Мембранная дегазация

Надежность и экономичность различных водных систем промышленных и теплоэнергетических предприятий в значительной мере зависят от интенсивности внутренней коррозии оборудования и трубопроводов.

Коррозионная агрессивность воды обусловлена рядом физико-химических факторов, среди которых одним из главных является наличие в воде растворенных газов. К наиболее распространенным и опасным коррозионно-агрессивным газам относятся кислород и углекислый газ. Известно, что присутствие в воде свободного диоксида углерода в три раза повышает интенсивность кислородной коррозии металла.

Поэтому удаление из воды растворенных газов является важной составной частью технологических процессов водоподготовки. Огромное значение удалению газов из воды придается в микроэлектронике, энергетике и в производстве медицинских препаратов. Современные технологии производства высокочистой воды предъявляют к питающей воде жесткие требования по содержанию углекислого газа перед ее обработкой на установках глубокого обессоливания, например, электродеионизации.

В качестве основных методов удаления растворенных газов используется физическая десорбция, а для удаления небольших остаточных количеств газа – химические методы их связывания. Как правило эти методы требуют высоких затрат энергии, больших производственных площадей, расхода реагентов и, кроме того, могут сопровождаться вторичным микробиологическим загрязнением воды.

Все это привело к появлению нового направления водоподготовки – мембранной дегазации или, как принято обозначать этот процесс в англоязычной литературе, – дегазификации. Мембранной дегазацией (дегазификацией) воды называется процесс удаления растворенных в воде газов с помощью специальной пористой мембраны, проницаемой для газов, но непроницаемой для воды.

В настоящее время единственным производителем промышленного оборудования для этих целей под маркой Liqui - Cel является фирма « Mem ­ brana », входящая в корпорацию «Polypore International, Inc.» [270–288].

Физико-химические основы десорбции газов

Система газ – жидкость является двухфазной дисперсной системой. Жидкая и газообразная фазы отделены друг от друга поверхностью раздела. Перенос компонента из одной фазы в другую обусловлен разностью химических потенциалов этого компонента в разных фазах [289]. В стационарных условиях при длительном соприкосновении фаз химические потенциалы компонента в разных фазах выравниваются и между фазами устанавливается подвижное равновесие, при котором скорости процессов абсорбции (поглощения газа жидкостью) и десорбции (выделения газа из жидкости) равны. Равновесие двухфазных систем и концентрация газа в растворе зависят от рода газа и жидкости, температуры, давления и состава газовой фазы. Это состояние характеризуется константой фазового равновесия, представляющей собой отношение концентрации газа в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе.

Концентрация растворенных газов в воде связана с парциальным давлением каждого компонента в газовой смеси, находящейся в контакте с поверхностью воды, законом Генри. Для одного компонента закон Генри можно записать так:

, (7.1)

где Сi – мольная концентрация i-го газа в растворе, Pi – парциальное давление этого газа над поверхностью воды, ki – коэффициент Генри (растворимость газа).

Иногда ту же закономерность записывают в другой форме:

. (7.2)

В этом случае коэффициент пропорциональности K i называют константой Генри. Константа Генри, помимо природы самого газа, зависит от температуры и химического состава воды, в частности – от pH. Эта зависимость во многом определяет используемые методы дегазации.

Закон Генри распространяется только на газы, не реагирующие с водой, такие как N2 , O2 . Для таких газов как СО2 , NH3 закон Генри применим, если под концентрацией Ci понимать их концентрацию только в виде растворенного газа. Ели же за C i принимать полное содержание в растворе (во всех формах), то зависимость растворимости от давления газового компонента носит нелинейный характер.

При отсутствии равновесия между фазами в двухфазной среде возникает массопередача. Дегазация какого-либо газа осуществляется благодаря тому, что парциальное давление этого газа в воздухе (десорбирующем газе) меньше равновесного, соответствующего концентрации газа в обрабатываемой воде. Сущность физических методов дегазации (вакуумной, термической, аэрационной) состоит в создании условий, когда парциальное давление удаляемого газа минимально или вовсе стремится к нулю.

