Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вся правда о мембранах

Вся правда о мембранах.

В статье вы узнаете о мембранах – что это такое, как они различаются, какими особенностями характеризуются.

Мембраной
называют любой материал, который будучи изготовленным в форме тонкой пленки (0,05-2 мм), приобретает способность оказывать селективное сопротивление переносу различных компонентов жидкости или газа и, в силу этого, позволяет отделять некоторые компоненты (частицы, растворенные вещества или растворители) обрабатываемой жидкости.
Классификация мембран может основываться:
• на ее структуре
• на способе и режиме переноса через мембраны воды и растворенных в ней веществ
• на функции, исполняемой мембраной

Рис.1 Мембраны ультрафильтрации и обратного осмоса

Факт 1 Структура мембран влияет на ее предназначение

По своей структуре, мембраны могут быть однородными, асимметричными или композитными.

Рис.2 Принципиальная схема структуры однородных, асимметричных и композитных мембран

Однородные мембраны
Такие мембраны характеризуются однородностью структуры по всей толщине. Они могут быть пористыми или плотными.
Мембраны с однородной структурой используются в микрофильтрации.

Асимметричные мембраны
Изготавливаемые из одного материала, асимметричные мембраны образованы двумя наложенными друг на друга слоями: наружной пленкой, имеющей очень малую толщину (0,1-1 мкм), и гораздо более толстым (100-300 мкм) подстилающим слоем, часто упрочняемым текстильной основой. Способность таких мембран к разделению в первую очередь определяется свойствами наружной пленки, тогда как подстилающий слой обеспечивает механическую прочность мембраны, не оказывая сопротивления переносу вещества.
В тех случая, когда мембраны имеют форму полых волокон, такую пленку называют внутренней, если она покрывает внутренний слой волокна, и внешний – если она располагается на наружной стене волокна.
Мембраны с асимметричной структурой используются в ультрафильтрации, обратном осмосе и нанофильтрации.

Композитные мембраны
Технологии, разработанные сравнительно недавно, позволяют формировать слой исключительно тонкой пленки на имеющейся пористой основе, которая сама по себе иногда тоже является асимметричной. Два соединяемых материала обычно имеют разную природу, что позволяет наилучшим образом использовать свойства каждого из них (механические свойства одного и селективность другого).
Так, мембраны для процессов осмоса, называемые тонкопленочными композитами, имеют очень тонкий (гораздо меньше 1 мкм) полупроницаемый слой из полиамида, нанесенный на подложку. Этой подложкой часто служит мембраны ультрафильтрации из полисульфона.
Композитные мембраны используются в ультрафильтрации, обратном осмосе и нанофильтрации.

Факт 2 Механизм переноса компонентов через мембрану определяет ее предназначение

Эти механизмы можно разделить на 4 группы: фильтрация, солюбилизация-диффузия, проникание (газов), диализ.

Рис.3 Механизмы переноса компонентов через мембраны

Тип переносаОписание
ФильтрацияРаствор или суспензия разделяется в результате прохождения воды через мембрану (конвекционный перенос воды в пористой среде) и задерживания других компонентов жидкости на пористой поверхности мембраны в соответствии с размерами взвешенных частиц.
Солюбилизация-диффузияРастворитель и растворимые формы химически соединяются с мембраной и диффундируют (мигрируют) в ней с различными скоростями под действием градиента давления и электрохимического потенциала. Разделение основано на различии скоростей диффузии.
Проникание (газов)Газовую смесь можно разделить в результате селективного прохождения через мембрану одного из компонентов газовой фазы.
ДиализВ процессе диализа через мембрану (с большей или меньшей селективностью) проходят только растворенные формы. Вода (растворитель) мембрану не пересекает. Мембраны могут быть нейтральными или электрически заряженными. Если мембраны несут электрический заряд (пленкообразные материалы, сходные с ионообменными смолами), то они являются селективными по отношению к прохождению ионов противоположного знака. Таким образом, можно формировать катионные (пропускающие только катионы) или анионные (селективные к анионам) мембраны.

