膜技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)與實(shí)踐技巧和提示(2)
² 卷式膜組件 膜殼設(shè)計(jì) 在市場(chǎng)上有許多不同的膜殼設(shè)計(jì),可以根據(jù)材料(不銹鋼和高分子)或功能(側(cè)面端口進(jìn)出或通過(guò)端蓋進(jìn)出)進(jìn)行分類(lèi)。 高分子膜殼一般都由加固的聚酯玻璃鋼制成。這種設(shè)計(jì)已有30多年并工作良好。但也并不是毫無(wú)問(wèn)題。它們?cè)诘孛嫠秃K拿擕}處理中運(yùn)用良好,但對(duì)其余的產(chǎn)品卻有些問(wèn)題。多數(shù)高分子膜殼使用一個(gè)拉緊環(huán)來(lái)穩(wěn)固端蓋。 不銹鋼膜殼早先專(zhuān)用于乳制品行業(yè)。如今它們的應(yīng)用已越發(fā)廣泛了。結(jié)構(gòu)上以側(cè)端口作為標(biāo)準(zhǔn)。一些不銹鋼膜殼的結(jié)構(gòu)和玻璃鋼膜殼相同,這樣會(huì)造成其端蓋的難以移開(kāi)。不銹鋼膜殼的內(nèi)部需電鍍磨光。否則幾乎不可能將組件推進(jìn)推出。 玻璃鋼膜殼只有三種標(biāo)準(zhǔn)直徑:2.5英寸、4英寸和8英寸。不銹鋼膜殼則有一個(gè)非常寬泛的標(biāo)準(zhǔn)范圍,且無(wú)標(biāo)準(zhǔn)直徑。 不幸地是在歐洲,使用的大多數(shù)不銹鋼膜殼運(yùn)用的都是美國(guó)英寸度量標(biāo)準(zhǔn),且標(biāo)準(zhǔn)的乳制品尺寸較常見(jiàn),但2.5英寸、4英寸和8英寸直徑的膜殼卻較難找到。 表12是以上內(nèi)容的總結(jié)。 表12 玻璃鋼和不銹鋼膜殼的比較
圖1 側(cè)端進(jìn)出口的不銹鋼膜殼有兩種:4口型,使用這種膜殼可以作為無(wú)外部產(chǎn)品副件的模塊,且另一種類(lèi)型則使用內(nèi)部副件的排列。?(見(jiàn)圖1)使用者可以自己確定使用哪種類(lèi)型,但事實(shí)上大多數(shù)的系統(tǒng)都建成外部副件型。 側(cè)端進(jìn)入型的主要優(yōu)點(diǎn)是在衛(wèi)生級(jí)系統(tǒng)中允許高流量。但在水脫鹽中很少使用。 卷式膜組件的尺寸在當(dāng)今是非常關(guān)鍵的。外徑、組件長(zhǎng)度和中心管的內(nèi)徑都沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。因此更換組件使供貨商變得非常困難,也給模塊制造商帶來(lái)許多麻煩。 每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量-壓降 為了確定每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量,必須考慮以下幾點(diǎn): n 首先確定使用的是RO/NF還是UF/MF; n 然后審查整個(gè)處理過(guò)程; n 第三,確定每個(gè)膜組件能耐受的壓降值。 以下兩點(diǎn)應(yīng)更值得注意: n 傳導(dǎo)膜壓(TMP)(膜殼進(jìn)口和出口之間的壓力變化); n 通過(guò)每個(gè)膜殼的壓降。 傳導(dǎo)膜壓代表了一個(gè)膜殼進(jìn)口和出口之間的壓力改變值。壓力的降低是負(fù)荷通過(guò)膜組件的結(jié)果。具體例子見(jiàn)表13。 我們很容易理解的是,如果進(jìn)水壓力是10bar,則進(jìn)出口之間的壓力變化很小,并可忽略不計(jì)。但如果進(jìn)水壓力只有1~5bar,那就完全不同了。因此,在一個(gè)膜殼中所有的組件最好有相同的傳導(dǎo)壓力。而在低壓操作中,組件的最大數(shù)量將減少。下表將作出相應(yīng)說(shuō)明 表13 卷式膜組件的壓降舉例
表14 每個(gè)40″組件的壓降(bar)
表15 每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量
膜和系統(tǒng)的局限性 溫度 膜的一般簡(jiǎn)介 以醋酸纖維作材料的膜有其本身的溫度限制,其上限操作溫度大約在35℃。 PSO、PVDF和PAN材料能耐較高的溫度。PSO和PVDF膜據(jù)稱(chēng)可在95℃下操作而沒(méi)問(wèn)題。PSO的操作溫度更可達(dá)120℃。 一般來(lái)說(shuō)復(fù)合膜的操作溫度至少可達(dá)80℃,在低壓情況下,它們可經(jīng)受更高的溫度,如熱消毒時(shí)。 膜系統(tǒng)的耐溫能力大多數(shù)情況下并不僅受膜本身的溫度限制而限制,而更主要受膜的構(gòu)型和膜系統(tǒng)中的其它組件的限制。 ² 卷式膜組件 一般卷式膜組件的溫度上限為45℃。