Фильтры. Мембраны

                                               Содержание

Введение………………………………………………………………………...3

1 Фильтры………………………………………………………………………4

1.1 Очистка воды фильтрованием……………………. ……………………...4

1.2 Фильтры –  мембраны из углеродных материалов……………………….6

1.3 Общие сведения о фильтровании…………………………………………7

1.4 Режимы фильтрования…………………………………………………….8

2 Мембраны...…………………………………………………..……………..10

2.1 Полупроницаемые  мембраны…………………………………………….11

2.2 Технология  изготовления эластичных мембран………………………...15

2.3 Баромембранные процессы……………………………………………….18

2.4 Мембранное  разделение газов и испарение через мембрану…………..19

Заключение…………………………………………………………………….22

Список литературы……………………………………………………………23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              Введение.

          Данная курсовая работа имеет целью научить студентов самостоятельной работе и выделению полезной и нужной информации из многих источников.

         Тема моего курсового проекта достаточно актуальна в наше время, поскольку процессы фильтрования очень широко используются в химической промышленности и смежных с ней отраслях. Значение процессов фильтрования возрастает с увеличением масштабов производства. Знания физических основ процесса, факторов, задающих режимы работы и качества производимого продукта позволяет учёным наиболее полно использовать рациональные типы современного оборудования фильтрации.

Проектирование  и разработка фильтра в значительной мере зависят от того, какие его  характеристики нужно нам получить, то есть от формулировки критерия.

         Специалисты, работающие в области фильтрования должны глубоко изучить характерные черты этого сложного и многогранного процесса и существующие способы его изучения, чтобы с учётов известных фактов самостоятельно и обоснованно решать вопрос об окончательном выборе фильтра для той или иной цели.

         Уже порядка 10 лет в нашей стране продается одежда, созданная с использованием мембранных материалов. Но многие потенциальные покупатели до сих пор остаются в неведении относительно свойств мембран и поэтому сомневаются в необходимости приобретения таких вещей.

          Поскольку данная тема вызывает живой интерес учёных всего мира, в последнее время написано много книг и журнальных статей, в какой-то степени раскрывающих сущность и закономерности протекания процесса фильтрования и использования мембранных технологий.  
 
 

                                             1. Фильтры

          1.1 Очистка воды фильтрованием. Принцип действия и основные понятия.

Процесс очитки воды фильтрованием заключается  в её пропуске через пористую среду, на поверхности или в порах  которой при этом происходит накопление частиц загрязнений, извлекаемых из очищаемой воды.

          В зависимости от качества очищаемой воды, требуемой степени её осветления и производительности установок применяют фильтры с различными устройством пористой фильтрующей среды:

Фильтры с зернистой  загрузкой, в которых в качестве фильтрующей среды используют слой из зёрен различных материалов; зёрна  величиной от 0,3 до 2 мм, высота слоя – от 0,5 до 2 мм. В качестве фильтрующей загрузки применяются самые разнообразные природные и искусственные материалы: кварцевый песок, дроблённый антрацит, дроблённый керамзит и др.;

Сетчатые фильтры, в которых в качестве фильтрующего слоя используются сетки с мелкими  отверстиями для задержания находящихся  в воде взвешенных частиц. Применяются  разнообразные по конструктивному  оформлению сетчатые фильтры, в которых  используются металлические сетки, ткань, стеклоткань, сетки из синтетических  материалов и т.п.;

Намывные фильтры, в которых фильтрующая среда  образуется из специальных порошков, вводимых в очищаемую воду и накапливающихся  на каркасе фильтра. В качестве фильтрующих  порошков применяют диатомит, перлит, древесную муку, кизельгур и пр.; каркас может быть выполнен из сетки  или из объёмных пористых элементов;

Фильтры, в которых  в качестве фильтрующей среды  используются эластичные или жёсткие  объёмные пористые материалы.

Доминирующее  распространение в коммунальном водоснабжении получили фильтровальные сооружения и устройства с зернистыми загрузками ввиду относительной  простоты регенерации фильтрующего слоя из зернистых материалов, а также из-за меньшего, по сравнению с другими типами фильтров, необходимого давления для пропуска воды через фильтрующую среду при одновременном достижении необходимой степени очистки воды, а также возможности очистки больших количеств воды.

           В коммунальном водоснабжении распространены также и сетчатые фильтры барабанного типа. Однако они в большинстве случаев не обеспечивают получения воды питьевого качества и поэтому их используют лишь как вспомогательные для предварительной, частичной очистки воды.

Несмотря на конструктивные особенности, каждый фильтр должен иметь следующие элементы: корпус фильтра; зернистую фильтрующую  загрузку; дренажно-распределительную  систему; систему отвода промывной  воды; трубопроводы для подачи и  отвода осветляемой и промывной  воды; запорную арматуру; контрольно-измерительную  аппаратуру.

          Фильтры могут включать в себя и другие элементы, например поддерживающие гравийные слои, устройства для подачи и распределения воздуха при использовании водовоздушной промывки и т.п.

          По конструктивному исполнению фильтры могут быть напорными и открытыми. Если в напорных фильтрах давление в надзагрузочном пространстве создаётся насосами, то в открытых фильтрах оно определяется высотой столба воды над фильтрующим слоем, которая лимитирует высотным расположением водоочистных сооружений

         В основном идентичные по принципу действия используемые фильтровальные сооружения и устройства классифицируются по ряду признаков: скорости фильтрования; давлению, под которым они работают; виду и режиму промывки; способу подготовки и обработки воды перед фильтрованием; конструктивному оформлению всех основных элементов, из которых состоят фильтры. При этом часто обеспечение тех или иных признаков определяет соответствующее конструктивное оформление фильтрованных сооружений и устройств.  
 