Факт 3 Можно выделить 6 основных функций мембран

По своим функциям мембраны делятся на мембраны обессоливания, осветления, дегазации, дистилляции, отделение пара и диализные мембраны

Рис. 4 Типы фильтрации на мембране

ФункцияОписание
ОбессоливаниеМембраны обессоливания, задачей которых является задерживание ионов или растворенных органических веществ, не имеет пор. Вода проходит через мембрану, диффундируя внутри структуры полимера, который в данном случае гидрофилен и заполнен водой. Мембраны обессоливания подразделяются на мембраны обратного осмоса и нанофильтрации.
ОсветлениеМембраны осветления имеют поры, видимые в электронный микроскоп. Под действием конвекции вода перемещается внутри пор, увлекая за собой растворенные вещества и частицы, размеры которых меньше размера пор (эффект сита). Мембраны осветления подразделяются на мембраны ультрафильтрации и микрофильтрации.
Дегазация (обескислороживание)Под действием градиента давления (разрежения) или омывания выходной поверхности (химического градиента) мембрана, непроницаемая для воды, но проницаемая для кислорода, позволяет растворенному в воде кислороду мигрировать через себя в выходную камеру. При этом вода не входит в контакт с каким-либо десорбирующим газом или химическим реагентом, что устраняет опасность загрязнения воды. Такие мембраны используются в контурах сверхчистой воды для снижения содержания растворенного кислорода до уровня 1 ppb. Используемые в дегазации мембраны относятся к типу микропористых гидрофобных.
ДистилляцияСоздавая частичное разряжение на выходной поверхности микропористой мембраны, можно построить систему, которая противодействует миграции жидкой фазы, циркулирующей по входной поверхности мембраны (при условии, что разность давлений на мембране остается меньше, чем капиллярное давление в ней). И вместе с тем позволяет парам воды проходить через эту мембрану. Конденсируясь, пары дают воду высокой частоты – лишь другие летучие соединения способны проходить через мембраны вместе с ними. Такие мембраны применяются, например, при концентрировании производственных жидких отходов (токсичных и т.п.) перед их сжиганием или кристаллизацией.
Отделение параДля отделения пара используются композитные мембраны с плотной пленкой. Если на выходной поверхности такой мембраны создать разрежение, величина которого ниже упругости пара одной из форм, находящейся в растворе, контактирующем с входной поверхностью мембраны, то можно наблюдать селективный перенос через мембрану этой растворенной формы, перешедшей в газообразное состояние. Последующей конденсацией газа можно при необходимости выделить упомянутую форму. Это используется, например, при дегидратации спирта или удалении тригалогенметанов из питьевой воды.
ДиализВ процессе диализа через мембрану мигрируют растворенные формы, тогда как для воды она остается непроницаемой. Различные процессы диализа отличаются друг от друга природой движущей силы (разность давления, концентраций, электрических потенциалов) и типом используемой мембраны (пьезодиализ, простой диализ, электродиализ).
Читать еще:  Что такое смазка двигателя премикс

Рис. 5 Технологические процессы на основе проникновения через мембрану

Как правильно выбирать мембрану для обратного осмоса

Мембрана – ключевой элемент фильтра обратного осмоса. Удаляет до 99% примесей, благодаря чему обеспечивает эффективную фильтрацию воды. Также задерживает болезнетворные микробы и вирусы. В итоге вода становится не просто чистой, но и безопасной для здоровья. И ее можно давать пить даже маленьким деткам.

Для чего нужна мембрана обратного осмоса?

Мембрана обратного осмоса устанавливается только в обратноосмотических фильтрах. В других водоочистных моделях ее не используют.

Главная задача мембраны – молекулярная очистка. Она имеет мелкие поры (0,001 мкм), за счет чего задерживает абсолютно все примеси. Через нее проходят только молекулы воды и кислорода – больше ничего.

Какие примеси удаляет обратноосмотическая мембрана?

Обратноосмотическая мембрана способна задерживать:

  • мелкие механические частицы;
  • ионы тяжелых металлов;
  • коллоиды;
  • молекулы белковых соединений;
  • микробы и бактерии.

