У разі виходу з ладу частини порожнистих волокон доводиться замінювати увесь пучок порожнистих волокон.

Апарати з порожнистими волокнами можна розділити на наступні групи: з паралельним розташуванням порожнистих волокон" з циліндричними мембранними елементами, з U-подібними розташуванням порожнистих волокон; з сферичними мембранними елементами. Апарати останнього типу не знайшли широкого застосування, і тому не розглядаються.

Апарати з порожнистими волокнами можуть бути як безопорними, так і з опорно-розподільчими трубками. Безопорні апарати простіше по пристрою, але гідродинамічні умови в них і розподіл розчину, що розділяється, по перерізу і довжині апарату гірші, ніж в апаратах з опорно-розподільчими трубками. Для поліпшення гідродинамічних умов в апаратах застосовують різні розподільні пристрої і турбулізатори.

Отже, в даному розділі були розглянуті основні типи апаратів, що використовуються на сьогоднішній день для баромембранних процесів. Як бачимо з огляду обладнання, всі апарати мають ряд недоліків, тому актуальним є питання про створення нових якісно відмінних зразків обладнання, які дозволять інтенсифікувати процес розділення рідких продуктів.

2.Техніко - економічне обґрунтування

Проблема переробки молочної сироватки стає все більш актуальною у зв'язку зі збільшенням промислового виробництва твердих сирів, казеїну, творогу і т.п. продуктів.

Частина невикористаної молочної сироватки потрапляє в стічні води, що завдає шкоди навколишньому середовищу. Крім того, при скиданні сироватки у каналізацію, очищення 1 м³ стічних вод з високим вмістом сироватки дорівнює очищенню 400 м³ типових промислових стоків.

Біологічну і харчову цінність молочної сироватки важко переоцінити, а її потрапляння в поверхневі води може призвести до серйозних екологічних наслідків. Тому проблема її комплексної переробки є актуальною і досі невирішеною.

На всіх етапах виробництва і переробки молочної сироватки, велика увага приділяється створенню нових ресурсозберігаючих технологій і удосконаленню існуючих. Особливу роль серед них відіграють мембранні методи: мікрофільтрація, ультрафільтрація, низьконапірний зворотній осмос (нанофільтрація), зворотній осмос та електродіаліз, які на сьогоднішній день використовуються в усіх галузях промисловості. Молочна промисловість була однією з перших галузей, в якій на початку 70-их років за кордоном з'явились мембранні системи. Застосування мембранних процесів є дуже перспективним, тому що дозволяє очищати та концентрувати харчові рідини без впливу температури, дає можливість зберігання нативних властивостей харчових нутрієнтів, використання окремих компонентів сировини і їх фракціонування, отримувати продукти харчування підвищеної якості і цінності, знижувати енергоємність процесів.

Мембранна технологія - метод розділення, який здійснюється на молекулярному та іонному рівнях, який базується на мікро-, ультра-, нанофільтраційних та зворотно осмотичних процесах, є основою для створення нових технологій переробки молочної сировини.

Як бачимо з огляду літературних джерел, найменше інформації про процес нанофільтрації. Це легко пояснити - відсутність таких досліджень і напрацювань. Тому дослідження процесу розділення молочної сироватки за допомогою нанофільтрації (низьконапірного зворотного осмосу) є актуальне.

В Україні конструкції даного типу не розробляються. Порівняльний аналіз мембранних елементів показав про доцільність застосування рулонних елементів. До їх основних переваг можна віднести високу питому поверхню мембран (300-800 м²/м³) та низьку металоємкість.

В даному дипломному проекті буде розроблена мембранна установка з використанням рулонних елементів виробництва фірми «Владіпор» (Росія). Проектна продуктивність установки по молочній сироватці складатиме 37,5 м³/год.

Передбачається, що установка складатиметься з послідовно з`єднаних контурів концентрування, в кожному з яких розташовано фільтраційні апарати, і відцентрового насоса високого тиску марки Wilo-Multivert MVI 1610. В кожному фільтраційному апараті буде розміщено рулонні нанофільтраційні елементи типу МГА-90 фірми «Владіпор» (Росія). Апарати і насоси розташовані на рамі, виконаної із нержавіючої сталі.

Електричний щит управління, запірно-регулююча арматура також розташовані на передній стороні несучої рами.

В процесі роботи відбудеться вимірювання температури на вході в установку, в кожному з циркуляційних контурів. З метою збереження мембранних елементів при відхилені температури від заданих значень управляючий контролер буде подавати попереджуючий сигнал, а у випадку неможливості подальшого підтримання заданого діапазону значень - проводитеме відключення установки із зазначенням причини зупинення.

