Technologie

Während sich Membranbezogene Trennungsverfahren von Flüssigkeiten in den letzten 20 Jahren steigender Popularität erfreuen, hat diese Technologie auch eine Achillesferse, die alle Membranenbauteile betrifft : Membran-Fouling (Verschmutzung). Dieser langfristige Verlust in der Durchsatzleistung ist bedingt durch die Formation der Abgrenzungsschichten die sich naturgemäß auf der Membranoberfläche während des Filtrationsprozesses bilden. Zusätzlich um die Durchflussleistung auf der Membran herabzusetzen, agiert diese Grenz- oder Gelschicht als eine zweite Membran, die das ursprüngliche Trennschärfendesign der verwendeten Membran vermindert. Die Verwendung von Membranen fűr feststoffarme Einspeiseströme war eingeschränkt bedingt durch die Unzulänglichkeit, die Ansammlung von den Feststoffen bewältigen zu kőnnen.

Um diese Grenzschichtanhäufung herabzusetzen, haben Membranen-designer eine Methode zur Unterstützung verwendet, die als Tangential-Fluss oder Cross-Flow-Filtration bekannt ist und auf hoher Fließstromgeschwindigkeit beruht, welche durch die Membranoberfläche gepumpt wird, um den Grenzschichteffekt zu verringern. (Siehe Tabelle 1). Bei dieser Methode werden Membranenelemente röhrenförmig in einen Platten-und Rahmen gelegt oder als spiralgewundes Patronenbauteil durch, welches die Substanz gefiltert wird (Einspeisestrom) und schnell durchgepumpt wird.

In Cross-Flowdesigns ist es nicht wirtschaftlich Scherungskräfte zu erzeugen, die mehr als 10-15 tausend Umkehrsekunden messen und somit den Gebrauch des Cross–flow für gering viskose (wässrige) Flüssigkeiten einzuschränken. Zusätzlich ergeben erhöhte Cross-Flowgeschwindigkeiten einen bedeutenden Druckabfall aus der Eingangsöffnung (Hochdruck) bis zur Austrittőffnung (Niedriger Druck) Ende der Vorrichtung, was zu vorzeitigem Fouling (Verschmutzen) der Membran führt, welche auf die Vorrichtung schleicht, bis die Permeatrate auf ein untragbares niedriges Niveau abfällt.

New Logic, jedoch hat eine alternative Methode für das Produzieren von intensiven Scherungswellen auf der Oberfläche einer Membran entwickelt. Die Technik heißt schwingungsfähige scherungsverbesserteVerarbeitung (VSEP- Vibratory Shear Enhanced Processing). In einem VSEP System verbleibt die Einspeiseschmiere fast stationär und bewegt sich gemächlich in einem, sich schlängelnden Strom zwischen parallelen Membranen-Blattelementen. Scherungsreinigungstätigkeit wird verursacht, indem die Blattelemente in tangentialer Richtung zu den Oberflächen der Membranen kräftig vibrieren. (Siehe Tabelle 4)

Die Scherungswellen, die durch die Membranschwingung erzeugt werden, bewirken, das Feststoffe und Faulstoffe von der Membranoberfläche weggehoben werden und mit dem Membranmassengut wieder gemischt werden und durch den Membranenstappel fließen. Das starke Scherungsverfahren öffnet die Membranenporen fűr maximale Durchsatzleistung, die typischerweise zwischen drei-und zehnmal grösser ist als die Durchsatzleistung eines konventionellen Cross-Flow-Systems.

Die VSEP Membranfilteranlage besteht aus den Blattelementen, die als paralle Platten /Scheiben angeordnet sind und durch Dichtungen getrennt werden. Der Scheibenstapel ähnelt Aufzeichnungen auf einem Rekordwechsler mit der Membran auf jeder Seite.

Der Scheibenstapel wird über einer Torsionfeder oszilliert, die den Stapel hin und her ungefähr 7/8 Zoll verschiebt (2.22 Zentimeter). Diese Bewegung ist, analog dem Agitator (Aufwiegler) einer Waschmaschine, tritt aber mit einer schnelleren Geschwindigkeit auf, als mit dem menschlichen Auge wahrnehmbar.

Die Pendelschwingung produziert eine Scherung auf der Membranoberfläche von ungefähr 150.000 Umkehr Sekunden (gleichwertig mit über 200 G-Kraft, Schwerkraft), die ungefähr 10 mal höher als die Scherungsrate der besten herkömmlichen Cross-Flow-Systeme ist. Weit wichtiger ist, daß in einem VSEP System die Scherung auf die Membranoberfläche fokussiert ist, dort wo es am kosteneffektivsten und nützlichsten ist, Fouling (Verschmutzung) zu verhindern, während sich die Massenflüssigkeit zwischen den Membranscheiben sehr wenig bewegt.