Для удаления крупных механических частиц (песка, ила, ржавчины) перед ней устанавливают несколько картриджей для фильтра. Они не только задерживают все эти примеси, но и защищают мембрану от преждевременных поломок. Ведь данный сменный элемент попросту не предназначен для удаления крупных примесей и быстро выходит из строя, если они все же к нему попадут.

Конструктивные особенности обратноосмотической мембраны

Обратноосмотическая мембрана бывает 3 видов, но наиболее распространенной считается рулонная. Такая модель встречается в 95% фильтрах, которые продаются на рынке.

Рулонная мембрана состоит из корпуса и фильтрующего элемента. Внутри имеется перфорированная трубка, на которую наматывается толстый слой мембранного полотна.

Именно за счет такой конструкции рулонная мембрана получается ультракомпактной и очень эффективной.

Выбираем мембрану обратного осмоса: основные критерии

Перед тем как выбрать мембрану обратного осмоса, нужно сначала узнать точное название вашей модели фильтрующей системы. Ведь она должна быть на 100% совместима с вашим фильтром. Но вот выбирать точно такую же, как и стояла раньше, вовсе не обязательно. Возможно, вы хотите купить более дешевую мембрану. Или наоборот – более производительную, чтобы она могла очищать больший объем воды за тот же промежуток времени.

В любом случае надо знать, на какие параметры смотреть при изучении моделей в каталоге. Чтобы облегчить вам эту задачу, рассмотрим самые важные критерии выбора мембраны обратного осмоса.

Производительность

Все обратноосмотические мембраны имеют определенную производительность. На выбор предлагаются разные варианты:

  • 50 галлон в сутки;
  • 75 галлон в сутки;
  • 100 галлон в сутки.

И какую выбрать мембрану обратного осмоса? Здесь каждый подбирает исходя из суточной потребности в воде. Чем больше человек в семье – тем большая нужна производительность.

Единственный нюанс, который надо учитывать, водопроводное давление. Чем оно ниже, тем более производительная должна быть мембрана.

В целом же, для большинства случаев вполне достаточно обратноосмотической мембраны с производительностью 50 галлонов в сутки. Ее мощности хватает, чтобы обеспечить чистой питьевой водой большую семью из 5 человек. Или даже больше.

Кроме того, такая мембрана имеет оптимальное соотношение по эффективности и цене. Словом, для бытового назначения (т.е. для очистки воды в квартире или частном доме) ее хватит с лихвой.

Тип мембраны

Также перед тем, как подобрать мембрану обратного осмоса, нужно сразу определиться, где будете ее использовать. Ведь в зависимости от сферы применения она бывает 2 типов:

  • бытовая;
  • промышленная.

В принципе, здесь уже все понятно по названию. Бытовые мембраны обратного осмоса предназначены для фильтров, установленных в квартире или частном доме. А промышленные – устанавливаются в моделях, функционирующих на производстве или в коммерческих заведениях (ресторанах, кафе и т.д.). Последние отличаются увеличенной производительностью, надежностью, большим сроком службы, но и стоят дороже (по понятным причинам).

С выбором тут никаких сложностей быть не должно: просто выбираем мембрану обратного осмоса того типа, который вам нужен.

Уровень очистки воды

Покупая мембрану, вы должны уже знать, какие именно частицы она должна задерживать. Ведь на рынке предлагаются различные модели, которые обеспечивают эффективную очистку от:

  • вирусов и бактерий;
  • органических соединений;
  • химических соединений.

Здесь тоже подбираем мембрану обратного осмоса, которая вам нужна. Например, если в семье есть маленькие дети, тогда лучше все выбрать сменный элемент, который эффективно очищает воду от вирусов и бактерий.

Что такое мембранный клапан и для чего он используется?

Мембранные клапаны представляют собой особый вид трубопроводной арматуры, которая не имеет сальников. А своё название эта ТПА получила из-за того, что в этих клапанов запорным элементом является мембрана. Впрочем, в некоторых случаях мембраны используются также в качестве уплотнительных элементов как корпуса, так и запорного элемента — затвора. Интересно, что мембранные клапаны нередко называют диафрагменными, однако по-русски это будет не совсем верно, поскольку, согласно стандартам ГОСТ, следует использовать именно термин «мембранный клапан». Хотя понятно откуда возникло название «диафрагменный» — это калька с английского: там эта ТПА называется diaphragm valves, и такое название используется куда чаще, чем более привычное для нас membrane valves.

