Предназначена для изучения процесса разделения высокомолекулярных соединений, (анионогенных, катионогенных, неионогенных), входящих в состав сточных вод прачечных, красильных, текстильных, металлургических производств. В ходе процесса можно изучить поведение ультрафильтрационных половолоконных мембран с различной молекулярной отсечкой: 10; 20;30;50;100;150 кДа. Конструкция установки позволяет осуществлять фильтрацию в  тупиковом и тангенциальном режиме, с частичным и полным рециклом.

     Установка оснащена КИПиА. С помощью игольчатых дросселей можно довольно точно регулировать ограничение потоков. Расход и давление показывают ротаметры и манометры соответственно. Все соединения выполнены из пластиковых трубок и фитингов фирмы John Guest, они выдерживают высокое давление, агрессивные среды, и просты в обращении. 

    Особая, уникальная схема мембранного модуля дает возможность при обратной промывке и химмойке мембраны отводить моющий раствор через верхний (концентратный) порт, либо через нижний порт ( вход исходной воды). Это позволяет отмыть волокна по всей длине, избегая застойных зон.

Пробы отбираются из пробоотборников на линии концентрата и пермеата, для дальнейшего количественного и качественного анализа.

В целом установка проста в обслуживании, не требует особого обучения, что делает лабораторные исследования для студентов весьма привлекательными и не сложными.

Данная лабораторная установка была изготовлена по просьбе кафедры на ЗАО НПК «Медиана-фильтр».

            Исследование эффективности баромембранного разделения проводилось на установке. Исходная вода подается из емкости насосом, ее расход и давление регулируются вентилями. Для защиты полиамидных рулонных мембранных элементов от взвешенных частиц и окислителей (активного хлора, содержащегося в водопроводной воде) на линии исходной воды установлены патронные фильтры и с патронными элементами механической очистки (тонкость фильтрации 5 мкм) и с гранулированным активированным углем. Разность показаний манометров позволяет судить о «загрязненности» механического патронного элемента. При достижении перепада давления на патронных фильтрах равного 0,3-0,5 бар рекомендуется произвести замену механического патронного элемента, а если потребуется, то и угольного. Перед проведением экспериментов по исследованию эффективности мембранной очистки активированный уголь в фильтре насыщался тяжелыми металлами

         После прохождения мембранных аппаратов, содержащих нанофильтрационный и обратноосмотический рулонные модули, исходный поток разделяется на пермеат и концентрат.

Среди методов очистки от нефтепродуктов и грубодисперсных примесей, в том числе от гидроксидов металлов видное место занимают флотационные процессы. Флотация – один из основных методов обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. Флотационные установки удаляют из воды большинство загрязняющих веществ, такие как нефтепродукты, промышленные масла, ПАВ, нерастворимые вещества и многие другие. При этом степень очистки достигает 95%.

Для проведения экспериментальных исследований используется аппарат, сочетающий в себе прямоточную мембранно-флотационную камеру и противоточную электрофлотационную камеру.

Насыщение исходной сточной воды воздухом на первой мембранно-флотационной стадии в данном флотаторе происходит на трубчатом керамическом мембранном элементе с внутренним селективным слоем со средним диаметром пор 1 мкм. Исходная вода подаётся внутрь элемента, в то время как воздух под давлением подаётся с внешней стороны и, преодолевая сопротивление мембраны и поверхностного натяжения жидкости, барботирует в струю жидкости, движущуюся внутри мембранного элемента. Благодаря турбулентному движению жидкости внутри керамического элемента происходит «срезание» пузырьков воздуха во время их роста, задолго до времени их свободного отрыва в покоящейся жидкости. Таким образом, в первую камеру флотатора попадает двухфазный поток с газосодержанием 15-25 %.

На первой, мембранно-флотационной стадии, происходит удаление большего количества наиболее крупнодисперсных загрязнений за счёт интенсивного барботажа и высокого газосодержания. Во вторую камеру флотатора поступает уже предочищенная жидкость, в которую противотоком подаются электрофлотационные пузырьки, генерирующиеся на электродах, расположенных в нижней части второй камеры. В качестве материала катодов и анодов используется нержавеющая сталь и титан с оксидным покрытием соответственно.

