Для здійснення розподільного процесу повинні бути організовані потоки вихідної суміші, пермеата (фільтрату) та транзиту (концентрату). Конструкції промислових установок виявилося зручніше компонувати окремими стандартними модулями з мембранних елементів, які компактні і взаємозамінні. Великі розділові апарати і установки складаються, таким чином, з модулів, сукупність яких забезпечує поділ вихідного потоку суміші.
Модулі мають різноманітну конструкцію, основними з яких є: плоскорамние, рулонні і половолоконной.
Організація потоків у плоскорамном модулі і типова конструкція модуля з плоскими мембранними елементами показана в додатку. У корпусі апарату на трубчастому колекторі герметично закріплені мембранні плоскі елементи. У фланцях є отвори для введення вихідної суміші та відведення транзиту (концентрату) відповідно. Між елементами паралельно розташовані проставки, виготовлені з відрізків дроту, зварених у місцях перетину під кутом 600, або ж з тканини. Кінці елементів втоплені в стінку з кремнийорганической смоли, поліуретану, епоксидної або будь-який полімеризується смоли. Мембранний елемент (див. додаток) має пористу опору з напівпроникною мембраною на протилежних кінцях. У центрі елемента передбачено отвір під колектор. На мембранний елемент переважно круглої форми нанесена на кінцях по периферії смолиста маса для його герметизації. Це дозволяє ще на стадії складання, до введення елемента в корпус, перевірити характеристики кожного елемента і герметичність їх з'єднання зі стінкою.
Робоча поверхня мембранного елемента в зборі становить 70%, інша частина загерметизована у стінці. Варіантом конструкції є мембранний елемент, який зберігає всі конструктивні одиниці, але має по периферії елемента два діаметрально протилежних скоса.
Модуль працює таким чином: колективна суміш вводиться через отвір і далі послідовно проходить секції мембранного елемента в напрямках, зазначених стрілками. При цьому частина суміші проникає через мембрану і відводиться з модуля через колектор (пермеат, фільтрат). Непронікшая частина суміші (транзит, концентрат) виводиться з модуля через отвір. Дану конструкцію модуля з плоскими мембранними елементами можна вважати базовою.
Рулонний модуль.
Мембранна упаковка розділового модуля рулонного типу (додаток) складається з гнучких стрічкових елементів. Основний елемент являє собою суцільну смугу проникною мембрани. Елемент, що є опорою для мембрани і службовець для розділення потоків, виконаний у вигляді гнучкої пластмасової стрічки. Поздовжні канали призначені для підведення перероблюваної суміші, а поперечні - для відводу пермеата (фільтрату). Мембрана разом з гнучкою опорою намотується на перфоровану трубу.
Мембранна рулонна упаковка поміщається в корпус (додаток), в якому може бути розміщено декілька таких упаковок.
Модулі рулонного типу відрізняються простотою виготовлення. Їх загальним недоліком є складність коллектірованія потоків.
Модулі з порожнистих волокон становлять найбільший інтерес у порівнянні з мембранними модулями інших видів, так як з їх допомогою можна створювати розділяє поверхню 30 тис. м2 на 1м3 половолоконной упаковки для розділення газових сумішей. Застосування як мембранних елементів порожнистих волокон забезпечує найбільшу питому поверхню мембран в одиниці об'єму модуля, що сприяє створенню компактних і високопродуктивних апаратів.
Конструкція половолоконной розділових модулів розвивається у двох напрямках:
безопорному укладання волокон в корпусі;
укладання волокон на опорну трубу, яка служить також розподільником потоків суміші.
Вертикальний варіант модуля з безопорному укладанням порожнистих волокон може містити до 1 млн. волокон в залежності від їх товщини і необхідної продуктивності модуля. Один кінець кожного волокна в пучку замурований в трубній решітці, і канали порожнистих волокон повідомляються з нижнім (вихідним) штуцером. Трубна решітка (закладення) пучка порожнистих волокон може формуватися заливкою герметизуючого матеріалу навколо пучка або шляхом просочення кінців волокон герметизуючим матеріалом у процесі компонування порожнистих волокон з утворенням пучка. У якості герметизуючих матеріалів використовуються затверділі рідкі склади полімерів (епоксидні смоли, уретани і т.д.), припої, клеї, воски.