В деионизованной воде, находящейся при температуре 25 °С в равновесии с воздухом, в растворенном состоянии находится 8,5 мг/л кислорода, 14,5 мг/л азота и некоторое количество углекислого и других газов. Из формулы (7.1) видно, что осуществлять дегазацию (т.е. по­нижать концентрацию газов в воде) можно либо уменьшением парциального давления, либо понижением растворимости. В случае газов, взаимодействующих с водой (точнее с водным раствором) под растворимостью надо понимать полное значение связываемости. Соответственно, есть три пути осуществления дегазации: первый – уменьшение общего давления газовой смеси над раствором (создание вакуума), второй – уменьшение парциального давления одного из компонентов, который необходимо удалить (например кислорода), для этого необходимо воздух вытеснить чистым инертным газом (азотом) и третий – нагревание воды в целях снижения растворимости газов.

Поскольку парциальное давление углекислого газа в атмосферном воздухе близко к нулю, то условия для его удаления уже обеспечены, необходимо лишь создать большую поверхность контакта.

Удаление кислорода при контакте с воздухом невозможно, ввиду его значительного парциального давления в атмосферном воздухе. Для его удаления необходимо либо поднять температуру воды до точки кипения, при которой растворимость газов падает до нуля, либо создать глубокий вакуум. Другим вариантом является контактирование воды с инертным газом, не содержащим кислород, – обычно с азотом .

Скорость десорбции зависит от степени отклонения системы от равновесного состояния, свойств жидкости, удаляемого газа и десорбирующего агента, площади контакта, характера взаимодействия между жидкими и газообразными фазами (физическое, химическое) в массообменном аппарате.

Работа традиционных деаэраторов и декарбонизаторов основана на создании большой поверхности массообмена путем диспергирован ия обрабатываемой воды в вакууме (вакуумные деаэраторы) или в инертной атмосфере азота или воздуха, если необходимо удалить только углекислоту (атмосферные декарбонизаторы).

Мембранная дегазация основана на использовании специальных мембран большой площади (как правило, на основе полого волокна), размещенных в напорных корпусах. Газообмен происходит в микропорах мембраны, обладающей огромной поверхностью. Благодаря этим факторам достигается компактность установок и снижается вероятность вторичного механического и биологического загрязнения воды.

Мембранные дегазаторы (МД) позволяют удалить растворенные газы из потока воды без его диспергирования; собственно дегазация протекает в системе вода–мембрана–газовый поток. Несмотря на то, что МД в своем составе имеют ультрапористую мембрану, принцип их работы отличен от других мембран (ультрафильтрационных, обратноосмотических): в мембранах дегазатора отсутствует поток жидкости сквозь поры мембраны. Мембрана служит инертной газопроницаемой стенкой, которая разделяет жидкую и газообразную фазы.

Схема процесса дегазации показана на рис. 7.1. В мембранный модуль подается исходная (питательная) вода, содержащая растворенный газ. В мембранном модуле 1 вода и газовая фаза разделены водонепроницаемой мембраной 2 . Вода прокачивается через модуль с помощью насоса 3 . Со стороны газовой фазы либо создается поток газа компрессором 4 , либо разрежение – вакуумным насосом 5 , либо то и другое одновременно. Таким образом, контакт воды осуществляется с одной поверхностью мембраны, а газа – с другой.

Ультрапористые мембраны с размером пор 0,03–0,05 мкм изготавливаются из полимера, например, полипропилена, обладающего высокой гидрофобностью, которая позволяет изолировать поток воды от газовой фазы. Для того, чтобы вода прошла сквозь пористое волокно, необходимо приложить значительное давление (давление пробоя Р ), которое можно вычислить по формуле [290]:

для круглой поры

или для щелевидной поры ,

где Р – давление при котором жидкость начнет протекать сквозь отверстия мембраны (точка пробоя), θ – угол смачивания, σ – поверхностное натяжение воды, r – радиус или полуширина пор мембраны.

Для полипропиленовой мембраны с диаметром пор 0,05 мкм значение давления пробоя составляет около 10,2 атм. С учетом этого факта рабочее давление всех МД лежит в пределах 2–4 атм.