這個(gè)限制對(duì)用于水脫鹽的標(biāo)準(zhǔn)組件是有效的,但目前市場(chǎng)上已有能耐更高溫度的卷式膜組件。雖然在水脫鹽中45℃并不是一個(gè)最高溫度限制,但對(duì)于食品和分離行業(yè)的個(gè)案卻有問(wèn)題。經(jīng)過(guò)了許多試樣和失敗后,一些公司已經(jīng)成功地研制出了耐溫穩(wěn)定的膜組件。 多年來(lái)用于乳制品行業(yè)的組件已可以在比供貨商原先說(shuō)明的更高的溫度(和壓降)下操作了。如今,在乳制品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組件的真正溫度限制是55℃,在正常操作中很少會(huì)在這個(gè)溫度下操作。 一種新型的具有標(biāo)準(zhǔn)的30mil菱形流道的組件可以耐受更高的溫度。這種組件的銷(xiāo)售名稱(chēng)為Duratherm®。這些組件可以在70℃下持續(xù)操作,短時(shí)期可加溫到90℃,而同時(shí)可保持正常的膜使用壽命。但必須注意通量,并保持低于35lmh,這樣可以確保操作壓力保持低壓。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)水流道的使用,這種類(lèi)型的組件只用于純水操作。 有較寬進(jìn)水流道的組件可以在進(jìn)水含較高溶解性固體的情況下操作。標(biāo)準(zhǔn)膜組件使用50mil的流道,但較寬的流道可達(dá)90mil,可以處理較難處理的液體。用這種類(lèi)型的膜,這些組件可以持續(xù)操作在90℃溫度下。來(lái)自DESALTM公司的此種類(lèi)型的膜其銷(xiāo)售名稱(chēng)為DURATHERM®EXCEL。好的溫度穩(wěn)定性可以確保這些組件徹底滅菌,或者它們可以持續(xù)操作在理論上微生物不會(huì)有任何生長(zhǎng)的溫度下。 膠的超濾中的膜可以喜愛(ài)80~90℃下操作多年。最近一個(gè)個(gè)案表明除硅石的蒸發(fā)器冷凝物的RO處理其操作溫度接近90℃。 記錄表明:DESALTM膜組件已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域起主導(dǎo)地位,可以在140℃無(wú)水操作。這可能已經(jīng)非常接近高分子膜的極限。 表16 卷式膜已經(jīng)的溫度限制
請(qǐng)仔細(xì)閱讀供貨商提供的有關(guān)膜組件的說(shuō)明書(shū) , 關(guān)注如 pH 、通量和壓力等方面的限制 。 高溫操作一個(gè)正面的影響是:高溫可以增加通量(見(jiàn)優(yōu)化壓力和溫度一節(jié))。90℃下操作可以在相同壓力下將通量從100%提高到300%。但更好的方法是將壓力(NDP)減少到三分之一,這樣可以減少電耗。 高溫一般被認(rèn)為問(wèn)題比較多。但作者也經(jīng)常發(fā)現(xiàn):即使在高溫下比常溫必須對(duì)一些細(xì)節(jié)予以更多的關(guān)注和重視,但高溫膜操作還是有許多優(yōu)點(diǎn)。我們應(yīng)注意主要的原則:溫度越高,必須越關(guān)注其組件和膜的物理特性。 -過(guò)大的傳導(dǎo)膜壓力將使膜變得非常平(壓緊),導(dǎo)致不可挽回的通量的下降。 -過(guò)大的壓降將導(dǎo)致膜和/或構(gòu)件的高分子材料移動(dòng),有時(shí)破裂,最終導(dǎo)致膜的徹底損壞。 除了卷式膜外的其它系統(tǒng)。 n 纖維系統(tǒng)一般可耐溫達(dá)80℃; n 無(wú)支撐磨管的低價(jià)管式膜系統(tǒng)一般注明最大操作溫度為35℃; n 有支撐的高價(jià)管式膜系統(tǒng),如一個(gè)不銹鋼的支撐排列可以耐溫超過(guò)80℃; n 中空精細(xì)纖維系統(tǒng)溫度限制<50℃; n 板框式系統(tǒng),根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì),操作溫度可>80℃,但一些較陳舊的系統(tǒng)在高溫操作時(shí)壓力穩(wěn)定性有些問(wèn)題。 壓力 所有的膜對(duì)壓力都是敏感的。“壓緊”(compaction)一詞常用于描述由于壓力而導(dǎo)致膜的不可反轉(zhuǎn)的“變平”。除了膜本身受到的危害外,其至關(guān)重要的是要有適當(dāng)?shù)闹?,防止壓力將膜擠壓入支撐材料。 因此仔細(xì)地閱讀和遵守供貨商的說(shuō)明書(shū)是非常重要的。通常這類(lèi)說(shuō)明書(shū)不僅基于理論計(jì)算而且得之于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),因此我們何必去重復(fù)別人的失敗經(jīng)歷呢?