Читать еще:  Что такое двигатель d4d

Основное применение мембранных клапанов в промышленности: транспортировка химически агрессивных сред, поэтому чаще всего их используют в химической промышленности, а также тепловой энергетике и электроэнергетике для транспортировки подготовленных сред (чаще всего горячей воды с различными «присадками» для уменьшения засоряемости металлических трубопроводов. Кроме того мембранные клапаны активно применяют на фармацевтических и пищевых производствах.

Мембранный клапан PVC, пожалуй, является основной разновидностью этой арматуры, поскольку именно трубопроводные системы из ПВХ обычно и являются наиболее востребованными в промышленных приложениях. Впрочем, PVC-U лучше применять для транспортировки не слишком агрессивных сред и, к тому же, при невысоких температурах. Если же требуется транспортировать агрессивные кислоты и щелочи при повышенных температурах, лучше рассмотреть трубопроводную арматуру из PVC-C или даже PVDF. Это может быть, например, кран шаровой PVDF, так как поливинилиденфторид обладает исключительной химической стойкостью и при этом способен выдерживать агрессивные среды даже при температуре +80 градусов и выше. Возвращаясь к мембранным клапанам, отметим, что продукция данного типа от Georg Fischer является одной из самых надёжных на рынке, что подтверждено независимыми испытаниями и сертификатами соответствия самым требовательным международным стандартам.

Добавлено: 17.12.2018 18:20:42

Еще статьи в рубрике Статьи на тему: Инженерные сети водоснабжения, канализации, газоснабжение. Полезные советы:

  • Устранение засоров в канализации – работа для специалиста

Канализационная труба может засориться в любом месте: на производстве, дома, на даче, в квартире. .

Стальные шаровые краны — особенности конструкции и разнообразие

Производители запорной арматуры в настоящее время предлагают потребителям свою продукцию в широком ассортименте. .

Ванны

Интересно, что до начала двадцатого века ванны были доступны только богачам. Простые люди мылись в банях, хотя история этого резервуара насчитывает .

    Заводские фильтры для очистки воды

    Водопроводная вода прежде чем попадет в квартиры, проходит многоступенчатую качественную фильтрацию и поступает в уже очищенном виде. .

    Механическая прочистка канализации

    Механическая прочистка канализационных систем осуществляется при помощи специального электромеханического агрегата высокой мощности, назначение которого — разрушение любых . .

    Поверхностные насосы

    Для обслуживания скважины небольшой глубины в основном используется насосное оборудование поверхностного типа. Модели такого оборудования различны по техническим параметрам и конструкции. .

    Мембранный насос

    Совремное насосное оборудование становиться все более удобным и старается отвечать возростающему количеству требований потребителя. Не стоит в стороне и мембранный (диафрагменный) насос.

    Мембранный насос — это оборудование объёмного типа, рабочим орган которого является гибкая пластина (диафрагма, мембрана). Пластина закрепляется по краям и изгибается под действием рычажного механизма (механического привода), или в результате изменения давления воздуха (пневматического привода) или жидкости (гидравлического привода).

    Содержание статьи

    Работа такого оборудования похожа на работу поршневого или плунжерного насоса.

    Устройство мембранного насоса

    В устройство мембранного насоса в классическом исполнении с механическим приводом включает:
    1 шариковый клапан
    2 ограничитель
    3 гайка
    4 уплотнительные кольца
    5 патрубок
    6 шпилька
    7 крышка
    8 мембрана
    9 тарелка
    10 поршень
    11 шатун
    12 корпус насоса
    13 эксцентрик
    14 червячное колесо
    15 пробка
    16 гильза поршня.

    Шариковый клапан 1 необходит для предотвращения обратного тока жидкости или воздуха.

    Ограничители 2 необходимы удерживания шариковых клапанов в пределах седла.

    Работа мембранного насоса заключается в следующем. При вращении колеса 14, расположенного в корпусе 12, приходит в движение поршень 10, соединенный с колесом шатуном 11.