Рассмотрим дегазацию на примере мембранных дегазаторов Liqui - Cel фирмы « Membranа» [270–288].

image description

 

а

Рис. 7.1. Схема организации процесса мембранной дегазации ( а ) и принцип работы мембранного половолоконного элемента ( б ):

1 – мембранный модуль; 2 – мембрана; 3 – насос; 4 – компрессор; 5 – вакуумный насос

б

В дегазаторах Liqui - Cel гидрофобные мембраны выполнены в виде ультапористого полого волокна (рис. 7.2, а ). Как и для других мембранных процессов, газоразделительная мембрана – анизотропна (рис. 7.2, б ), она имеет тонкий разделительный слой, размещенный на более толстой пористой подложке.

Поскольку половолоконная мембрана гидрофобна, то жидкость не смачивает поверхность мембраны, и водный поток не проникает в поры; через поры мембраны может проникать только газовая фаза . В порах мембранных волокон происходит отделение газовой составляющей от жидкой фазы потока за счет разницы парциальных давлений по обе стороны мембраны (рис. 7.1). Газ контактирует с жидкостью только в порах мембраны через которую, вследствие ее малого рейтинга, не могут проникнуть ни механические частицы, ни биологические объекты.

Диаметр полого волокна составляет всего 0,3 мм , что обеспечивает максимальную среди всех мембранных аппаратов, удельную поверхность контакта.

а

б

Рис. 7.2. Вид полого волокна (а), структура его поверхности ( б ) и связка волокон ( в )

в

Отсюда следуют преимущества мембранных дегазаторов (контакторов): при чрезвычайно высокой поверхности массопереноса – отсутствие конвективного смешения фаз и необходимости их дальнейшего разделения (фазы уже разделены мембраной). Именно благодаря этим преимуществам технология мембранной дегазации получила широкое распространение в системах удаления растворенного кислорода и углекислоты при получении особо чистой воды.

При производстве половолоконных мембранных аппаратов целью является обеспечение максимальной площади контакта – поверхности мембран (поверхность массопереноса), в минимальном объеме аппарата. В контакторах Liqui - Cel для компактного размещения пучков волокон без перекручивания производится их связывание, специальными тонкими нитями в «направленные листы» (рис. 7.2, в ), которые затем скручиваются вокруг перфорированной центральной распределительной трубы.

После того, как волокна оказываются таким образом уложены вокруг распределительной трубы, концы волокон фиксируют в концевом картридже и отрезают излишек по длине. Затем картридж вставляется в напорный корпус и производится его герметизация, в результате чего внутренние полости волокон оказываются герметично изолированными от корпуса, куда подается вода, и соединенными с торцевым патрубкам для ввода и вывода газовой фазы (рис. 7.3 и 7.4).

Наиболее распространена организация потоков в мембранном дегазаторе, при которой вода протекает снаружи полых волокон , а внутри волокна в противоточном направлении проходит поток газа или/и откачивается воздух (газ), разрежение обычно не глубже 50 мм рт.ст.

Для описания изменения концентрации газа при проходе через МД рассмотрим баланс газа между близкими поперечными сечениями, отражающий равенство изменения газосодержания количеству газа, ушедшего через мембрану:

. (7.3)

где х – координата вдоль поверхности массообмена (мембраны), k – коэффициент массопередачи, v – скорость жидкости, d t – время прохождения между рассматриваемыми сечениями, т.е. время массопередачи, δ ≈ V / S – величина зазора над мембраной, V – объем модуля, S – полная площадь массообмена; концентрация газа по другую сторону мембраны считается пренебрежимо малой.