表17 典型的壓力限制,bar
“壓緊”是由于壓力和溫度引起的。(見(jiàn)表18) 表18 避免壓緊的指導(dǎo)方針(不適用于CA膜)
關(guān)于膜的最大允許溫度和壓力沒(méi)有固定的準(zhǔn)則。表18內(nèi)的指導(dǎo)方針除了CA膜外適用于所有的膜。表18A提供了一些用Wagner單位換算的關(guān)于溫度/壓力關(guān)系的一般原則。注意:溫度比壓力更危險(xiǎn)!因此,當(dāng)操作接近上限溫度時(shí),建議盡可能限制壓力。 表18A 避免或使壓緊最小化的指導(dǎo)方針
pH 除了CA膜外大多數(shù)的膜對(duì)極端pH有較好的耐受力。一般對(duì)許多膜主要的限制是因?yàn)槭褂昧司埘ヒr背,經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用其pH上限為11.5。在很高的pH值下許多膜的性能將發(fā)生改變,但還可以用。多數(shù)膜在低pH值下比較穩(wěn)定。
表19 不同膜材料的pH限制
*) 同時(shí)低pH和高溫可能減少水通量,有時(shí)會(huì)達(dá)到零,并不可逆轉(zhuǎn)。 **) 目前的趨勢(shì)應(yīng)增加TFM的高pH穩(wěn)定性。 ***) 在室溫下有效。溫度提高膜的損壞老化將加快。不同類(lèi)型的聚酯胺薄膜在低pH下穩(wěn)定性方面有較大不同。 進(jìn)水流量 對(duì)膜沒(méi)有絕對(duì)的進(jìn)水流量限制。但膜或組件的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)其有所限制。 粘性 進(jìn)水的粘度本身并不是個(gè)問(wèn)題,但高粘度將導(dǎo)致較高壓降。因此只要壓降允許,通量滿(mǎn)足要求并穩(wěn)定,粘度才不能為操作問(wèn)題??梢?jiàn)除了高粘度進(jìn)水對(duì)于一個(gè)膜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不僅是個(gè)膜的問(wèn)題,更是一個(gè)工程問(wèn)題。 系統(tǒng)組件 一個(gè)膜系統(tǒng)不僅僅包括膜本身。本節(jié)將看重討論膜系統(tǒng)中的主要組件。 加熱/冷卻和熱交換器 在膜系統(tǒng)中常用多管(管式和殼形)熱交換器用于加熱和冷卻。加熱或冷卻的介質(zhì)在管子外面,而產(chǎn)品在內(nèi)部。這種結(jié)構(gòu)可以耐高壓,因此可以耐壓達(dá)70bar的設(shè)備還是比較常見(jiàn)的。 多管熱交換器其工作方式不同于傳統(tǒng)的盤(pán)式熱交換器。主要不同點(diǎn)在于: n 在一個(gè)信道內(nèi)產(chǎn)品的溫度變化很小,一般僅0.5℃或更?。?/font> n 相比于熱交換介質(zhì)的流量,產(chǎn)品流量大。 由于產(chǎn)品的冷卻需求不僅僅為了產(chǎn)品的加熱或冷卻還受水泵能耗的限制,因此一般選擇多管熱交換器。溫度一般能保持一段較長(zhǎng)時(shí)間。而通過(guò)一個(gè)多管熱交換器的壓降都比較低。 多管熱交換器可以從APV-Pasilac和Uniq Filtra tion公司處購(gòu)買(mǎi)。 閥門(mén) 在膜系統(tǒng)中不同行業(yè)需要不同類(lèi)型的閥門(mén),以下是一些例子: n 乳制品行業(yè):衛(wèi)生級(jí)蝶閥和針式閥; n 純水行業(yè):球閥和針式閥; n 紙漿和造紙行業(yè):任何型號(hào),多數(shù)為球閥; n 廢水專(zhuān)案:任何型號(hào),多數(shù)為球閥。 一些機(jī)械工程師聲明,球閥和蝶閥不能用于流量或壓力控制。理論上這可能是對(duì)的,但在模行業(yè)中實(shí)踐同這種觀(guān)點(diǎn)相矛盾。這些類(lèi)型的閥門(mén)用于控制目的比較困難,但也不是不可能。球閥和蝶閥的一個(gè)有利的方面是,它們具有允許流量和壓降有較大不同的性能,如此被用來(lái)獲得生產(chǎn)和清洗的正確條件。 在膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)主要頭痛的問(wèn)題是高體積濃縮率的回流設(shè)備,這意味著系統(tǒng)必須根據(jù)小流量濃縮來(lái)控制。在這兒用的閥門(mén)是一種針式閥。如果濃液中不含有懸浮固體,這種類(lèi)型一般能運(yùn)行良好,但很少的懸浮固體卻能通過(guò)針式閥,嚴(yán)重阻塞濃縮口而導(dǎo)致控制問(wèn)題。 當(dāng)在含有懸浮固體很多的液體中操作時(shí),控制問(wèn)題可以通過(guò)“止水濃縮閥”來(lái)解決。