3. Сутність модернізації. Побудова та принцип роботи обладнання

Молоко та молочні продукти відіграють значну роль у харчуванні людей. Включення молочних продуктів в будь-який харчовий раціон підвищує його повноцінність, сприяє кращому засвоєнню інших компонентів. Направлений біоенергетичний вплив на молоко, як складну полідисперсну систему дозволяє отримати білково-жирові концентрати (сир, казеїн) та молочну сироватку, як побічний продукт.

Одним із перспективних напрямків у молочній промисловості є комплексна переробка молочної сироватки мембранними методами з метою повного використання всіх її компонентів. Метою представленої роботи було розроблення схеми отримання знесоленої сироватки з вмістом сухих речовин 18-20 %, використовуючи мембранні процеси.

Мембранні методи - сучасний інструмент реалізації ряду пріоритетних направлень розвитку науки, технологій і техніки. Їх практичне значення пов'язано перш за все з вирішенням глобальних проблем, що стоять перед людством у XXІ с. створення високих технологій, забезпечення безпеки проживання, виробництво екологічно чистих продуктів харчування, високоякісної питної води, а також формування належного балансу між рішенням соціально економічних проблем і збереженням оточуючого середовища

За допомогою мембранних процесів можна охопити практично увесь діапазон виникаючих задач по розділенню: від самих тонких - концентрування ізотопів, до відносно “грубих” - очищення рідин від часточок субмікронних розмірів. У теперішній час їх використовують в хімічній, нафтохімічній, газовій, фармацевтичній, мікробіологічній, атомній, електронній, харчовій промисловості, медицині, підготовці води з різним подальшим використанням, в аналітичному приладобудуванні і в інших областях.

Необхідно відмітити, що існують області, де мембранні технології взагалі не мають конкуренції - наприклад низькотемпературна стерилізація розчинів дозволяє видаляти не лише бактерії, але і віруси, зберігаючи при цьому цінні якості термічно нестійких речовин. Це особливо важливо при отриманні біологічно активних речовин, лікарських препаратів, ферментів і т.д.

Інтенсивний розвиток нових технологій і створення нових матеріалів з одного боку, повністю перетворюють усю сферу діяльності людини - стан науки, промисловості, сільського господарства, побуту, медицини, охорони здоров'я та ін., з іншого боку - приводять до інтенсивного накопичення відходів. Світова статистика свідчить, що лише 7 - 12% вихідної сировини перетворюється у кінцевий продукт, а приблизно 90% на різних стадіях виробництва і споживання переходить у відходи, які й самі можуть бути цінною сировиною, і переробка її може бути в кілька разів рентабельнішою, ніж вихідної сировини. У зв'язку з цим можливо стверджувати, що ХХІ століття буде в значній мірі націлене на створення екологічно безпечних і саме головне - економічно мало витратних і технологічно обґрунтованих процесів переробки матеріалів, відходів отримання на їх основі корисних і необхідних для суспільства продуктів. Тому мембранні і комбіновані процеси обробки речовин і матеріалів належить віднести до однієї з самих передових технологій.

Сучасні мембранні процеси відрізняються високою селективністю, низькими енерговитратами, простотою апаратурного оформлення і слугують основою створення безвідходних технологій. До основних мембранних процесів у цій галузі можна віднести: баромембранні (мікрофільтрація, ультрафільтрація, нанофільтрація, зворотний осмос) та електромембранні (електродіаліз).

Розділення відбувається за допомогою напівпроникних мембран, які встановлюють у відповідні модулі та установки. Підбір мембран за розміром пор дозволяє розділяти високомолекулярні сполуки від низькомолекулярних або одновалентні іони від двохвалентних тощо.

Баромембранний метод - фізичний спосіб поділу розчинів через напівпроникну перегородку з порами від 1 до 1000 нм. Частина розчинених компонентів та розчинник під дією тиску проходить через мембрану, інша частина - затримується. Відбувається концентрування сполук, що не проходять крізь мембрану. Проникність всіх видів мембран під час роботи знижується, що обумовлено концентраційною поляризацією (шар розчину з підвищеною концентрацією біля поверхні мембрани). Осмотичний тиск і гідродинамічний опір збільшуються. Для зменшення цього ефекту розчин перемішують або значно збільшують швидкість його проходження над мембраною.

В даному дипломному проекті було запропоновано схему демінералізації молочної сироватки з вмістом сухих речовин 18-20 %. Сироватка послідовно проходить такі етапи переробки: спочатку пропускається через мікрофільтраційну установку (видалення казеїну, жиру та бактерій); наступним іде процес нанофільтрації (згущення мікро фільтраційного пермеату до вмісту сухих речовин 18-20 %); завершальною фазою є знесолення отриманого концентрату через електродіаліз ний модуль.

Мікрофільтрація - процес, який використовують для відділення розчинника від колоїдних, або зважених мікрочасточок, розмір яких становить 0,1 - 1 мкм. Робочий тиск 0,03 - 0,1 МПа. Метод є ефективним для підготовки рідин перед проведенням процесів ультрафільтрації і зворотного осмосу.