Решение полученного дифференциального уравнения дает соотношение между входной С вх и выходной С вых концентрациями газа [291]:

. (7.4)

В соответствии с двухпленочной теорией массопередачи Льюиса и Уитмана [2, 4] коэффициент массопередачи k в данном случае определяется суммой коэффициентов сопротивления массопередаче через жидкую фазу k l , газовую фазу k v и мембрану k m :

. (7.5)

Янг и Куссель [4] установили, что в случае удаления кислорода из воды в МД наибольшее сопротивление вносит жидкая фаза k l , тогда как другие две составляющие k v и k m исчезающее малы. Ими также было найдено выражение для k l , позволяющее рассчитать концентрацию удаляемого газового компонента в воде после МД. В случае если жидкость протекает внутри волокна, выражение имеет вид [292, 293]:

, (7.6)

а при протекании жидкости снаружи волокна:

, (7.7)

где d – диаметр волокна (внутренний и внешний, соответственно), D – коэффициент диффузии кислорода в воде, v – линейная скорость движения жидкости, L – длина МД.

Конструктивно мембранные модули дегазации (контакторы) производятся в трех вариантах.

Первый – Extra - Flow (рис. 7.3 ) – наиболее распространен, в нем ввод и вывод жидкости осуществляется в торцах мембранного модуля, а протекание жидкости в межволоконном пространстве организовано радиально. Для этого в пучке мембранных волокон имеется срединная перегородка и центральная перфорированная труба разделена заглушкой пополам на распределяющую и собирающую части (рис. 7.3). Подаваемая в распределительную часть вода движется в направлении к периферии и, обогнув у стенки корпуса среднюю перегородку, направляется в собирающую половину, которая соединена с патрубком вывода воды. Длина пути жидкости в результате равна двум радиусам контактора.

Рис. 7.3. Схема м ембранного модуля типа Extra - Flow

В зависимости от природы извлекаемых газов, их содержания в исходной воде и необходимой глубины дегазации такие аппараты могут применяться в схемах с прокачкой воздуха (как правило, декарбонизация), с прокачкой инертных газов (например, азота – обескислороживание), с созданием вакуума внутри волокон и дополнительной прокачкой воздуха или инертных газов. Подача газа производится в противотоке к движению жидкости.

Выпускаемые в настоящее время модули Extra - Flow имеют производительность в диапазоне от 0,1 м 3 /ч до 80 м 3 /ч.

Рис. 7.4. Схема м ембранного модуля типа No - Baffle

Второй вариант – No - Baffle (рис. 7.4) – отличается тем, что патрубок вывода жидкости находится на боковой поверхности в центре корпуса мембранного модуля, а один из торцевых концов контактора заглушен концевой крышкой; средняя перегородка отсутствует. О чищаемая вода подается в центральную перфорированную трубу, откуда радиально распределяется в межволоконное пространство. Этот вариант реализуется только для шестидюймовых модулей и предназначен для режима с вакуумированием внутриволоконного пространства. Производительность модуля – от 1,1 м 3 /ч до 11,4 м 3 /ч.

Третий вариант – мини-модуль ( MicroModule , MiniModule , рис. 7.5) – отличается тем, что жидкость течет внутри волокна. Такие модули применяются только для малых потоков до 150 л/ч и используется в основном в лабораториях.

Рис. 7.5. Схема м ембранного модуля типа MiniModule

Как уже упоминалось, для удаления растворенного газа из жидкости могут применяться различные схемы организации процесса дегазации:

  • продувка воздухом при удалении неравновесной углекислоты;
  • вакуум при удалении любых растворенных газов;
  • комбинированный метод: подсос газа (воздуха, азота) в сочетании с вакуумом – при необходимости удаления и углекислоты и кислорода (рис. 7.6).

Для удаления углекислоты наиболее экономичным является нагнетание воздуха.

а б в

Рис. 7.6. Схемы организации процесса дегазации:

а – продувка; б –создании вакуума; в – комбинированная

В табл. 7.1 указаны типичные расходы газа (режим с нагнетанием газового потока) и расходы азота (режим вакуумирования газового потока) для различных типоразмеров модулей. В режиме вакуумирования газового потока поддерживают разрежение в модуле (150–250 мм рт. ст.) и расход газа. В случае использования вакуумирования поддерживают только уровень вакуума в системе (около 50 мм рт.ст.).