方法如下:系統(tǒng)中安裝有兩個(gè)定時(shí)器和一個(gè)自動(dòng)閥,此閥一般情況下全關(guān)。定時(shí)器1控制閥門(mén)開(kāi)啟的周期長(zhǎng)度,定時(shí)器2控制閥門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間。當(dāng)定時(shí)器1啟動(dòng)時(shí),濃縮閥全開(kāi),濃縮快速進(jìn)行。當(dāng)定時(shí)器2啟動(dòng)時(shí),濃縮閥完全關(guān)閉。用這種方法可以得到精確的濃縮控制。 用于濃縮的控制閥對(duì)在反沖洗過(guò)程(CIP)中所需的大水量來(lái)說(shuō)太小。因此,需要平行于濃縮閥安裝一個(gè)反沖洗閥門(mén),(見(jiàn)圖2),反沖洗閥一般是一個(gè)3或4路蝶閥,如果從T形接頭到閥門(mén)的管道的長(zhǎng)度短于或等于管道內(nèi)徑的三倍,這種設(shè)計(jì)可以被認(rèn)為是衛(wèi)生級(jí)的。在RO系統(tǒng)中,可能可以使用一種大口徑的低壓活塞閥,雖然這有些違背原則。其訣竅是通過(guò)擠壓出口的密封將高壓引向活塞的一側(cè),換句話(huà)說(shuō)將水流引向標(biāo)準(zhǔn)方向的相反,在生產(chǎn)過(guò)程中,壓力使閥門(mén)保持關(guān)閉,閥門(mén)無(wú)法打開(kāi)。在反沖洗和沖刷過(guò)程中,管線(xiàn)的壓力很低以致閥門(mén)無(wú)法打開(kāi)。(發(fā)明者:Tom Sirnes)
圖2 濃縮閥 根據(jù)教科書(shū)所說(shuō),球閥和蝶閥由于其性能因素不適合用于調(diào)節(jié)。但經(jīng)驗(yàn)表明這類(lèi)閥門(mén)在膜過(guò)濾工廠(chǎng)中可以用于調(diào)節(jié)。 泵也可用作特殊的閥門(mén)。在處理有高粘度產(chǎn)品和許多懸浮固體的液體的系統(tǒng)中,帶變頻器的正位移泵可以用作背壓閥。這也可以用來(lái)剪切敏感產(chǎn)品如蛋白。 壓力測(cè)量 在膜過(guò)濾系統(tǒng)中壓力是驅(qū)動(dòng)力,必須被監(jiān)測(cè) 。以前只可以使用含有振動(dòng)板的測(cè)量?jī)x,并且必須經(jīng)過(guò)充分減振。使用Bourdon類(lèi)型的測(cè)量?jī)x的一個(gè)主要問(wèn)題是無(wú)法調(diào)節(jié)并且無(wú)法精確地讀出壓力。 本人喜歡使用壓力變速器,因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁└泳_的讀數(shù)并很容易標(biāo)定。采用信號(hào)可以用于數(shù)據(jù)記錄,并實(shí)現(xiàn)膜系統(tǒng)的電子控制。壓力變速器的精確度一般高于Bourdon類(lèi)型的測(cè)量?jī)x10倍,這對(duì)于膜系統(tǒng)中壓降的確定非常重要,是一個(gè)非常重要的測(cè)量參數(shù)。如果壓降的增加超過(guò)正常值,而流量條件正確,那么表明發(fā)生了物理縮比例或膜阻塞。 用普通的測(cè)量?jī)x幾乎無(wú)法測(cè)量 壓降 ,因?yàn)閷?duì)于一個(gè)40bar的操作壓力,壓力測(cè)量?jī)x可能的最大壓力指示會(huì)達(dá)到60或100bar。即使是很好的壓力計(jì)其誤差值有1%,通過(guò)轉(zhuǎn)換達(dá)1bar。為了計(jì)算壓降,用讀出的進(jìn)口壓力減去出口壓力。如果一個(gè)壓力計(jì)顯示40bar,另一個(gè)為38bar,由于壓力計(jì)本身的誤差,真正的差值一般在0~4bar。換句話(huà)說(shuō),壓力計(jì)導(dǎo)致較高的錯(cuò)誤結(jié)果,而壓力變速器可以提供更可靠的資料。
流量測(cè)定儀 在膜系統(tǒng)中需要嚴(yán)格的流量測(cè)量和控制。一般使用轉(zhuǎn)子流量計(jì),它們?cè)谟刹僮鲉T進(jìn)行日常讀數(shù)的系統(tǒng)中足夠了,但也有些缺點(diǎn),它們一般只提供一個(gè)視覺(jué)的讀數(shù)而不提供可以數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)。因此,如果產(chǎn)品是比較混濁或帶有顏色,它們幾乎沒(méi)有用,且如果產(chǎn)品的密度或粘度不同于水它們的讀數(shù)也不正確??傊鼈冎荒苡糜谌粘1O(jiān)測(cè)。 如今一直使用的流量計(jì)是電磁流量計(jì)。