    Поршень 10 соединен с мембранной 8 с помощью шпильки 6.

    Мембрана является одной из стенок рабочей камеры. Под действием нагрузки мембрана изгибается, меняя объем рабочей камеры и жидкость находящаяся в этой камере вытесняется в область нагнетания насоса.

    При обратном ходе мембрана выгибается в противоположную сторону, создавая вакуум в рабочей камере и затягивая в неё новую порцию рабочей среды. По принципу работы мембрана схожа с поршневым приводом насоса.

    Рассмотрим этот процесс подробнее

    Принцип работы мембранного насоса

    Перемещаясь вправо поршень втягивает мембрану увеличивая объем рабочей камеры и создавая область разрежения. Жидкость поступает из нижнего патрубка в рабочую камеру насоса за счет возникновения эффекта вакуума.

    Перемещаясь влево поршень выгибает мембрану обратно создавая давление и уменьшая объем рабочей камеры.

    Нижний клапан закрывается, а верхний открывается и жидкость выдавливается в трассу.

    Перемещения поршня обеспечивается движением шатуна, а подача насоса связана с циклом вращения колеса агрегата.

    Для того чтобы увеличить подачу некоторые модели насосов оборудуются сразу двумя мембранами (диафрагмами) расположенными друг напротив друга. Эти диафрагмы соединяются между собой посредствам эксцентрикового механизма. Стоимость такого оборудования увеличивается, но его применения становится значительно эффективней.

    Типы мембранных насосов

    Мембранный водяной насос (мембранный насос для воды)

    В мембранных водяных насосах рабочей средой является жидкость. Мембранные насосы для воды являются наиболее часто используемыми. Они применяются в производстве, промышленности, сельском хозяйстве и повседневной жизни.

    Достоинствами мембранного водяного насоса, помимо широкого спектра его работы также является:
    Высокая эффективность работы – высокий КПД
    Широкий ассортимент конструкций,
    большой ресурс работы
    высокая точность дозирования жидкости,
    простота конструкции — ремонтопригодность.

    Мембранный насос для воды способен создавать большое давление с минимальными затратами. Поэтому такой насос эффективен в областях связанных с водой: подходит для моек, поливочного оборудования и водоснабжения.

    По видам воздействия на мембрану выделяют
    насосы с механическим приводом – мембрана изгибается под действием рычажного механизма;
    насосы с пневматическим приводом – мембрана прогибается под действием давления воздуха;
    насосы с гидравлическим приводом – мембрану приводит в движение давление жидкости.

    Мембраны изготавливаются из как из тонкой металлической пластины, обладающей высокой упругостью, так и из неметаллических материалов, таких как резина, полимеры и кожа.

    Мембранно поршневой насос

    Мембранно поршневой насос предназначен для работы со средой высокой плотности. Такой тип насосов сочетает в себе лучшее и от мембранного и от поршневого типа насосов и используются не только для перекачки жидкостей, но и для перемещения шламов.

    Широкое распространение мембранно поршневые насосы получили в горнодобывающей промышленности, на ТЭЦ, в керамическом производстве и металлургии.

    Благодаря высокому КПД, при сравнительно большой стоимости насосы этого типа быстро “отбивают” вложения.

    Мембранный вакуумный насос (насос мембранный пневматический )

    Мембранный вакуумный насос часто называют насос мембранный пневматический, ведь в качестве рабочего тела используется воздух. Работает такой насос по следующему принципу: сжатый воздух проходящий в одну из мембранных пластин, заставляет её изгибаться и сжиматься – это способствует движению жидкости через рабочую часть насоса от входа в сторону нагнетания (выхода). Вместе с этим, параллельным процессом происходит работа второй пластины, в которой создается вакуум, всасывающий жидкость и цикл повторяется.

    Мембранный вакуумный насос являются совершенно сухими, не загрязняют окружающую и перекачиваемую среды и очень просты в эксплуатации. Дополнительным плюсом является и большой срок эксплуатации при непрерывной работе.

    Мембранный пневматический насос может использоваться в качестве компрессора.