         1.2 Фильтры-мембраны из углеродных материалов.

        Области применения

Назначение фильтров - тонкая очистка жидких продуктов  при микро- (0,1-10 мкм) и ультрафильтрации (0,001-0,1 мкм).

        Основные области применения фильтров-мембран:

- производство пищевых продуктов (вода, пиво, соки, вина и другие спиртные напитки, творог и т.п.)

- очистка крови, плазмы и кровезаменителей

- производство медицинских препаратов

- очистка сточных вод

- очистка нефтепродуктов

       Описание.

Технические и  эксплуатационные характеристики:

- Рабочее давление, МПа, макс. 0.6

- Рабочая температура, °C, макс. 300

pH 0 - 14

- Модуль упругости материала, МПа 7000

- Производительность через 1 м2 поверхности, 1/час 90

- Фильтры-мембраны изготавливаются в виде трубок; максимальный наружный диаметр - 10 мм, максимальная длина - 1200мм.                   Преимущества - по сравнению с аналогами материал фильтров выдерживает давление разрыва в 2 раза большее, что позволяет повысить производительность обработки на 40%.  
 
 
 
 
 
 

                       1.3 Общие сведения о фильтровании.

        Фильтрованием называют процессы разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые задерживают одни фазы этих систем и пропускают другие. К этим процессам относятся разделение суспензий на чистую жидкость и влажный осадок, аэрозолей на чистый газ и сухой осадок или на чистый газ и жидкость. Закономерности, характеризующие процессы разделения перечисленных неоднородных систем, наряду с общими чертами имеют также существенные отличия, причём закономерности процесса разделения суспензий установлены полнее по сравнению с соответствующими закономерностями для аэрозолей.

      Целесообразно различать понятия «фильтрование» и «фильтрация», обозначая первым из них процессы разделения суспензий и других неоднородных систем в промышленных и лабораторных условиях, а вторым – процессы движения жидкостей и газов через пористые грунты в природных условиях. По аналогии термины фильтрование и фильтрация применяют к процессам разделения лучей, переменных токов и звуковых колебаний, т.е. к процессам, для осуществления которых вместо пористой среды используются соответствующие физические приборы.

Однако неправильно  называть фильтрованием процесс  разделения аэрозолей посредством  осаждения твёрдых частиц или  капелек жидкости в электростатическом поле электрофильтров. Поскольку для  проведения этого процесса пористую перегородку не применяют, его следует  называть электростатическим осаждением.

        В химической промышленности широко используется процесс фильтрования. Знание физических основ процесса, факторов, определяющих режимы работы и, в конечном счёте, качество производимого продукта, позволит использовать наиболее рациональные типы современного фильтровального оборудования.

       Обслуживание фильтровального оборудования требует достаточной теоретической подготовки, знания конструкций применяемого оборудования, умения обеспечить наиболее рациональные режимы работы при изменении физических характеристик поступающих суспензий. Мы можем рассмотреть механизм процесса фильтрования и промывки осадков, типовые конструкции фильтровального оборудования, особенности его работы, преимущества и недостатки.  
 

                                    1.4 Режимы фильтрования.

        В производственной практике применяют различные режимы фильтрования. В зависимости от способа получения разности давлений по обе стороны фильтровальной перегородки различают три режима фильтрования.

1) Постоянная  разность давлений и уменьшающая  скорость фильтрования.

2) Постоянная  скорость фильтрования и увеличивающаяся  разность давлений.

3) Переменные  скорости фильтрования и увеличивающаяся  разность давлений.

       Разделение суспензий можно проводить для получения твёрдой или жидкой фазы, когда другая фаза является отходом, а также для одновременного получения твёрдой и жидких фаз.

       Разделение суспензии, состоящей из жидкости, в которой взвешены твёрдые частицы, производится при помощи фильтра. В простейшем случае он является сосудом, разделённым на две части пористой фильтровальной перегородкой. Суспензию помещают в одну часть этого сосуда таким образом, чтобы она соприкасалась с фильтровальной перегородкой. В разделённых частях сосуда создаётся разность давлений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, а твёрдые частицы задерживаются этой перегородкой. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок.

       В промышленных условиях применяют разнообразные , часто довольно сложные по конструкции фильтры, причём фильтровальная перегородка обычно имеет плоскую или цилиндрическую форму.

       Фильтры чаще всего подразделяются на периодические действующие и непрерывно действующие. В первых фильтровальная перегородка неподвижна, во вторых она непрерывно перемещается по замкнутому пути. При этом в фильтрах периодического действия на всех элементах перегородки одновременно осуществляются одни и те же процессы, например поступление суспензии, образование осадка или его удаление.

В фильтрах непрерывного действия на различных элементах  перегородки происходят разные процессы в зависимости от того, на каком  участке замкнутого пути находится  в данный момент рассматриваемый  элемент перегородки; так, на один участок  перегородки поступает суспензия, а на других её участках образуется и удаляется осадок.

       Можно также подразделить фильтры по направлениям движения фильтрата и действия силы тяжести, поскольку оседание твёрдых частиц суспензий под действием этой силы влияет на закономерности фильтрования. Указанные направления могут совпадать, быть противоположными или перпендикулярными друг другу.