雖然電磁流量計(jì)看起來(lái)較貴,但它非常精確,可以測(cè)出系統(tǒng)中的實(shí)際流量。丹麥Sikeborg公司的ProcesData流量計(jì)價(jià)格不貴且質(zhì)量相當(dāng)好,可以滿(mǎn)足乳制品行業(yè)的衛(wèi)生級(jí)標(biāo)準(zhǔn),還有許多大的電磁流量計(jì)供貨商,如Krohne(德國(guó))、Siemens(德國(guó))Fischerard、Porter(英國(guó))、Danfoss(丹麥)。 市場(chǎng)上多數(shù)流量計(jì)都用于普通場(chǎng)合,其實(shí)還有許多其它的類(lèi)型,如Burchert流量計(jì)使用一個(gè)小的信號(hào)裝置指示流量。由于這種流量計(jì)可以耐受90℃高溫和高壓,因此可以用于許多案例的測(cè)試。但不適用于流量大、產(chǎn)品中顆粒和纖維多的場(chǎng)合。 我們 應(yīng)該特別注意透過(guò)液流量計(jì) 。這里的問(wèn)題主要是用于生產(chǎn)和反沖洗循環(huán)過(guò)程的透過(guò)液流量計(jì)是很不同的。在超濾系統(tǒng)中,反沖洗流量一般要高10~30倍。在這種情況下,流量計(jì)變成了一個(gè)喉結(jié),這不是我們所希望和接受的。解決的方法之一是為反沖洗裝置設(shè)置一個(gè)旁路閥,另一種方法是選擇的電磁流量計(jì)口徑應(yīng)同時(shí)適合于生產(chǎn)和反沖洗的流量。 極少的流量計(jì)能耐受 RO 和 NF 系統(tǒng)中的壓力、 pH 和溫度。因此為這類(lèi)膜過(guò)程選擇流量計(jì)時(shí)必須特別注意。
儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 膜系統(tǒng)中使用的儲(chǔ)罐為了便于排水徹底應(yīng)作成圓錐形或斜底。否則一些顆粒、晶體或其它沈淀物質(zhì)將積在儲(chǔ)罐底部,遲早導(dǎo)致一些化學(xué)的、機(jī)械的或生物細(xì)菌的問(wèn)題,或者三種問(wèn)題同時(shí)發(fā)生。同時(shí)儲(chǔ)罐的蓋子應(yīng)較松,便于沖洗和人工清洗。 不管是否可能,儲(chǔ)罐內(nèi)部不設(shè)加熱盤(pán)或液位開(kāi)關(guān)也是非常重要的。所有的測(cè)量裝置應(yīng)該置于儲(chǔ)罐外部。液位控制最好使用壓力傳感器,溫度測(cè)量裝置可以用管子連通裝置而不要置于儲(chǔ)罐內(nèi)。 儲(chǔ)罐最適宜的材料是不銹鋼。其它多數(shù)材料都有內(nèi)在的溫度限制。 在大型的超濾(UF)系統(tǒng)中,一般在進(jìn)水平衡槽旁設(shè)置一個(gè)滲透液槽,按 一般慣例是建兩個(gè)儲(chǔ)罐作為一個(gè)溢流單元。這樣可以在生產(chǎn)過(guò)程中將透過(guò)液和濃液分離開(kāi),但是當(dāng)把超大流量作為透過(guò)液時(shí),在沖刷過(guò)程和反沖洗過(guò)程中允許透過(guò)液自流入進(jìn)水平衡槽,這樣的作法在許多膜系統(tǒng)中被證明是很切實(shí)可行的。
圖3 兩個(gè)進(jìn)水儲(chǔ)罐 使用一個(gè)壓力傳感器和兩個(gè)氣動(dòng)閥可以使液位控制比較便宜。儲(chǔ)罐內(nèi)的液位傳感器可以將液位轉(zhuǎn)換成3~15psi的信號(hào),而兩個(gè)控制進(jìn)水和出水壓力的氣動(dòng)閥負(fù)擔(dān)各自的范圍,一個(gè)在3~9psi(水閥)下操作,而另一個(gè)在9~15psi(產(chǎn)品閥)下操作。見(jiàn)圖3,兩個(gè)進(jìn)水儲(chǔ)槽。Uniq Filtration生產(chǎn)了用于食品行業(yè)的衛(wèi)生級(jí)液位傳感器。 當(dāng)儲(chǔ)罐是空的時(shí)候,兩個(gè)閥門(mén)全開(kāi)。當(dāng)液位上升時(shí),水閥全關(guān),到達(dá)某一稍高液位時(shí),產(chǎn)品閥門(mén)開(kāi)始關(guān)閉,準(zhǔn)備調(diào)節(jié)進(jìn)入儲(chǔ)罐的產(chǎn)品的量。這是一個(gè)很好的方法,供水作為一個(gè)安全措施,也使清渣和清洗變得容易,開(kāi)始清渣時(shí),先停止產(chǎn)品流量。 我們建議采用手動(dòng)的可調(diào)節(jié)的壓力傳感器進(jìn)行進(jìn)水閥門(mén)的調(diào)節(jié);這種方法比較簡(jiǎn)單,而且在實(shí)際運(yùn)用中工作良好。 夾子、法蘭和螺紋 在所有的項(xiàng)目中被證明使用良好、穩(wěn)定、可靠的唯一的連接系統(tǒng)是 三葉型夾子 (Trillaer type clamp)。