7.1. Типичные потоки газов через модуль

Типоразмер модуля

Типичный поток воздуха через модуль, м 3 /ч

Типичный поток азота
через модуль, м 3 /ч

1×5,5

0,06–0,3

0,006–0,03

1,7×5,5

0,2–0,9

0,02–0,09

2.5×8

0,2–1,8

0,03–0,2

4×13

0,8–4,8

0,04–0,4

4×28

1,6–9,6

0,08–0,8

6×28

1,6–32

0,2–11

10×28

6,4–40,2

0,3–5,6

14×28

10–64

0,34–17

Для стабильной работы МД при использовании воздуха в качестве рабочего газа к нему предъявляют следующие требования:

  • не должен содержать масла;
  • температура не должна превышать 30 °С;
  • должен быть подвергнут фильтрации на фильтре с рейтингом
    0,2 мкм (для общепромышленного применения 1,0 мкм).

Категорически запрещается использовать воздух при наличии свободного хлора в воде.

При использовании инертного газа в качестве рабочего тела:

  • температура не должна превышать 30 °С;
  • должны быть удалены свободные хлор, озон и любые другие окисляющие вещества.

В этом случае допустимо использование воды, содержащей 1 мг/л свободного хлора. Для уменьшения окисления мембраны, необходимо поддерживать постоянный состав газа, особенно во время включения и выключения потока воды.

Если содержание кислорода в пермеате не должно превышать 5 мкг/л, то чистота газообразного азота должна быть не менее 99,99 %, если остаточное содержание кислорода должно составлять не более 1 мкг/л, то чистота газообразного азота должна быть не менее 99,995 %.

При соблюдении указанных требований достигаются результаты, показанные на рис. 7.7.

В табл. 7.2 указана производительность модулей различных типоразмеров.

7.2. Производительности мембранных модулей

Типоразмер модуля

Минимальный поток воды, м 3 /ч

Максимальный поток воды, м 3 /ч

1,7×5,5

500 мл/ч

2500 мл/ч

2,5×8

0,023

0,068

4×13

0,5

3,41

4×28

1,0

6,8

6×28

1,14

11,4

10×28 (с мембраной Х40)

10

56,8

10×28 (с мембраной Х50 или XIND )

10

47,7

14×28

16

90.8

Модули могут соединяться по потоку воды как параллельно – для увеличения производительности, так и последовательно – для повышения степени удаления газов (рис. 7.8).

Реализованы схемы, где контакторы соединены последовательно – по дегазируемой воде и параллельно – по воздушной фазе; при этом воздух может прокачиваться только через ряд контакторов (как правило, первых по ходу движения воды), а в остальной части создается вакуум. Кроме того, модульное исполнение позволяет, при необходимости достаточно легко производить реконструкцию с увеличением мощности системы.

image description

image description

Рис. 7.7. Зависимости степени удаления кислорода и диоксида углерода от производительности модулей типа Extra - fiow при температуре 25 °С; рН = 4 и содержании СО 2 = 50 мг/л. Модуль 6×28 работает в комбинированном режиме при вакууме 150 мм рт.ст. и подаче воздуха. Модуль 10×28 работает при подаче 40,25 м 3 /ч воздуха

 

а б

Рис. 7.8. Примеры соединения мембранных дегазаторов
по потоку жидкости:

а – параллельное; б – последовательное

Примером использования мембранных контакторов является принципиальная схема процесса декарбонизации в режиме продувки мембранных контакторов атмосферным воздухом (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Принципиальная схема организации процесса декарбонизации в режиме продувки воздухом

Можно выделить несколько основных точек приложения мембранной дегазации:

  • декарбонизация при подготовке обессоленной воды, например, питающей воды для котлов, ультрачистой воды для использования в микроэлектронике, медицине и т.п.;
  • деаэрация и обескислороживание питающей воды для применения в энергетике, медицине, микроэлектронике.

В системах приготовления деионизированной воды на финишных операциях глубокого обессоливания с использованием как ионного обмена на фильтрах смешанного действия, так и мембранного метода электродеионизации удаление растворенной в воде углекислоты является очень важной операцией.

В фильтрах смешанного действия наличие углекислоты резко снижает продолжительность фильтроцикла и качество получаемой воды.

В установках электродеионизации концентрация углекислоты в питающей воде оказывает сильное влияние на электропроводность пермеата.

