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膜分离设备的日常养护和工艺优化方案
浏览次数:57发布时间:2019-05-08 14:27:56 文章来源:

  膜分离技术近年来发展迅速 , 应用领域非常广泛 。要使膜分离设备有效地运行, 并同时得到较高的产品质量以及良好的经济性, 就必须对膜装置进行优化。

     膜分离主要包括微滤 、超滤 、纳滤、反渗透 、电渗析、液膜技术 、气体渗透和渗透蒸发等方法 。从 70 年代初起, 膜分离设备在工业中的应用日益增长 , 应用范围非常广泛 。在应用膜分离技术时 , 总是希望装置有很高的可靠性、稳定的通量 、长的工作寿命和低的运行费用, 这就要求我们必须根据生产实际进行膜组件的优化、膜装置的设计、膜组块与其它基本操作单元的连接以及进行合理的膜保养等 。

  膜分离设备
  1.1 膜材料
  进行膜装置工艺优化的首要步骤就是选择合适的膜材料以及制备工艺 , 这是决定分离程度的关键。不同的膜材料制成的膜其性能不同 , 同一种膜材料采用不同的制备工艺, 膜的性能也不一样 。在生产实际中应根据生产要求、 处理液的情况选择合适的膜材料及制备工艺 。根据制造材料可把膜分为有机膜和无机膜;根据形态和结构可分为多孔膜和无孔膜 , 多孔膜主要用于超滤、 微滤 、纳滤和渗析过程, 无孔膜主要用于反渗透 、渗透汽化和气体渗透过程。
  有机膜
  有机膜主要是由高分子材料制成的聚合物膜 , 目前 , 有机膜中 , 应用最广泛的是纤维素酯系膜 ,其次是聚砜膜 、聚酰胺膜。纤维素酯系膜主要是纤维素醋酸酯, 简称 CA膜 。广泛用于微滤、超滤和反渗透 。按不同制膜工艺及条件可得到性能不同的膜。纤维素酯系膜容易生产 、成本低、亲水性好、具有良好的分离性和透过性 , 可是它的化学稳定性较差、PH 适用范围窄 、不耐高温 、易受微生物侵蚀以及对某些有机和无机溶质分离率低等缺点 。在该类膜中应用较多的是三醋酸纤维素膜 。聚酰亚胺是由二元酸酐和二元胺缩聚而成的 , 是一种耐热性、 化学稳定性极佳的高分子材料 , 故聚酰亚胺膜有良好的热稳定性特别是耐有机溶剂性,同时有较好的透水速度和分离率。聚砜系膜适合制作超滤膜或微滤膜。这种膜的 PH 使用范围宽 , 工作温度高, 同时可用酸减清洗 ,具有良好的抗氧化 、抗氯性能 。综上所述, 聚合物的结构特性一方面决定了膜的宏观特性(如热稳定性 、化学稳定性和机械稳定性), 另一方面也决定了某些微观的内在的特性(如聚合物对某种特定组分的渗透性), 但可以通过某些工艺或添加不同的添加剂以改良制膜液 对膜的性能进行改进 , 如:在制膜液中, 渗入水溶性高分子材料,可使膜透水速度提高 。因此,对于某个实际的分离问题 , 应按照明确的结构要求来进行选择构成膜的聚合物以及膜的制备工艺。
  无机膜
  近年来 ,无机材料受到了越来越多的重视 ,目
  前一般可以将多孔无机膜分为特种钢膜、玻璃膜、碳膜、陶瓷膜等。无机膜与有机膜相比较 ,具有如下的特性:(1)高的热稳定性;(2)耐化学腐蚀;(3)无老化问题 , 使用寿命长;(4)可反向冲洗 ;(5)分离极限和选择性是可控制的。但由于无机膜的成本高、易碎的特性要求有特殊的构造 、膜本身的热稳定性常常由于密封材料的缘故而不能得到充分的利用 ,因此无机膜在工业中的应用范围受限 。
    膜分离设备的设计和优化
  膜材料和制备工艺确定后, 就必须根据具体
  情况选择合适的膜组件, 即按一定技术要求将膜组合在一起的组合构件 。在膜组件的开发过程中 ,必须考虑机械稳定性、化学稳定性 、热稳定性、装填密度、制造成本、清洗 、更换膜的成本 、压力损失等。根据使用目的的不同, 则设计时的侧重点也不同 。
  膜组件可分为管状膜和板式膜两大类 。其中 ,管状膜又可分为管式、毛细管和空心纤维三种膜组件 ;板式膜又可分为平板式 、卷绕式和垫套式三种膜组件 。
  膜组件的设计和工艺优化必须从实际出发 ,一般要考虑 :(1)进料边和渗透物边的质量和物料平衡;(2)渗透物边的压力损失;(3)进料边的浓差极化;(4)膜的特性;(5)局部的渗透物特性符合“自由流出” 情况下的渗透物特性 。对于气体渗透 ,还应考虑进料边和渗透边的能量平衡 。除此之外, 还应从经济的观点考虑问题 , 如:(1)膜材料和间隔材料;(2)制造膜组件需要的其它材料(密封材料 、耐压管 、粘合材料等等);(3)工艺步骤 ;(4)膜组件的套管固定;(5)膜的更换;(6)装置的操作 。在设计和优化时 , 首先必须选出一个目标参数 , 一般情况下这种目标参数是要使产品费用降到最低 。但在实际工作中 , 常常是选择某些较简单的目标参数如 :使能量降到最低,或使所需的膜表面积降到最低 , 或使所需的空间降到最低等 。其次, 必须注明可变的优化参数如几何结构、 压力 、温度等, 并确定变化范围, 由此便确定了问题的边界条件 , 如 :最小和最大的压力和温度。最后 ,用适宜的温度对所形成的方程组进行解答 ,从而获得最佳的膜组件工艺参数。
  膜装置的养护
  在运行期间 , 膜分离设备的养护主要在于适当的工艺控制和清洗 。若膜装置停止运行超过一定时间 , 则必须对其进行适当的养护 。一般在常规清洗之后 ,根据膜的种类选择适当的膜保护液,通过膜组件循环一定时间后进行膜的保护 。膜的保护方式应根据停机时间的长短以及贮存条件的不同而不同 。如对于超滤膜, 若停机 1 ~ 30 天, 可注入软化水 , 每 2 ~ 3 天更换一次;若停机 1 ~ 6 个月可加入 0 .2 ~ 0.3%的焦亚硫酸钠膜保护液进行养护 ,每 4 周更换一次;当贮存条件在零度以下时会引起膜的损坏, 应采用 70 %甘油加 30 %软化水的混合液进行防护。