雖然此類(lèi)夾子價(jià)格有些貴,但它對(duì)于夾住直徑6英寸內(nèi)的管件時(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于直徑超過(guò)6英寸的管件,一般使用其它品牌的高質(zhì)量的法蘭,因?yàn)槿~夾子(Tri-clamp®type)允許的壓力有限。人們不太接受三葉夾(Triclamp),但還被廣泛使用,Tri-clamp®的名稱(chēng)已被廣泛使用,且被用來(lái)取代傳統(tǒng)的Triclover產(chǎn)品的名稱(chēng)。 如果是經(jīng)濟(jì)上的原因,不應(yīng)使用螺紋接頭。因?yàn)樗鼈儾粔蛐l(wèi)生且難于正確地拆卸和安裝。 法蘭的類(lèi)型很多,但衛(wèi)生級(jí)的實(shí)際上只有一種類(lèi)型,它們一般都是體積龐大且重,因此一般用于化學(xué)工業(yè)。 結(jié)構(gòu)材料 根據(jù)作者的觀(guān)點(diǎn),有一個(gè)簡(jiǎn)單的原則可以避免膜系統(tǒng)中的許多機(jī)械問(wèn)題:在膜系統(tǒng)中和液體接觸的所有部件和設(shè)備都使用高質(zhì)量的不銹鋼。這聽(tīng)起來(lái)似乎是一個(gè)昂貴的建議,但是當(dāng)您經(jīng)過(guò)幾年的操作運(yùn)行后,看到了高分子材料、非不銹鋼材料的失敗和缺陷,不得不耗資改型時(shí),對(duì)于我的建議就不會(huì)感到奇怪了。和分離液體直接接觸的組件不能使用普通的鋼鐵,否則鐵銹的形成,并且鐵屑、薄片進(jìn)入膜系統(tǒng)將帶來(lái)無(wú)數(shù)的麻煩。 在許多行業(yè)中,使用不銹鋼作為結(jié)構(gòu)材料不僅普遍而且還是強(qiáng)制性的,象乳制品、制藥和石油化工行業(yè)。在水脫鹽處理一般還使用pvc、銅和一些低檔的不銹鋼。但實(shí)踐證明,長(zhǎng)期運(yùn)行后,其缺陷將較難被接受。 一般直徑3英寸以?xún)?nèi)的不銹鋼的價(jià)格還較易被接受,甚至直徑4英寸的也不是太貴。但4英寸以上的價(jià)格卻漲勢(shì)驚人,因?yàn)榇罂趶讲讳P鋼的需求量很小。 注意“不銹鋼”這個(gè)定義并不是很確切,因?yàn)椴牧系哪透g性只是在特定的條件下的。例如,北海(North Sea)的海水問(wèn)題較多,但可以用普通不銹鋼處理,大概是因?yàn)楹K^冷。而來(lái)自紅海(Red Sea)的海水比較溫?zé)幔哂泻軓?qiáng)的腐蝕性,因此需要使用更好、更貴的不銹鋼。 在膜系統(tǒng)中, 有效的清洗系統(tǒng)有助于防止不銹鋼的部分銹蝕,而且終有一天通過(guò)徹底地清洗可以解決這個(gè)問(wèn)題。更好的清洗方式可以用硝酸使不銹鋼表面鈍化。實(shí)踐證明這種 操作可以使系統(tǒng)保持許多年,除非系統(tǒng)很快被腐蝕。 在膜系統(tǒng)中一般只使用高質(zhì)量的高分子材料,包括聚砜(PSO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、C-PVC、Delrin和一些其它耐化學(xué)品、耐溫的機(jī)械強(qiáng)度較高的材料。然而,在低價(jià)水市場(chǎng)中應(yīng)用最廣泛的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),因?yàn)閷?duì)于這類(lèi)場(chǎng)合它們已可以適用了。 以下產(chǎn)品是純質(zhì)材料: ABS-在水脫鹽系統(tǒng)中是非常有用的材料; Delrin-亦稱(chēng)為DOM;是一種非常好的材料,最大的缺陷是抗低pH環(huán)境的能力較差; PE-聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性好,但溫度穩(wěn)定性有限;
PP-聚丙烯是一個(gè)純化學(xué)的耐受力強(qiáng)的高分子材料,溫度穩(wěn)定性有限,但已有增強(qiáng)的趨勢(shì); PSO-在膜應(yīng)用工程中有許多不同類(lèi)型的聚砜材料。在膜系統(tǒng)中它具有完全地耐溫和耐pH能力。其主要缺點(diǎn)是易脆,且對(duì)酮和芳香族化合物較敏感; PVC-PVC大都用于低壓管,價(jià)格便宜,但有很?chē)?yán)格的溫度限制,只能用于無(wú)特殊要求的項(xiàng)目,如地面水脫鹽等; C-PVC-氯化PVC比一般的PVC的溫度穩(wěn)定性更好些。