Текст лекций «Мировой и российский мембранный рынок». Содержание, страница 10

Принципиальная схема «мокрого» способа изготовления мембраны представлена на рис.15.

Рис.15. Технология получения полимерной полупроницаемой мембраны по «мокрому» способу.

Основные стадии процесса следующие:

- приготовление поливочных растворов в смесителе. Сюда вводят в определенных пропорциях порошок полимера, растворитель, специальные добавки – нерастворитель, порообразователь, пластификатор. Затем смесь разогревают и длительным перемешиванием получают формовочный раствор. Иногда на этой стадии проводят также корректировку кислотности и дегазацию раствора. Переменными параметрами здесь являются полимер, его концентрация, выбор добавок, температура;

- фильтрация поливочного раствора. Фильтрующий материал выбирают в зависимости от вязкости раствора, природы загрязнений и растворителя. Здесь раствор кондиционируют, удаляя из него нерастворившийся полимер и механические включения;

- формование первичного геля. Одновременно на формовочный барабан подают армирующую подложку и через фильеру дозируют поливочный раствор. Фильера обеспечивает заданную толщину слоя, т.е. толщину будущей мембраны. Переменными параметрами являются скорость вращения барабана, производительность подачи поливочного раствора;

- формование мембраны. Первичный гель поступает в камеру испарения, где происходит частичное удаление растворителя в виде паров, начинает формоваться активный слой будущей мембраны. Затем лента погружается в осадительную ванну, заполненную охлажденной водой со специальными добавками. Вода вымывает растворитель из первичного геля, который высаждается в виде твердой пористой пленки. Переменными параметрами являются температура воды, выбор добавки, продолжительность пребывания мембраны в осадительной ванне;

- отмывка и термообработка мембраны. Иногда эти процессы осуществляют в различных ваннах. Отмывка необходима для окончательного удаления остатков растворителя. Термообработка проводится погружением мембраны в горячую воду в ванне отжига. Здесь происходит уплотнение структуры мембраны, фиксация анизотропии, пористости и размера пор. Переменными параметрами являются температура воды и продолжительность пребывания;

- последняя стадия постобработки мембраны. Здесь мембрану инклюдируют, т.е. пропитывают раствором глицерина с добавками ПАВ, затем удаляют из нее воду в сушильном агрегате, далее проводят контроль качества, резку и намотку полотна в рулон. Переменными параметрами являются концентрация раствора глицерина, температура и продолжительность сушки.

Принципиальная схема «сухого» способа изготовления мембран представлена на рис.16. Основные стадии процесса следующие:

- приготовление поливочных растворов полимера в смесителе с введением необходимых добавок и нагреванием;

- фильтрация поливочных растворов;

- формование первичного геля на поверхности формовочного барабана;

- формирование мембраны за счет полного испарения растворителя. Переменными параметрами являются температура и влажность подаваемого на осушку воздуха, скорость его подачи;

- постобработка мембраны, контроль качества, резка и намотка в рулон.

Рис.16. Схема машины барабанного типа для получения мембран методом сухого формования: 1 – кожух, 2 – патрубок для отвода паровоздушной смеси, 3 – барабан,

4 – фильера, 5 – готовая мембрана, 6 – подогреватель воздуха.

Технологический процесс получения композиционных мембран методом межфазной поликонденсации предусматривает использование в качестве суппорта готовой ультрафильтрационной мембраны, полученной «мокрым» способом, и состоит из следующих стадий:

- прием и подготовка сырья, в качестве которого используются мономеры и растворители;

- приготовление рабочих растворов (водных и органических). Переменными параметрами являются выбор сырьевых компонентов и концентрации растворов;

- формирование ультратонкого активного слоя на поверхности суппорта – ультрафильтрационной мембраны. На поверхность наносят последовательно растворы выбранных компонентов, в образовавшейся жидкой пленке проходит реакция межфазной поликонденсации с образованием сверхтонкой полимерной пленки. Технологически это осуществляют протягиванием ленты суппорта через ванны с рабочими растворами компонентов. Переменными параметрами являются толщина наносимых слоев растворов, продолжительность их контакта, температура и состав паровоздушной смеси над мембраной;

- сушка мембраны в воздушной среде. Переменными параметрами являются температура и влажность сушильного агента, продолжительность процесса;

- постобработка мембраны, включающая контроль качества, резку и намотку в рулон.

Во всех технологических процессах в качестве вспомогательных стадий присутствуют водоподготовка, стадия очистки сточных вод, утилизации и регенерации растворителей и очистки паровоздушных выбросов.

Методом «мокрого» формования изготавливают мембраны всех классов, регулируя размер пор в активном слое выбором полимера, концентрацией поливочного раствора, температурой воды в ваннах осаждения и отжига. Качество мембран зависит от оптимальных уровней всех остальных переменных параметров.

Методом «сухого» формования изготавливают в основном микрофильтрационные мембраны, оптимизируя все переменные параметры.

По технологии композиционных мембран изготавливают продукты для нанофильтрации и обратного осмоса. Основными здесь являются выбор сырья и стадия формования ультратонкого активного слоя. Остальные параметры оптимизируются для достижения наивысшего качества мембраны.

Мембранные модули рулонного типа представляют собой цилиндрическое тело с центральной пермеатотводящей трубкой, на наружной стороне на обоих концах которого закреплены антителескопические диски и уплотнительная манжета для его правильного монтажа и фиксации в корпусе мембранного аппарата.

Рулонные мембранные модули изготавливаются на основе микро-, ультра-, нанофильтрационных и обратноосмотических мембран.