Отвод очищенной воды производится в верхней части флотатора через гидрозатвор. Отвод пены с загрязнениями (флотошлама) производится с противоположной стороны верхней части флотатора. Внизу второй камеры флотатора предусмотрен нижний слив, предназначенный для удаления осадка и для опорожнения аппарата.

            Явление повышения концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны называется концентрационной поляризацией.            Концентрационная поляризация, создающая внешнее диффузионное сопротивление массопереноса а напорном канале, обусловлена тем, что через мембрану переходит вода, а молекулы или ионы растворенных веществ задерживаются у её поверхности. Их концентрация повышается до величины, при которой наступает равновесие: расход растворенного вещества, отводимый от мембраны в объем раствора за счет молекулярной или конвективной диффузии, становится равным  расходу, который подводится вместе с поперечныи потоком раствора, формирующим пермеат.            Снизить величину концентрационной поляризации и таким образом  уменьшить её влияние на характер зависимостей удельной производительности и селективности от давления и температуры можно путем увеличения скорости потока в напорном канале.

Лабораторная работа "Разделение смесей на высоконапорной ячейке"

                 Схема лабораторной установки предназначена для выполнения лабораторных работ связанных с обратноосмотическим разделением однородных жидких смесей. Студенты изучают влияние давления и температуры на удельную производительность и селективность.

           Установка включает емкость куда заливают от 3 до 5 л разделяемого раствора. Центробежный насос засасывает раствор из емкости и создает на выходе давление порядка 0,1 МПа, замеряемое манометром. Сочетание необходимого давления и расхода устанавливается с помощью регулирующего вентиля на линии концентрата и регулирующих вентилей на байпасных линиях насосов. Концентрат и пермеат возвращаются в емкость.

          Мембранный аппарат состоит из трубчатого корпуса, в котором размещается рулонный модуль, состоящий из трех совместно навитых элементов. Основной составной частью элемента явяляется трехслойная композитная мембрана с активным слоем  из полиамида, промежуточным полисульфоновым слоем и подложкой из полиэфира.

 В данной лаборторной работе студенты открывают кран подачи водопроводной воды в змеевик. Циркуляцию раствора без давления осуществляют в течение некоторого времени, за это время происходит охлаждение жидкости в емкости и одновременно выравнивание концентрации в ней и напорном канале аппарата. После этого открывают запорный вентиль на линии концентрата и отбирают на анализ 20-30 мл раствора. После этого с помощью регулирующих вентилей устанавливают заданные преподавателем расход концентрата по ротаметру и рабочее давление по манометру, затем полнотью отключают подачу водопроводной воды и проводят с помощью термометра замер температуры в емкости. Такие замеры проводят через отпределенный промежуток времени, а последний замер проводят при достижении температуры в емкости величины 35+38^оС.

Лабораторная работа "Разделение смесей на низконапорной ячейке"

         Схема лабораторной установки предназначена для выполнения лабораторных работ связанных с обратноосмотическим разделением однородных жидких смесей. Студенты изучают влияние давления и температуры на удельную производительность и селективность.

           Установка включает емкость куда заливают от 3 до 5 л разделяемого раствора. Центробежный насос засасывает раствор из емкости и создает на выходе давление порядка 0,1 МПа, замеряемое манометром. Сочетание необходимого давления и расхода устанавливается с помощью регулирующего вентиля на линии концентрата и регулирующих вентилей на байпасных линиях насосов. Концентрат и пермеат возвращаются в емкость.

       В данной лабораторной установке студенты при полностью открытых регулироующих вентилях, при этом происходит интевсивная циркуляция раствора в системе при нулевом давлении манометра. Работа в таких условиях продолжается 5 мин. За это время происходит выравнивание концентрации в емкости и напорном канале аппарата. После этого открывают запорный вентиль на линии концентрата и отбирают необходимое для анализа количества раствора. После этого при заданных преподавателем расходе концентрата и нескольких давлениях, определяемых соответственно по ротаметру и манометру, проводят замеры расхода пермеата.