Призначена для мікрофільтрації молока, концентрації казеїнових білків, витягання сыворочных білків з кислої сироватки, з наступним виробництвом сиру з концентрованого молока.

Використання установки мікрофільтрації дозволяє вирішити наступні технологічні процеси:

· концентрація казеїнових білків в молоці для виробництва сиру;

· нормалізації білку в питному молоці - 2,8% (шляхом використання фильтрата- 0,4% білку) що веде до збільшення виробництва молока або виробництва сиру на 20-25%;

· витягання сироваткових білків з кислої сироватки, внесення як цінної добавки при виробництві молочних продуктів;

· виробництво м'якого сиру з молока з концентрованим змістом казеїнових білків (вихід 1 кг сиру з 3 літрів молока)

Рис. 3.1 Установка мікрофільтрації

Нанофільтрація - порівняно новий метод, який дозволяє утримувати частки в інтервалі 0.01- 0.001 мкм, причому нижня межа методу відповідає 1 нанометру. Цей процес є проміжним між ультрафільтрацією і зворотнім осмосом і поєднує у собі можливості, притаманні цим процесам.

Нанофільтрація набуває поширення в технології переробки молочної сироватки для видалення білків, а також в якості першого ступеня перед електродіалізом. Процес нанофільтрайії має невеликі енергетичні затрати, зберігає цінні харчові компоненти в їх нативній формі і до того ж дає змогу концентрувати цільовий продукт з частковим видаленням одновалентних іонів таких як Na, K, Cl.

Використання процесу нанофільтрації в молочному виробництві найбільш доцільно для попереднього концентрування молочної сировини при виробництві згущених і сухих продуктів, оскільки забезпечує на порядок менші витрати енергоресурсів в порівнянні з вакуум-випарюванням з одночасною частковою (біля 10 %) його демінералізацією.

При нанофільтрації початковий розчин розділяється на два принципово нових продукту: низькомолекулярний (фільтрат) і високомолекулярний. Фільтрат проходить крізь мембрану і віддаляється через дренажну систему, а високомолекулярний продукт концентрується. Нанофільтрація дозволяє

виділяти молочні білки з вторинних продуктів молочної промисловості і цінні речовини з інших харчових розчинів, отримувати додаткові резерви виробництва продуктів харчування.

Нанофільтрацію застосовують при розділенні систем, в яких молекулярна маса розчинених в розчиннику компонентів значно перевищує молекулярну масу розчинника. При розділенні водних розчинів нанофільтрацію використовують, коли розчинені компоненти мають молекулярну масу 500 і вище. Рушійною силою нанофільтрації є різниця тисків. Зазвичай нанофільтрацію проводять при невисоких тисках, в порівнянні зі зворотнім осмосом, а саме рівних 0,1-1,0 МПа.

В процесі нанофільтрації накопичення розчиненої речовини в поверхні мембрани (унаслідок концентраційної поляризації) недопустимо, оскільки при цьому різко знижуються селективність (розділяюча здатність) і проникність мембрани, скорочується термін її служби. Селективність і проникність мембран - це їх найважливіші технологічні властивості.

Апарати для нанофільтрації бувають періодичної і безперервної дії. Апарати періодичної дії застосовують, як правило, тільки в лабораторній практиці. У промисловості працюють проточні апарати безперервної дії.

У цьому дипломному проекті був розроблений апарат у вигляді послідовно з`єднанних між собою труб. В труби вставлені декілька рулонних елементів, що фільтрують. Кожен фільтрувальний елемент складатиметься з накрученого на трубку пакету з двох мембран і "підкладки". Дана трубка має функцію відводу фільтрату для подальшої його обробки. Для створення простору між мембранами буде встановлено сітку - сепаратор.

Початковий розчин рухається по міжмембранних каналах в подовжньому напрямі, а фільтрат по спіральному дренажному шару поступає в трубу і виводиться з апарату.

Збільшення робочої площі мембран в цих апаратах підвищує щільність упаковки, а також знижує вартість виготовлення. Площа мембрани зростає при збільшенні довжини і ширини навивного пакету. Проте ширина пакету обмежена розмірами мембран і дренажного шару. Максимальна ширина пакету досягає 900 мм. Довжина пакету обмежується гідравлічним опором дренажного шару потоку фільтрату і зазвичай не перевищує 2м.

Апарати з рулонними мембранними елементами мають високу питому поверхню мембран (300-800 м2/м3) та низьку металоємкість.

Опис розробленої нанофільтраційної установки

Рис. 3.2 Нанофільтраційна установка безперервної дії

Нанофільтраційна установка рис.1 складається з накопичувального бункера, відцентрового насоса високого тиску, нанофільтраційних модулів та трубопроводів.