    Мембранный вакуумный насос изготавливается из высококачественных материалов. Все комплектующие к насосам производятся с использованием высокотехнологичного оборудования мировых производителей

    Насосы получили широкое распространение в медицинской технике, вакуумных печах, печатных машинах, вакуумных массажерах и фильтрах и многих других областях. Мембранный вакуумный насос используется также и на серийном производстве, где главный упор делается на количество изготовленной продукции.

    Мембранные насосы дозаторы (мембранный дозирующий насос)

    Спектр применения мембранных насосов дозаторов довольно специфичен. Такие насосы адаптированы для работы с химически активными веществами, когда есть необходимость их периодической дозировки.

    Мембранный дозирующий насос, как правило, оборудуется герметичным корпусом. Его работа по перекачке среды может быть отрегулирована в широком диапазоне, а в современным моделях предусмотрены варианты с заданием нужным параметров. В зависимости от модели и типа мембранного насоса дозатора величина производительности может быть задана вручную или с помощью элементов привода.

    В конструктивном плане насосы отличаются в легкости обслуживания, сборке и монтаже насоса. Кроме того мембранные дозировочные насосы оборудованы клапанами, адаптированными к воздействию вредных сред.

    Мембранный насос 12 вольт

    Мембранный насос на 12 вольт применяется в домашнем и фермерском хозяйстве, где необходимо малогабаритное устройство для подачи воды под давлением

    Благодаря небольшому размеру и малому весу мембранный насос на 12 вольт можно разместить практически в любом месте.

    Единственный его недостаток – это шум при работе.

    Ещё одна область применения такого оборудования – автомобильная. Насосное оборудование этого типа используется для откачки масла или для создания давления в автомойке. Некоторые модели оборудованы переходниками для автомобильной сети

    Самые популярные модели:

    Shurflo ProBlaster II Ultimate— используется для перекачивания пресной воды

    Технические характеристики:
    подача: 11,3 л./мин.;
    питание: 12 В.;
    давление: 3,1 бар.

    SeaFlo — китайсткий мембранный насос для воды 12 вольт.

    Технические характеристики:
    подача — 15 л./м.;
    питание — 12 В.;
    давление: 4,2 бар.

    Характеристики и преимущества

    Подача мембранного насоса определяется по формуле

    где V – изменяющийся объем рабочей камеры насоса
    k – количество рабочих циклов в единицу времени

    Подача мембранного насоса зависит от объема рабочей камеры (от размеров самого насоса) и от количества циклов воздействия в единицу времени и составляет от 1 до 150 м3/ч.

    Современный насос мембранного типа обеспечивает в зависимости от модели подачу от 27 и до 1060 литров в минуту и максимальное давление до 8 бар

    Преимущества и недостатки мембранных насосов.

    Преимущества

    Мембранные насосы отличаются простотой конструкцией и, как следует из этого высокой надежностью

    Поскольку в мембранном насосе нет вращающихся деталей, отпадает необходимость в подшипниках и уплотнениях.

    Отсутствие подшипников и вращающихся частей позволяет исключить необходимость в смазке.

    Отсутствие уплотнений позволяет полностью исключить возможность утечки жидкости из насоса.

    Мембранные насосы обладают компактными размерами и небольшим весом

    Недостатки

    Рабочим органом насоса является мембрана, которая при работе постоянно изгибается, что приводит к её быстрому разрушению.

    Мембранные насосы обладают сравнительно небольшим напор, а так же особенно большой среди насосов своего типа неравномерностью подачи.

    Только зная плюсы и минусы каждого конкретного типа оборудования, можно сделать правильный выбор и заключение о его эффективности и надежности, а если вдруг произошла поломка, то выполнить ремонт вакуумных насосов.

    Мембранный насос относится к типу насосов вытеснения. Для составления мнения об этом типе насосов прочитайте статью о винтовых насосах.

    Видеоматериалы

    Насос мембранного типа на сегодняшний день получил широкое признание. Такие насосы используются в автомобильной, дорожной и сельскохозяйственной технике.

    Кроме того насосы используются в строительстве, в обработке отходов, в газодобывающих компаниях, на нефтяных комплексах, в химической и нефтехимической отраслях.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector