Аппарат (см. рис.
3) состоит из корпуса 4, выполненного в виде трубы из нержавеющей стали, в которой размещается от одного до четырех рулонных модулей 8. Модуль формируется навивкой пяти мембранных пакетов на пермеатоотводящую трубку в. Пакет образуют две мембраны 11, между которыми расположен дренажный слой 13. Мембранный пакет герметично соединен с пермеатоотводяшей трубкой, кромки его также герметизируют, чтобы предотвратить смешение разделяемого раствора с пермеатом.
Для создания необходимого зазора между мембранными пакетами при навивке модуля вкладывают крупноячеистую сетку-сепаратор 12, благодаря чему образуются напорные каналы для прохождения разделяемого раствора.
Рисунок З — Схема устройства аппарата рулонного типа
1 — накладное кольцо; 2 — упорное кольцо;
3 — крышка; 4 — корпус; 5 — решетка;
6 — трубка для отвода пермеата;
7 резиновое кольцо; 8 — рулонный модуль;
9 — резиновая манжета; 10 — резиновое кольцо;
11 — мембраны; 12 — сетка-сепаратор;
13 — дренажный слой
Герметизация пермеатоотводящих трубок в аппарате обеспечивается резиновыми кольцами 7. Герметизация корпуса осуществляется с помощью крышек 3. резиновых колец 10 и упорных разрезных колец 2, помещаемых в прорези накидного кольца 1, привариваемого к корпусу 4. Исходный раствор через штуцер поступает в аппарат и проходит через нитки модуля (напорные каналы) в осевом направлении. Последовательно проходя все модули, раствор концентрируется и удаляется из аппарата через штуцер отвода концентрата. Прошедший через мембраны пермеат транспортируется по дренажному слою к пермеатоотводящей трубке, проходит через отверстия в ее стенке и внутри трубки движется к выходному штуцеру.
С целью предотвращения телескопического эффекта (возникающего вследствие разности давлений у торцов модулей и приводящего к сдвигу слоев навивки в осевом направлении) у заднего торца модуля устанавливают антителескопическую решетку 5, в которую он упирается.
Байпасирование жидкости в аппарате предотвращено резиновой манжетой 9, перекрывающей зазор между рулонным модулем и внутренней стенкой корпуса. Основные характеристики аппарата ЭРО-Э-6,5/900 приведены в табл.
2.
Таблица 2
Основные характеристики аппарата ЭРО-Э-6,5/900 [1]
Длина рулонного модуля lм м 0,90 Длина пакета ln м 0,95 Ширина пакета bn м 0,83 Высота напорного канала, равная толщине сетки-сепаратора δc м 5 10−4 Толщина дренажной сетки δд м 3 10−4 Толщина подложки δ1 м 10−4 Толщина мембраны δ2 м 10−4 Число элементов в модуле п nэ м 5 Материал корпуса Сталь Х18Н10Т диаметр корпуса мм 130×5 Толщина крышки м 2,5 10−2 Диаметр крышки м 0,108
Определим параметры аппарата, необходимые для расчетов. Поверхность мембран в одном элементе определяется произведением 2lnbn. Учитывая, что часть этой поверхности используется для склеивания пакетов (примерно на длине 0,05м) и не участвует в процессе обратного осмоса, рабочую поверхность мембран в одном элементе Fэ определим по соотношению [1]:
Fэ = 2(ln — 0,05) (bn — 0,05) = 2(0,95−0,05)(0,83−0,1) = 1,315 м².
Рабочая поверхность мембран в одном модуле Fм, равна произведению Fэ на число элементов в модуле:
Fм = Fэ · nэ = 1,315 · 5 =6,57 м².
Примем, что аппарат состоит из двух модулей. Тогда рабочая поверхность мембран в аппарате:
FА = 2Fм = 2· 6,57 ≈ 13 м².
Сечение аппарата, по которому проходит разделяемый раствор:
Sc = nc· δc (ln-0,05) = 5· 5·10−4 (0,95−0,05) = 2,25 · 10−3 м2.
Общее число аппаратов в мембранной установке (округляем до целого значения):
n = F/FA =693/13 = 55.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По исходным данным был рассчитан и спроектирован аппарат с РФЭ типа ЭРО-Э-6,5/900 для концентрирования 5 кг/с водного раствора CuSO4 от концентрации х1Н=0,7% до х2К=30% (масс), а в частности выбор ацетатцеллюлозных мембран. Расчет производился с применением программы Microsoft Excel.
В ходе выполнения данной работы был проведен сравнительный анализ подобных аппаратов и рассмотрен их принцип работы. На основании методики, изложенной в [1], и выданного задания проведен расчет. По результатам расчета выполнены: технологическая схема установки обратного осмоса и чертеж аппарата обратного осмоса с рулонными элементами.
1 Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. — М.: Химия, 1992. 406с.
2 Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. — М.: Химия, 1992. 406с.
3 Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов хим. Технологии. — Л.: Химия, 1987. 576 с.