但目前由于PVC行業(yè)的政治原因可能在將來(lái)會(huì)把PVC材料排除在外; PVDF-一種非常好的材料,但價(jià)格相當(dāng)貴,其熱穩(wěn)定性好,且化學(xué)穩(wěn)定性幾乎和特氟隆(Teflon)一樣穩(wěn)定。 以下是一些復(fù)合材料: GRP-玻璃纖維增強(qiáng)聚酯(玻璃鋼)被廣泛應(yīng)用于膜殼。雖然它有一些明顯的缺點(diǎn),但已成為水脫鹽處理中的標(biāo)準(zhǔn)材料,其主要的優(yōu)點(diǎn)是防腐性能好,價(jià)格低廉; Epoxy(環(huán)氧)-一種僅由德國(guó)Membratec制造的很特殊的類(lèi)型,膜殼是薄壁型的,但不能耐高壓。 確定墊圈的材料往往是一個(gè)容易被人遺忘的部分。在許多場(chǎng)合經(jīng)常適用 EPDM 。在這里,不要僅為了省錢(qián),象腈橡膠這種便宜的材料使用壽命短。因此每次更換墊圈的費(fèi)用和麻煩都比較大。
管道 在膜系統(tǒng)中許多管道,通常很容易找到需要材料。通常乳制品類(lèi)型的管道最好,且價(jià)格最便宜,只因此其生產(chǎn)數(shù)量龐大,乳制品管的內(nèi)壁的質(zhì)量和性質(zhì)非常好。 由于焊接產(chǎn)生許多潛在的腐蝕危險(xiǎn),因此應(yīng)盡可能避免焊接。在管道系統(tǒng)中使用抽拔方式制造T型接頭和支管。這種方式在乳制品行業(yè)應(yīng)用廣泛,且對(duì)薄壁管道很容易制作。
泵的類(lèi)型和選擇 沒(méi)有泵,沒(méi)有膜過(guò)濾!這個(gè)道理非常簡(jiǎn)單。有幸地是,可供選擇的泵很多。但在膜過(guò)濾過(guò)程中只有幾種類(lèi)型適用。 在膜系統(tǒng)中泵是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),而且單靠泵也不可能做到太好。以下是在膜過(guò)濾系統(tǒng)中使用的泵的類(lèi)型: n 單級(jí)離心泵 n 多級(jí)離心泵; n 活塞泵; n 隔膜泵; n Mohno類(lèi)型的泵(很少使用)。 膜系統(tǒng)需要每年365天,每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),因此泵的質(zhì)量必須能滿(mǎn)足這個(gè)要求。膜系統(tǒng)的操作條件經(jīng)常與泵供貨商提供的數(shù)據(jù)不符,因?yàn)橄到y(tǒng)的流量和壓力的變化比較大,很少位于設(shè)計(jì)點(diǎn)。 大多數(shù)場(chǎng)合都使用普通的帶封閉葉輪的離心泵(3000/3600rpm)。對(duì)于乳制品行業(yè)離心泵特別有用,因?yàn)樗鼈兙哂?#8220;單一”的特性,有利于用作循環(huán)泵。 正位移泵若不是特別需要,一般應(yīng)盡量避免使用。因?yàn)樗鼈儍r(jià)格較貴、笨重,且大多數(shù)振動(dòng)大而引起管道系統(tǒng)的震動(dòng)。因此必須設(shè)置一個(gè)安全閥避免管道系統(tǒng)和膜的損壞。在大型系統(tǒng)中可以換用離心泵。但由于離心泵很難達(dá)到低流量高揚(yáng)程,因此對(duì)小型的RO系統(tǒng)需要使用正位移泵。作者也注意到,一些廠(chǎng)內(nèi)使用正位移泵,但這并不能改變避免使用正位移泵的一般建議。 應(yīng)該特別注意循環(huán)泵的使用。主要的問(wèn)題是因?yàn)殡m然由泵增加的壓力比較小,如2bar,但進(jìn)水管線(xiàn)中的壓力可能已達(dá)到40bar,因此循環(huán)泵的包裝必須非常堅(jiān)固,其機(jī)械密封必須特殊設(shè)計(jì)。泵的軸向軸承也必須非常堅(jiān)固。這種不太多,且價(jià)格昂貴。在歐洲,有五家公司占領(lǐng)了這個(gè)市場(chǎng)。他們是:APV-Pasilac,Stamp,Grundfos,Tetra Laval和KSB。 泵的類(lèi)型
單級(jí)離心泵 ² 低速 一般低速離心泵泵用途比較廣泛,其轉(zhuǎn)速規(guī)定如下:50Hz電流 3000轉(zhuǎn)/分鐘;60Hz電流 3600轉(zhuǎn)/分鐘。也可以使用更低轉(zhuǎn)速的,但投資也將相應(yīng)增加。低速主要用于大流量。 當(dāng)流量超過(guò)100m3/h時(shí),可以考慮使用1500rpm/1800rpm的泵。有些泵可以操作在1000rpm(在歐洲),它們的主要優(yōu)點(diǎn)是效率非常高。有些用于糖加工業(yè)的大流量泵可輸送6000m3/h,其初期投資可以因其低能耗而得以補(bǔ)償。 泵一般使用封閉式葉輪,這樣對(duì)產(chǎn)品的處理比較溫和,且效率高。在膜過(guò)濾廠(chǎng)中使用的泵極少使用開(kāi)放式葉輪。 ² 高速 高速離心泵主要用于海水脫鹽。在市場(chǎng)上有一些不同類(lèi)型的高速離心泵。 Sunstrand( 美國(guó) ) 公司銷(xiāo)售轉(zhuǎn)速在30000rpm以上的一級(jí)離心泵已有很多年了。這意味著一級(jí)離心泵可以傳遞70bar或更高的壓力。小一些的泵的效率會(huì)比人們所期望的低些,而大泵的操作效率比較合理。小泵真正的優(yōu)點(diǎn)是泵殼較小,但需要復(fù)雜的齒輪箱,且噪音大。這些年為了更高效率的多級(jí)離心泵人們展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 Enviro Tech( 美國(guó) ) 公司銷(xiāo)售一種特殊的泵,Roto Jet,其整個(gè)高壓端是靜態(tài)的。帶水的鼓室快速旋轉(zhuǎn),一根皮托管插入鼓室外圍高速運(yùn)行的液體中,將液體的速度動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能量。泵設(shè)計(jì)方案使我們可以看到產(chǎn)生壓力的皮托管。這是一種不同尋常的設(shè)計(jì)。 多級(jí)離心泵 ² 低速 多級(jí)離心泵使用得很多,且似乎有一根行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):其輸出最大壓力為26bar。壓力在26bar以下的泵比較容易做,而超過(guò)26bar則比較麻煩。 Grundfos( 丹麥 ) 公司在歐洲是流量大于50m3/h,壓力小于26bar的泵的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。他們同欲分享市場(chǎng)的其它泵生產(chǎn)商展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這些泵往往可以運(yùn)行許多年而不需要維修。還可以在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行,如帶有破壞性的冰凍環(huán)境。 Tonkaflo (美國(guó))生產(chǎn)用于RO系統(tǒng)的泵。其在歐洲不太出名,它們和Grundfos形成競(jìng)爭(zhēng)。Tonkaflo泵傳遞壓力可達(dá)40bar,因此在超過(guò)26bar高壓場(chǎng)合銷(xiāo)售良好。 KSB (德國(guó))生產(chǎn)很多類(lèi)型的泵,大多用于工業(yè)場(chǎng)合。他們也生產(chǎn)很有趣、大型的工業(yè)多級(jí)離心泵,它們可以在高壓下傳輸每小時(shí)幾百立方米的流量。 Sulzer (瑞士)制造的泵類(lèi)似于KSB,但不如KSB有名。 ² 高速 Grundfos(丹麥)公司 可以生產(chǎn)運(yùn)行轉(zhuǎn)速在5000~6000rpm的多級(jí)離心泵。這種類(lèi)型的泵通過(guò)幾級(jí)壓力達(dá)到70bar。它們通過(guò)一個(gè)扁的帶式裝置達(dá)到這個(gè)速度。通常由一個(gè)Pelton渦輪驅(qū)動(dòng),同時(shí)由反滲透離心機(jī)驅(qū)動(dòng)(能量回用)。 正位移泵 正位移泵不管壓力如何,傳輸幾乎恒定的流量。當(dāng)然也有些實(shí)際的應(yīng)用限制。正位移泵的種類(lèi)挺多,其中有一些—說(shuō)起來(lái)—比其它的更“正”一些。 ² 活塞泵 最初的柱塞泵有一個(gè)或多個(gè)活塞。市場(chǎng)上有許多生產(chǎn)小型、三個(gè)活塞的柱塞泵,但只有很少的產(chǎn)品適用于膜系統(tǒng)。 ² 均質(zhì)泵 是一種價(jià)格非常昂貴,但也非常牢固的泵。主要用于牛奶均質(zhì)和其它一些含脂肪的物料的處理。 ² 隔膜泵 和均質(zhì)泵一樣好,價(jià)格更貴。一般用于低流量和高壓的場(chǎng)合。 所有的正位移泵都會(huì)在管線(xiàn)系統(tǒng)中引起震動(dòng)。一般安裝震動(dòng)緩沖器,只要運(yùn)行良好有助于減震。但還是有些震動(dòng),長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)引起管線(xiàn)破裂以及螺釘螺母松動(dòng)等問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)室中,很難避免使用正位移泵。而在工業(yè)系統(tǒng),則被盡量避免使用。 |
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