     Установка включает воздушный фильтр ВФ, предназначенный для отчистки воздуха, поступающего на компрессор, от пыли. Компрессор предназначен для сжатия атмосферного воздуха с целью создания движущей силы процесса мембранного разделения воздуха на составляющие компоненты. В даннлм случае на поток, обогащенный кислородом (пермеат), и поток, обогащенный азотом (концентрат). Вентиль регулировки давления процесса разделения предназначен для изменения давления в аппарате с целью проведения исследований с измененными параметрами по давлению. При открытии вентиля часть воздуха уходит в атмосферу, тем самым снижается давление в аппарате.

            Мембранный аппарат МА является основным элементом, обеспечивающим разделение воздушного потока на компоненты. Принцип разделения заключается в использовании полупроницаемой мембраны из поливинилтриметилсилана (ПВТМС).

Мембрана всегда должна работать только на сжатие, поэтому давление газа под мембраной никогда не должно быть выше, чем над мембраной. Любое, даже кратковременное превышение давления в полости над мембраной, необратимо выводит аппарат из строя!

            Мембранные элементы аппарата плоские, дисковые, расположены параллельно друг к другу и имеют дистанцирующую проставку между собой. Это обеспечивает постоянный зазор между элементами. В ходе данной работы необходимо изменять концентрацию кислорода в концентрате производящихся закрытием или открытием вентиля. Одновременно с этим будет происходить изменение потока концентрата. Поток пермеата не регулируется и меняется только в результате изменения перепада давления на мембране. Пермеат выводится непосредственно в атмосферу.

Диализ - удаление из коллоидных систем и растворов высокомолекулярных соединений примесей низкомолекулярных веществ с помощью полупроницаемых мембран, т. е. перегородок, которые пропускают малые молекулы и ионы, но задерживают коллоидные частицы и макромолекулы. Простейшее устройство для диализа — диализатор — мешочек или гильза из полупроницаемого материала, который заполняют очищаемой жидкостью и погружают в растворитель. Вместо мешочка часто используют цилиндрический сосуд с полупроницаемой мембраной вместо дна. Мембраны делают из коллодия, целлофана, животных и растительных перепонок, синтетических материалов и др. В основе диализа  лежат процессы диффузии, и поэтому он идёт очень медленно. Диализ ускоряется с увеличением отношения площади мембран к объёму диализуемой жидкости, с повышением температуры, перемешиванием, созданием разницы в давлениях по разные стороны мембраны, частой или непрерывной сменой растворителя, в который переходят (диффундируют) через мембрану ионы или молекулы низкомолекулярного вещества.

Диализ в электрическом поле — электродиализ — в десятки раз ускоряет очистку диализуемых систем от электролитов. Простой электродиализатор состоит из трёх камер, отделённых одна от другой мембранами. В среднюю камеру заливают очищаемую жидкость, в боковых проточных камерах расположены электроды, погруженные в растворитель. Ионы в постоянном электрическом поле направленно перемещаются к соответствующим электродам, проникая при этом сквозь мембраны из средней камеры в боковые. Особенно эффективен электродиализ с применением ионитовых мембран, изготовленных из ионообменных материалов. Мембраны в зависимости от знака электрического заряда на их поверхности пропускают преимущественно или катионы, или анионы. Многокамерные электродиализаторы с ионитовыми мембранами применяют в гидрометаллургии и атомной промышленности (для очистки сбросных вод, концентрирования растворов солей, разделения близких по свойствам элементов), при обессоливании морской воды.

Диализ и электродиализ находят применение во многих технологических процессах, в физико-химических и биологических исследованиях, а также в медицине.

В данный момент на этой установке не производят лабораторных работ, но в ближайшее время запустят данную установку.

Лабораторная установка "Изучения структур мембран"

 Студенты дипломники и аспиранты имеют доступ к лабораториям различных НИИ.