Керамические мембраны: высокая плотность упаковки площади фильтрации улучшает характеристики мембраны.

Разработаны новые трубчатые керамические мембраны, обеспечивающие высокую плотность упаковки площади фильтрации. Эти новые керамические мембранные фильтрующие элементы были проверены в практических исследованиях при очистке нефтесодержащих сточных вод. Штеффен Хайденрайх и Винфрид Мичелл из Pall Filtersystems GmbH описывают результаты.

Керамические мембранные фильтрующие элементы Schumasiv производства Pall Corporation уже много лет успешно используются в различных сферах применения. Примерами являются водно-масляное разделение конденсатов компрессоров, обезжиривающие ванны, охлаждающе-смазочные материалы и промывочные воды, фильтрация технологических вод, регенерация катализаторов в химических процессах, разделение биомассы в сточных водах и различные применения для осветления напитков. Мембраны Schumasiv доступны в виде трубчатых моно- и многоканальных фильтрующих элементов. Они имеют опорный корпус из чистого α-оксида алюминия, химически стабильной фазы оксида алюминия. Мембраны изготавливаются из оксида алюминия, циркония или титана в зависимости от размера пор. Благодаря мелкоступенчатой ​​многослойной структуре, имеющей грубую основу, покрытую несколькими слоями уменьшающегося размера пор, производятся мембраны с широким диапазоном размеров пор, охватывающим весь диапазон микро- и ультрафильтрации от 2 до 0,005 мкм. На рисунке 1 в качестве примера показана структура ультрафильтрационной мембраны толщиной 0,05 мкм. Керамические мембраны обладают превосходной стойкостью к истиранию и химически агрессивным жидкостям. Кроме того, они обладают высокой механической прочностью, хорошей термостойкостью и высокой эффективностью разделения. Моно- и многоканальные фильтроэлементы Шумасив выпускаются с разными диаметрами проточных каналов от 2,8 до 16 мм. Это позволяет использовать их в самых разных областях применения с различной концентрацией твердых веществ. Мембранные фильтроэлементы Schumasiv имеют длину до 1,5м. Наружные диаметры многоканальных фильтрующих элементов обычно составляют 25,4 мм (19 каналов с диаметром канала 3,3 мм), 41 мм (19 каналов с диаметром канала 6 мм или 37 каналов с диаметром канала 3,6 мм) и 52 мм (19 каналов с диаметром канала 8 мм). ). На рис. 2 показано несколько примеров фильтрующих элементов различной геометрии. Керамические мембранные фильтрующие элементы установлены в корпусах модулей (см. рисунок 3). Стандартные корпуса могут иметь площадь фильтрации до 27 м2 на корпус. Фильтрующие элементы легко устанавливаются с помощью уплотнительных колец. Благодаря своей устойчивости в диапазоне pH от 1 до 14, керамические мембраны можно очищать агрессивными химикатами, органическими растворителями, горячей водой или паром. Кроме того, керамические мембраны можно регенерировать путем обратной промывки под высоким давлением, и они имеют длительный срок службы.

С целью уменьшения габаритов и стоимости фильтрационной системы разработаны новые керамические мембранные фильтрующие элементы с высокой плотностью упаковки площади фильтрации.

За счет увеличения плотности упаковки площади фильтрации можно добиться большей поверхности мембраны на один фильтрующий элемент без изменения внешнего диаметра и длины существующих фильтрующих элементов. Это позволяет увеличить скорость фильтрации в существующих мембранных системах за счет замены существующих керамических мембранных фильтрующих элементов. В тематических исследованиях также будет продемонстрировано уменьшение количества фильтрующих элементов и, соответственно, размера и стоимости фильтрующей системы для новых установок.

Поверхность мембраны на один фильтрующий элемент увеличена за счет более плотной упаковки проточных каналов. Шестиугольная геометрия поперечного сечения проточных каналов была выбрана для обеспечения очень плотной упаковки, напоминающей соты. Шестиугольная форма проточных каналов позволяет использовать керамические мембранные фильтрующие элементы с очень высокой плотностью упаковки поверхности мембраны. По сравнению с обычной круглой геометрией проточных каналов было достигнуто увеличение площади фильтрации на фильтрующий элемент на 50 процентов. Например, площадь фильтрации многоканального мембранного фильтрующего элемента с внешним диаметром 41 мм и длиной 1,2 м увеличена с 0,5 м2 до 0,75 м2. Количество проточных каналов при этом увеличено с 37 (круглые каналы диаметром 3,6 мм) до 61 канала (шестиугольные каналы диаметром 3,1 мм) на элемент (рис. 4). Улучшение более плотной упаковки фильтрующей поверхности приводит к увеличению потока пермеата на фильтрующий элемент.