Мембранные фильтры VSEP компании New Logic Research

Технология VSEP

Основанные на применении мембран теxнологии очистки жидкостей от мехпримесей, несмотря на растущую последние 20 лет популярность, всегда натыкались на одну слабость – проблему загрязнения мембраны. Это происходящее в долгосрочной перспективе снижение производительности вызывается, в основном, постепенным образованием вторичного слоя, который естественным образом нарастает на мембране во время процесса фильтрования. Вдобавок к нарушению производительности этот постепенно растущий вторичный, или гелевый, слой частиц, образует, практически, вторую мембрану, нарушая рассчетную селективность процесса. Эта неспособность устранить постоянно растущее наслоение также лимитирует применение мембран для очистки жидкостей с низким содержанием мехпримесей

Figure 1



Для минимизации наслоения, разработчики мембран использовали метод под названием перекрёстно-напорная фильтрация (cross-flow), которая основана на высокой скорости турбулентного потока жидкости, проходящей через мембрану, для уменьшения наслоения и загрязнения. (Рисунок 1) При этом методе элементы мембранны размещены в пластинчато-рамной, трубчатой или спиральной сборке, через которую быстро прокачивается очищаемая жидкость.

В подобных конструкциях является не экономичным создание поперечных и обратных срывающих сил более чем со скоростью 10-15 тысяч инверсий секунды, что также делает этот метод не пригодным для жидкостей с низкой вязкостью (типа воды). Помимо этого, повышенная скорость потока при использовании crossflow ведет к значительному падению давления от входа (высокое давление) до выхода (низкое давление) мембраны, что ведёт к преждевременному загрязнению мембранны, которое нарастает, пока производительности всей установки по пермеату резко не опустится до неприемлемо низкого уровня.
 

Figure 2

Однако, несмотря на это, компания Нью Лоджик разработала альтернативный метод для производства интенсивных волн срывающих усилий на поверхности мембраны. Этот метод называется Вибрационный Поперечный Улучшенный Процесс (VSEP). В VSEP Системе подаваемые загрязнения остаются почти неподвижными, двигаясь в медленном, колеблющемся потоке между параллельными листами мембран. Очищающий эффект создается при помощи сильной вибрации мембранных элементов в сторону, тангенциальную поверхности мембран. (См. рисунок 4)

Поперечные волны, произведённые вибрацией мембран, позволяют приподнять мехпримеси и загрязняющие вещества над поверхностью мембранны и перемешать с проходящим через мембрану потоком. Этот поперечный сдвигающий процесс максимально раскрывает мембранные поры для максимальной проходимости, которая при этом становится, типовые значения, в 3-10  по сравнению с обычными cross-flow системами. (Рисунок 2 сверху)

Мембранная фильтровальная сборка VSEP состоит из листовых элементов, собранных в паралельные диски и разделённых прокладками. Стопка дисков напоминает пластинки на проигрывателе с мембранной на каждой стороне.

Figure 3



Стопка дисков находится на закручивающейся пружине, которая двигает её вперёд и назад примерно на 2,22 сантиметра. Это движение аналогично агитатору стиральной машины, но происходит намного быстрее, чем видно человеческому глазу.

Колебательный процесс производит сдвиг поверхности мембраны в 150,000 раз в секунду (эквивалентно усилию в 200g), что в десять раз превышает значения для обычных систем cross-flow. Наиболее важным является то, что поперечные сдвиги в системе VSEP сфокусированны на поверхности мембраны, где это наиболее выгодно и полезно для предотвращения забивания мембран, в то время как сама очищаемая жидкость движется с небольшой скоростью.

Figure 4

Так как VSEP система не зависит от создаваемых потоком самоочищающих сил, подаваемая суспензия может иметь высокую вязкость и быть экстремально густой, но при этом может быть всё равно эффективно обезвожена. Концентрат по существу проталкивается между вибрирующими элементами дисков и выходит из аппарата, когда достигается расчетный уровень концентрации. Поэтому, система VSEP дает требуемый результат за один проход, не нуждаясь в дорогих, дополнительном оборудовании, соответствующей обвязке, клапанах и так далее.

Описание работы системы VSEP

При запуске в VSEP систему подаётся суспензия, очищаемая жидкость, клапан линии концентрата в это время закрыт. Происходит подача пермеата (очищенной жидкости), взвешенные твёрдые частицы в скапливаются внутри фильтровального узла VSEP. После запрограмированного времени клапан открывается для выпуска накопленных концентрированных частиц. После этого клапан закрывается для концентрации следующей порции жидкости. Затем цикл повторяется.

Выбор мембран - это единственный важный параметр, который влияет на качество сепарации. Другими важными параметрами являются давление, температура, амплитуда вибраций и продолжительность сепарации одной порции жидкости. Все эти паратметры оптимизируются во время тестирования и вносятся в программируемый контроллер (PLC), который управляет системой.

Рабочее давление создается с помощью подающего насоса. VSEP система обычно работает при давлении до 1,000 psig (68.95 BAR). При более высоком давлении увеличивается поток пермеата, но оно также ведет к повышенному расходу энергии. Поэтому выбор рабочего давления зависит от баланса между скоростью потока и потреблением энергии.

В большинстве случаев скорость фильтрации может быть потом улучшена с помощью повышения рабочей температуры. Максимальная рабочая температура VSEP 79 градусов С, значительно выше конкурентных мембранных технологий. также доступны конструкции с более высокой рабочей температурой.

Амплитуду вибраций и соответствующая степень очистки и сдвиговых сил также могут варьироваться, что непосредственно влияет на производительность и степень фильтрации. В большинстве случаев фиьлтровальный элемент имеет амплитуду колебаний от 1,9 до 3,2 см. Частота колебаний, примерно, 53 Hz и интенсивность перемещений, примерно, 150 000 инверсивных секунд.

Резидентное время суспензии внутри фильтровального картриджа устанавливается с помощью частоты открытия и закрытия выходного клапана (клапан 1). Уровень твёрдых частиц увеличивается за время нахождения фильтруемой жидкости в машине. Иногда в мембранный картридж добавляется устройство очистки, и постоянное частотное колебание помогает очистить мембранну в считаные минуты. Этот процесс может быть автоматизирован и требует потребления только примерно 189 литров чистящих растворов, таким образом уменьшая проблемы с утилизацией чистящих растворов, присущие другим мембранным системам.

Мембранная технология VSEP