Модуль получают спиральной намоткой нескольких мембранных пакетов, каждый из которых состоит из сложенной вдвое полосы мембраны с помещенным внутри турбулизатором (сеткой) и дренажного материала между смежными пакетами. Перед намоткой на кромки каждого пакета по трем сторонам его периметра наносят клеевую композицию, которая соединяет между собой мембраны, расположенные по обе стороны дренажного материала. По внешней стороне цилиндрической поверхности модуль обернут двумя слоями липкой ленты и слоем защитной ткани, пропитанной клеевой композицией.

Геометрические размеры модуля устанавливаются исходя из условий его применения, однако, они унифицированы и соответствуют зарубежным аналогам для взаимозаменяемости.

Существенных отличий в технологии изготовления рулонных модулей различных типов нет. Однако, каждый тип изготавливается на своем габаритном станке.

Технологический процесс изготовления рулонных мембранных модулей состоит из следующих основный стадий:

1. Подготовка конструкционных материалов;

2. Изготовление модуля;

3. Подрезка торцев модуля;

4. Установка комплектующих деталей;

5. Контроль качества модуля;

6. Промывка, консервация и упаковка.

Подготовка конструкционных материалов.

Подготовка конструкционных материалов (мембрана, дренажный материал, турбулизирующая сетка, пермеатотводящая трубка, антителескопические диски) включает следующие стадии:

- резка конструкционных материалов;

- изготовление пермеатотводящей трубки и комплектующих деталей;

- сборка мембранных пакетов.

Резка указанных материалов осуществляется механизированно с помощью режущего устройства типа «гильотины» с приспособлениями для размотки соответствующих материалов. При этом должно быть обращено внимание на правильную ориентацию конструкционных материалов относительно пермеатотводящей трубки.

Сами трубки изготавливают либо литьем под давлением, либо на обрабатывающих станках. Другие комплектующие детали – уплотняющие манжеты, антителескопические диски, соединительные втулки – изготавливают литьем.

Сборку мембранных пакетов для модулей ультарафильтрации производят вручную (обусловлено технологическими особенностями производства) на рабочем столе, укладывая последовательно друг на друга заготовки конструкционных материалов. Собранные пакеты перемещают к намоточному станку. Сборка мембранных пакетов для модулей обратного осмоса и нанофильтрации осуществляется непосредственно на автоматической линии намотки.

Изготовление модуля.

Изготовление модуля производится на специальном станке намотки, включающем станину со столом, два шпинделя с регулируемым приводом и зажимными устройствами для закрепления с двух сторон пермеатотводящей трубки, подвижный прижимной валок на качающемся рычаге с пневмоприводом, узел крепления бобины с дренажным материалом с регулированием степени его натяжения, два пневмопистолета для нанесения клеевой композиции.

Приготовление клеевой композиции (2-х компонентной) осуществляется в специальной дозировочно-смесительной машине, имеющей две емкости для компонентов, дозировочные насосы с регулируемыми независимыми приводами, проточную смесительную головку с запорно-регулирующими устройствами и автоматическое управление.

При намотке на дренажный материал по его трем сторонам с помощью пневмопистолетов (предварительно заполненных на клеесмесительной установке), «строчно» наносят клеевую композицию, при этом длина строки соответствует длине мембранного пакета. Сверху на дренажный материал вплотную к трубке укладывается первый мембранный пакет. Снова, таким же образом наносят сверху клеевую композицию с последующей укладкой второго мембранного пакета, при этом он должен быть смещен относительно первого мембранного пакета на определенную величину, рассчитываемую по наружному диаметру трубки, внешнему диаметру элемента и числу мембранных пакетов в модуле. После укладки последнего мембранного пакета включают привод вращения шпинделей станка и осуществляют спиральную намотку всех пакетов при определенном натяжении нижнего (несущего слоя) дренажного материала. При этом подвижной прижимной валок должен соприкасаться с модулем.

Затем модуль обматывается липкой лентой для его фиксации, а потом на его поверхности формируется прочный защитный слой из эпоксидной композиции и стеклонити.

Подрезка торцев модуля.

При намотке торцы модуля получаются не совсем ровными, на отдельных участках возможно затекание клеевой композиции в напорные каналы и склейка мембраны с турбулизаторной сеткой. Поэтому после отверждения клеевой композиции производят подрезку торцев модуля на специальном станке, на котором в автоматическом режиме дисковыми ножами происходит подрезка торцев и проверка модуля на герметичность избыточным давлением воздуха.

Установка комплектующих деталей.

Установка на подрезанные торцы модулей антителескопических дисков осуществляется на двух автоматических установках.

Контроль качества модуля.

Контроль качества включает следующие стадии:

- контроль модулей на производительность;

- контроль модулей на селективность.

Контроль качества осуществляется на специально разработанных стендах по методикам, индивидуальным для каждого типа мембран и соответствующим мировым стандартам качества.

Промывка, консервация и упаковка.

Каждый модуль, выдержавший контрольные испытания в соответствии с ТУ, подвергается промывке и последующей консервации.

После консервации каждый модуль помещается в полиэтиленовый рукав, подвергается вакуумированию, после чего рукав герметично заваривается. Рулонный модуль в полиэтиленовом пакете помещается в картонную коробку.

Хранение модулей осуществляется на стеллажах в горизонтальном положении при плюсовой температуре.

4.2. Полимерные капиллярные мембраны и мембранные модули на их основе.

Для получения капиллярных полимерных мембран пользуются теми же «сухим» и «мокрым» методами. Принципиальные технологические схемы производства представлены на рис.17 и 18.

Рис.17. Схема получения полого волокна методом сухого формования:

1- формовочный раствор; 2 -шестеренчатый насос;

3 - жидкость для формирования канала; 4 - формующая головка