В традиционных схемах деионизации воды на ионитах при Н-ка­тионировании воды снижается ее рН до 2–3 единиц, и вся углекислота переходит в растворенный CO2 (рис. 1.3), который может быть практически полностью удален традиционными методами.

После обработки на установках обратного осмоса рН опускается только до 5–6 единиц и в растворенный CO 2 переходит только часть углекислоты. Удалить его значительно труднее. Как правило, прибегают к химическому методу, основанному на предварительном связывании углекислоты в карбонаты и бикарбонаты при подщелачивании питающей воды и их последующем удалении обратным осмосом [294–296].

Для безреагентного удаления растворенной в воде углекислоты мембранный дегазатор располагают между установкой ионного обмена или обратного осмоса и установкой электродеионизации или ФСД. Так, например, для потока воды 30 м 3 /ч с содержанием углекислоты в воде 7,7 мг/л целесообразно установить параллельно-последовательную систему деаэрации на десятидюймовых модулях (две последовательных ступени – из двух параллельных модулей каждая). Поток через каждый модуль – 15 м 3 /ч, содержание углекислоты на выходе снижается на 80 % и составит менее 1,5 мг/л.

В работах [294–296] показано, что при поступлении в дегазатор пермеата с установки обратного осмоса, содержащего около 25 мг/л CO 2 , на одной ступени дегазации при достаточном расходе воздуха концентрация CO 2 может быть уменьшена до < 3 мг/л. При малом расходе воздуха удаление двуокиси углерода является не очень эффективным (рис. 7.10). При увеличении расхода воздуха до определенного значения наблюдается заметное снижение содержания двуокиси углерода, причем – независимо от давления воздуха. Дальнейшая доочистка пермеата на установке электродеионизации позволяет снизить содержание карбонатов до минимальных значений.

image description

Рис. 7.10. Содержание диоксида углерода в воде после мембранного дегазатора при продувке сжатым воздухом:

1 – при давлении 1 атм; 2 – при давлении 0,5 атм; 3 – после ЭДУ

Рис. 7.11. Сравнение размеров колонного и мембранного вакуумных декарбонизаторов

Преимущества систем мембранной дегазации:

  • низкие эксплуатационные затраты;
  • компактность оборудования (рис. 7.11);
  • отсутствие прямого контакта фаз (газа и жидкости) и связанных с этим проблем смешения и необходимости дальнейшего разделения;
  • отсутствие проблемы уноса одной фазы другой;
  • отсутствие проблемы загрязнения одной фазы другой.

Все это позволяет установкам мембранной дегазации успешно конкурировать с традиционными процессами дегазации.

image description

Рис. 7.12. Зависимость стоимости щелочи, вводимой перед установкой обратного осмоса для повышения рН, от щелочности и рН исходной воды при производительности установки 6 м 3 /ч и цене 50 % NaOH 0,27 $/кг

Экономичность применения мембранной декарбонизации определяется многими факторами. Одним из существенных факторов может быть снижение расхода реагентов и соответствующее сокращение эксплуатационных расходов.

На рис. 7.12 показана стоимость щелочи, вводимой в воду перед поступлением на установку обратного осмоса для удаления углекислоты путем связывания ее в карбонаты при повышении рН, в зависимости от исходных щелочности и рН при производительности установки 6 м 3 /ч. Видно, что при низких значениях рН исходной воды применение мембранного дегазатора, обеспечивающего одинаковую эффективность удаления СО 2 , дает существенную экономию.

Для глубокого удаления кислорода обычно используется термическая деаэрация, требующая больших энергозатрат и производственных площадей, или ввод химических реагентов (гидразина или сульфита натрия), образующих вторичные продукты.

Использование мембранных контакторов в режиме продувки азота или в комбинированном азотно-вакуумном режиме позволяет резко улучшить экономические показатели производства. Так, в случае использования схемы дегазации в режиме вакуумирования азота при исходном содержании кислорода 8,5 мг/л на выходе концентрация кислорода не будет превышать 6 мкг/л.

Для поддержания качества ультрачистой воды МД устанавливаются в циркуляционной петле. Основной задачей в этом случае, является снижение концентрации растворенного в воде кислорода, диффундирующего в систему. Так, например, для потока воды 30 м 3 /ч с содержанием кислорода в воде 6 мкг/л эффективно установить параллельно два десятидюймовых модуля дегазации, работающих в режиме вакуумирования азота. Поток через одну мембрану составит 15 м 3 /ч, содержание кислорода на выходе из модуля будет менее 1 мкг/л.

Улучшение работы МД по удалению кислорода достигается путем нанесения на мембраны наночастиц платины или палладия [297, 298].

Следует отметить, что с точки зрения минимизации капитальных и эксплуатационных затрат оптимальной может быть комбинация в технологической схеме нескольких методов дегазации воды.

Так, например, для того чтобы минимизировать энергозатраты на вакуум-насосе и исключить использование продувки высокочистым азотом – с одной стороны, и затраты на реагенты – с другой, в ряде схем эффективно используется сочетание мембранных дегазаторов с химическим методом. Например, большая часть растворенного кислорода (с 10–12 мг/л до 0,5–1,0 мг/л) удаляется при помощи мембранного дегазатора, а дальнейшее глубокое удаление кислорода осуществляется за счет введения реагентов. В этом случае не требуется использования азота высокой чистоты и создания очень глубокого вакуума (как при глубокой дегазации только на мембранной установке), а эксплуатационные затраты на реагенты в 10–20 раз ниже, чем при чисто химическом методе удаления кислорода.

Типичная схема использования мембранных контакторов, рекомендуемая фирмой-изготовителем, показана на рис. 7.13.

image description

Рис. 7.13. Типичная схема использования мембранных модулей
No - Baffle с горизонтальным вариантом расположения и продувкой сжатым воздухом для дегазации сверхчистой воды:

ПО – пробоотборник; PCV – стабилизатор давления; 1-4 – мембранные модули; 5 – фильтр 0,2 мкм; 6 – газодувка; 7 – датчики давления; 8 – датчики температур

Следует отметить, что процесс мембранной дегазации – достаточно новый, поэтому схемы установок и их конструктивное оформление пока не стандартизированы – в настоящее время идет поиск оптимальных решений. Для облегчения работы пользователей системами Liqui - Cel компания « Membran а» выпустила подробное описание различных технических решений [284] и разработала компьютерную программу GasCAD для выбора типа, размеров и параметров работы оборудования [299].

Примеры установок декарбонизации и удаления растворенного О 2 приведены на рисунках 7.14–7.16.

Рис. 7.14. Установка для удаления растворенного О 2 производительностью 900 м 3 /ч, состоящая из 15 параллельных цепочек по 2 модуля типа 14×28. Обеспечивает остаточное содержание О 2 менее 10 мкг/л. Температура 25 °С

Рис. 7.15. Установка для удаления растворенного О 2 производительностью 360 м 3 /ч, состоящая из 8 параллельных цепочек по 3 модуля типа 10×28. Обеспечивает остаточное содержание О 2 менее 1 мкг/л при исходном содержании 8,9 мкг/л. Температура 24 °С

Рис. 7.16. Установка для удаления растворенного О 2 производительностью 18 м 3 /ч, состоящая из 3 параллельных цепочек по 2 модуля типа 6×28. Обеспечивает остаточное содержание О 2 менее 0,5 мкг/л при исходном содержании 9 мг/л. Температура 15 °С

а б

Рис. 7. 17. Установки для дегазации:

а – ЗАО «НПК Медиана-фильтр» на предприятии «КРКА-Рус»;

б – ООО «Гелиос-стар» на катке Ледового Дворца Спорта

В отечественной практике примеров использования МД не много. Можно отметить установку ЗАО «НПК «Медиана-фильтр» на предприятии «КРКА-Рус» для получения особочистой воды производительностью 4–10 м 3 /ч [129] и установку ООО «Гелиос-стар» производительностью 7–11 м 3 /ч, обеспечивающую получение воды высокого качества для ледового покрытия катка Ледового Дворца Спорта на Ходынском Поле (г. Москва) [300, 301].

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.