Верхній кінець кожного волокна закладається так само, як і в трубчастої решітці, за винятком того, що канали порожнистих волокон не повідомляються через заглушку (замкнені). Дане ущільнення може вільно переміщатися в подовжньому напрямку і власне масою забезпечує поздовжнє ущільнення пучка волокон на 0,5%. Зовнішній діаметр волокон складає 150 - 800 мкм, А товщина стінки волокон залежить від міцності матеріалу і може становити 50-300 мкм. Ефективна довжина порожнистих волокон може змінюватись в широких межах від 0,2 до 20 м.
Введення вихідного потоку високого тиску здійснюється через поживний штуцер поблизу днища із зовнішнього боку волокон, оскільки порожнисте полімерне волокно звичайно краще протистоїть тиску стиснення, ніж внутрішнього розширення. Потік суміші розподіляється радіально в напрямку від живильної зони і піднімається уздовж осі, обтікаючи порожнисті волокна. Компоненти, проникли через мембрану (пермеат), проходять вниз по порожнини всередині волокон, протитечією до течії вихідної суміші. Потік (транзит), який не проникає крізь мембрани, виходить з модуля зверху при тиску, майже рівному тиску в живильному потоці.
Розроблено також варіанти горизонтального модуля, в яких для щільного поздовжнього прилягання пучка волокон до внутрішньої поверхні корпусу між заглушкою і днищем встановлюється непружних вставка або пружина.
Модуль з укладанням волокон на опорну трубу.
Конструкція мембранного половолоконной модуля з укладанням волокон на опорну трубу (див. додаток) складається з корпусу, половолоконной упаковки на опорній перфорованої трубі, штуцерів, ущільнювачів, клейових блоків, кришок і ущільнювальних кілець. Така конструкція дозволяє працювати роздільника, як в горизонтальному, так і у вертикальному положенні, при подачі вихідної суміші як всередину, так і зовні волокон (див. додаток). Для подачі зовні волокон вихідну суміш направляють в перфоровану трубу, звідки вона подається в межволоконное простір. Проникаючи всередину волокон і збагачуючись легкопронікающім компонентом, суміш виходить через патрубок вірніше та нижньої кришок модуля. Непронікшая суміш, збіднена легкопронікающім компонентом. Відводиться через бічний патрубок.
Типові схеми з'єднання розділових модулів
Паралельне і послідовне з'єднання модулів
Випускаються промислові мембранні модулі включають ряд типорозмірів, і звичайно установки мембранного поділу складаються з декількох модулів. Тому вибір оптимальної схеми з'єднання модулів є важливим завданням при проектуванні. Спосіб з'єднання модулів залежить від вимог до кінцевого продукту, характеристик вихідного потоку суміші її тиску і інших чинників.
При паралельному з'єднанні модулів можливе відключення будь-якого з них без зміни умов роботи інших модулів, оскільки суміш надходить з одного колектора, і всі модулі знаходяться в однакових умовах. Проте навіть невелика відмінність модулів по гідравлічному опору викликає зниження ступеня вилучення і чистоти цільового компонента.
При послідовному з'єднанні модулів отримують декілька продуктів різної чистоти, при цьому модулі, встановлені наприкінці технологічної лінії, працюють з більш низьким коефіцієнтом корисної дії.
Каскадні схеми.
Застосування паралельно-послідовної схеми підключення модулів дозволяє досягти високого ступеня вилучення і чистоти цільового продукту в широкому інтервалі навантажень. Для досягнення високої чистоти за проник або не проник крізь мембрану продукту використовують каскадні схеми з'єднання модулів. Більш ефективними є каскадні схеми з рециркуляцією збіднених цільовим компонентом потоків. У таких каскадних схемах ефективність роботи системи залежить не тільки від ККД окремому щаблі, який визначається матеріалом мембрани і способом організації потоків в модулі, а й значною мірою від напряму матеріальних потоків між розділовими ступенями.