Technology

New Logic Research, Inc. – Внедрение технологий

В то время как отделение жидкостей от твердых частиц на основе мембран в последние 20 лет приобретает все большую популярность, технология имеет присущую ахиллесову пяту, которая затрагивает все мембранные устройства: загрязнение. Эта долговременная потеря пропускной способности обусловлена, прежде всего, образованием пограничного слоя, который естественным образом накапливается на поверхности мембран в процессе фильтрации. В дополнение к снижению производительности мембраны, этот граничный или гелевый слой действует как вторичная мембрана, снижая исходную селективность дизайна используемой мембраны. Эта неспособность справиться с накоплением твердых частиц также ограничила использование мембран для потоков с низким содержанием твердых веществ.

Рисунок 1

Рисунок 1: Crossflow

Чтобы минимизировать накопление пограничного слоя, разработчики мембран использовали метод, известный как фильтрация с тангенциальным или поперечным потоком, который основывается на высокоскоростном потоке жидкости, прокачиваемом по поверхности мембран, в качестве средства уменьшения эффекта пограничного слоя. ( См. рис. 1 ). В этом методе мембранные элементы размещаются в патронном, трубчатом или спирально навитом патроне, через который фильтруется вещество. (поток подачи), быстро перекачивается.

В конструкциях с поперечными потоками экономически невыгодно создавать силы сдвига, измеряющие более 10-15 тысяч обратных секунд, что ограничивает использование поперечного потока для жидкостей с низкой вязкостью (водянистых). Кроме того, повышенные скорости поперечного потока приводят к значительному падению давления от впускного (высокого давления) к выпускному (более низкого давления) конца устройства, что приводит к преждевременному загрязнению мембраны, которая ползет вверх по устройству, пока не уменьшится скорость проникновения. до недопустимо низкого уровня.

Рисунок 2

Рисунок 2

New Logic, однако, разработал альтернативный метод создания интенсивных поперечных волн на поверхности мембраны. Эта технология называется расширенной обработкой вибрационных сдвигов (VSEP). В системе VSEP питательная суспензия остается почти неподвижной, перемещаясь в неторопливом, извилистом потоке между параллельными мембранными листовыми элементами. Сдвигающее действие по очистке создается энергичной вибрацией листовых элементов в направлении, касающемся граней мембран. ( см. рисунок 4 )

Сдвиговые волны, создаваемые вибрацией мембраны, приводят к тому, что твердые частицы и загрязнения поднимаются с поверхности мембраны и смешиваются с сыпучим материалом, протекающим через стопку мембраны. Эта обработка с высоким сдвигом обеспечивает максимальную пропускную способность пор мембраны, которая обычно в 3-10 раз превышает пропускную способность традиционных систем с поперечным потоком. ( см. рисунок 2 выше)

Мембранный фильтр VSEP состоит из листовых элементов, расположенных в виде параллельных дисков и разделенных прокладками. Стек дисков напоминает записи на чейнджере с мембраной на каждой стороне.

Рисунок 3

Рисунок 3

Стек дисков колеблется над торсионной пружиной, которая перемещает стопку вперед и назад примерно на 7/8 дюймов (2,22 сантиметра). Это движение аналогично мешалке стиральной машины, но происходит со скоростью, превышающей скорость, которая может быть воспринята человеческим глазом. Колебание вызывает сдвиг на поверхности мембраны около 150000 обратных секунд (что эквивалентно более 200 Гс силы), что примерно в десять раз превышает скорость сдвига лучших традиционных систем с поперечным потоком. Что еще более важно, сдвиг в системе VSEP сфокусирован на поверхности мембраны, где он экономически эффективен и наиболее полезен для предотвращения загрязнения, в то время как объемная жидкость между мембранными дисками перемещается очень мало.

Рисунок 4

Рисунок 4

Поскольку VSEP не зависит от сил сдвига, вызванных потоком сырья, суспензия сырья может стать чрезвычайно вязкой и при этом успешно обезвоживаться. Концентрат по существу экструдируется между элементами вибрирующего диска и выходит из машины, как только он достигает желаемого уровня концентрации. Таким образом, системы VSEP могут запускаться за один проход через систему, что устраняет необходимость в дорогостоящих рабочих резервуарах, вспомогательном оборудовании и соответствующей арматуре.

Объем удержания пакета диска системы с площадью мембраны 1400 кв. Футов (130 кв. Метров) составляет менее 50 галлонов (189 литров). В результате извлечение продукта в периодических процессах может быть чрезвычайно высоким. Отходы после слива стека составляют менее 3 галлонов (11 литров).

Работа системы VSEP:
При запуске в систему VSEP подается шлам, и клапан концентрата закрывается. Производится пермеат, и взвешенные твердые частицы в сырье собираются внутри фильтрующего пакета VSEP. По истечении запрограммированного интервала времени открывается первый клапан для выпуска накопленных концентрированных твердых частиц. Затем клапан закрывают для обеспечения возможности концентрации дополнительного подаваемого материала. Этот цикл повторяется бесконечно.

Выбор мембраны является единственным наиболее важным параметром, который влияет на качество разделения. Другими важными параметрами, влияющими на производительность системы, являются давление, температура, амплитуда колебаний и время пребывания. Все эти элементы оптимизируются во время тестирования и вводятся в программируемый логический контроллер (ПЛК), который управляет системой.

Рабочее давление создается подающим насосом. Машины VSEP могут обычно работать при давлениях до 1000 фунтов на квадратный дюйм (68,95 бар). Хотя более высокие давления часто приводят к увеличению скоростей пермеата, они также используют больше энергии. Поэтому используется рабочее давление, которое оптимизирует баланс между расходами и потреблением энергии.

В большинстве случаев скорость фильтрации может быть дополнительно улучшена путем повышения рабочей температуры. Предельная температура для стандартной системы VSEP составляет 175 ° F (79°C), что значительно выше, чем у конкурирующих мембранных технологий. Также доступны конструкции с более высокой температурой.

Амплитуда вибрации и соответствующая скорость сдвига также могут изменяться, что напрямую влияет на скорость фильтрации. Сдвиг производится путем крутильных колебаний пакета фильтров. Как правило, пакет колеблется с амплитудой от 3/4 до 1 1/4 дюйма (от 1,9 до 3,2 см) от пика до смещения пика на краю пакета. Частота колебаний составляет приблизительно 53 Гц и дает интенсивность сдвига около 150000 обратных секунд.

Время пребывания подачи задается частотой открытия и закрытия выходного клапана (клапан один). Уровень содержания твердых веществ в сырье увеличивается по мере того, как сырье остается в машине. Иногда в комплект мембран добавляется очиститель, и продолжающиеся колебания помогают очистить мембрану за считанные минуты. Этот процесс может быть автоматизирован и потребляет приблизительно 50 галлонов (189 литров) моющего раствора, тем самым уменьшая проблемы утилизации, свойственные другим мембранным системам.