Da VSEP nicht auf den Einspeisungsstrom zur Induktion der Scherungskräfte angewiesen ist, kann der Zufuhrschlamm extrem zähflüssig werden und dennoch erfolgreich entwässert werden. Das Konzentrat wird im Wesentlichen zwischen den vibrierenden Scheibenelementen extrudiert und verläßt die Maschine, sobald es das gewünschte Konzentrationsniveau erreicht hat. So können VSEP Systeme in einem einzelnen Durchlauf durch das System durchgelassen werden und den Bedarf an notwendigen teuren Arbeitstanks, Anbaugeräten und verbundene Ventilausrüstung beseitigen.

Das Scheibensatz-Stützvolumen eines Systems von 1.400 ft2 (130 Quadratmeter) im Membranbereich, ist kleiner als 50 Gallonen (189 Liter). Infolgedessen kann die Produkt-rückgewinnung in schubweisen Prozessen (batch mode) extrem hoch sein. Der Ausschuss, nach der Dränage des Stapels, ist weniger als 3 Gallonen (11 Liter).

VSEP System Verfahren

Zur Ingangsetzung wird in das VSEP System ein Schmierschlamm eingezogen und das Konzentratventil geschlossen. Das Permeat wird erzeugt und Schwebstoffe im Zufuhr-strom werden innerhalb des VSEP Filterpaketes gesammelt. Nach einer programmierten Zeitspanne wird Ventil eins geöffnet, um die angesammelten konzentrierten Feststoffe frei zusetzen. Das Ventil wird dann geschlossen, um die Konzentration des zusätzlichen Zufuhrmaterials zu ermöglichen. Dieser Zyklus wird unbestimmt wiederholt.

Membranselektion ist der einzig wichtigste Parameter, der die Qualität des Trennungs-verfahrens beeinflußt. Andere wichtige Parameter, die Systemleistung beeinflussen, sind Druck, Temperatur, Schwingungsausschlag/weite und Verweildauer. Alle diese Elemente werden während des Testvorgangs optimiert und in den programmierbaren Logiksteuer-pult (PLC) der das System steuert, eingegeben.

Der gesteuerte Druck wird durch die Zubringerpumpe verursacht. VSEP Maschinen können mit dem Druck in der Höhe von 1.000 psig (BAR 68.95) routinemäßig funktionieren. Während höherer Druck häufig erhöhte Permeatströmungs-geschwindigkeiten produziert, wird auch mehr Energie benötigt. Folglich wird ein funktionierender Druck verwendet, der die Balance zwischen Strömungs-geschwindigkeiten und Energieverbrauch optimiert.

In den meisten Fällen kann die Filtrationsrate durch die Erhöhung der Betriebstemperatur weiter verbessert werden. Die Temperaturbegrenzung in einem Standard-VSEP System ist 175° F (79°C), erheblich höher als konkurrierende Membrantechnologien. Sogar höhere Temperaturaufbauten sind auch verfügbar.

Die Vibrationsamplitude und entsprechend die Scherungsrate können auch verändert werden, was direkt die Filtrationraten beeinflußt. Die Scherung wird durch die Torsions- Pendelbewegung des Filterstapels produziert. Gewöhnlich oszilliert der Stapel mit einer Amplitude von 3/4 bis 1 1/4 Zoll (1.9 bis 3.2 Zentimeter), um die Verschiebung von Kante zu Kante an der Rille des Filterstapels. Die Pendelbewegungs- Frequenz ist ungefähr 53 Hz und produziert eine Scherungsrintensität von ungefähr 150.000 umgekehrten Sekunden.

Die Zufuhrverweildauer wird durch die Frequenz von Öffnen und Schließen des Ausgangventils (Ventil eins) eingestellt. Der Feststoffgehalt im Zufuhrstrom steigt wie das Zufuhrmaterial in der Maschine verbleibt. Gelegentlich wird ein Reinigungsmittel dem Membranenstapel hinzugefügt und anhaltende Pendelschwingungen helfen die Membran in den Minuten zu säubern. Dieser Prozess kann automatisiert werden und verbraucht nur ungefähr 50 Gallonen (189 Liter) Reinigungslösung. Auf diese Weise kann das Beseitigungsproblem verringert werden, das mit anderen Membransystemen einhergeht.