4.2.2 Вибір матеріалів для виготовлення

Для вибору матеріалу використовуємо технічні вимоги і технічну характеристику, яким має задовольняти апарат. Великий вплив на вибір матеріалу апарату має область його використання. Оскільки апарат зворотного осмосу використовується у фармацевтичній промисловості, то обираємо корозійностійкі матеріали. Виникнення корозії ускладнює очистку та дезінфекцію, що може негативно вплинути на підтримку асептичних умов. Враховуючи, що тиск в апараті становить 5 МПа, а до апарату висуваються високі вимоги асептичності, то обираємо сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 [8]. Дана марка сталі застосовується для виготовлення апаратів, які працюють з розчинами кислот, лугів і солей. Крім того даний матеріал може бути використаний для апаратів, що працюють при температурі до 600 °С. Це повністю задовольняє наш конкретний випадок і дає можливість в разі необхідності використовувати даний апарат в інших промислових виробничих схемах при концентруванні або очищенні розчинів лікарських засобів. В якості матеріалу для виготовлення мембран використовуємо ацетатцелюлозу.

4.2.3 Порядок роботи апарата

При запуску апарата регулюючий затискач повинен бути повністю відкритий. Переконавшись у цьому, у збірник заливають воду очищену й включають насос. Після повного витіснення повітря з мембранного апарата починається процес розділення.

Вмикання й вимикання насоса при закритому регулюючому затискачі або занадто швидке закриття затискача можуть привести до різкого підвищення тиску в системі, так званого "гідравлічного удару" - внаслідок чого можливе розривання мембрани [10].

Стаціонарний режим фільтрації досягається за (1-2) години роботи апарата. Процес фільтрації ведуть до досягнення потрібного ступеня концентрації цільового продукту. Відключення апарата роблять у зворотному порядку включення. Спочатку повільно відкривають регулюючий затискач, і переконавшись у тому, що тиск в апараті знизився до мінімуму, виключають насос. Залишки концентрату з модуля й комунікацій зливають, від'єднавши шланг від вхідного штуцера модуля.

Параметри, контрольовані при роботі апарата:

-робочий тиск в апараті;

-температура продукту;

-наявність протікань;

-продуктивність по перміату.

4.4 Порівняльний аналіз основних показників конструкції з діючими аналогами

Патентні дослідження – це системний науковий аналіз властивостей об’єкта господарської діяльності (ОГД) протягом його життєвого циклу, які випливають з правової охорони об’єктів промислової власності.

Мета проведеного патентного дослідження – апаратів зворотного осмосу (визначення патентоспроможності проектованих апаратів й визначення тенденцій розвитку даного напрямку в техніці).

Предмети патентного дослідження – апарат зворотного осмосу.

Об’єкти патентного дослідження – винаходи та корисні моделі.

Держави пошуку: Україна, Російська Федерація, СРСР.

Ретроспективність: термін дії патенту на винахід в Україні становить 20 років від дати подання заявки до установи. Строк дії деклараційного патенту на винахід становить 6 років від дати подання заявки до установи. Тому регламент пошуку встановлюємо такий: 1991-2011 рр.

Джерела інформації: 1) Патентна інформація: описи до винаходів, офіційні патентні бюлетені Укрпатенту, Роспатенту, СРСР; 2) Науково-технічна інформація: підручники й навчальні посібники з курсу процесів та апаратів хімічної технології.

Патентна документація, сформована в процесі проведення дослідження, представлена в додатку Б, даного проекту.

Провівши патентне дослідження можна побачити, що в даний час застосовуються різні типи апаратів, що проектуються. Їх різноманіття обумовлюється сферою їх використання, особливістю теплових режимів та масообмінних процесів, що підтримуються під час проведення технологічного процесу. При цьому запатентовані винаходи й корисні моделі стосуються як апаратів в цілому, так і їх складових частин [11, 12].

Патентний пошук та огляд літератури підтвердили відповідність обраних конструкцій сучасному науково-технічному рівню.

5.1 Розрахунки апарата зворотного осмосу

5.1.1 Вихідні дані

Об’єм вихідного розчину,		1
Час наповнення апарату,		0,5
Початкова концентрація , % (мас)
Кінцева концентрація , % (мас)
Концентрація в перміаті, % (мас)

5.2.2 Визначення ступеня концентрування

Необхідно очистити воду від солі кальцію CaCl₂, початкова концентрація (мас.), кінцева – (мас.).

У апараті зворотного осмосу, що розраховується, розчин концентрується від початкової концентрації (мас.) до кінцевої – (мас.).

Витрати перміату:

.

Ступінь концентрування обчислюємо за формулою:

5.1.3 Вибір робочої температури та перепаду тиску через мембрану

З підвищенням температури розчину, що розділяється, селективність мембран змінюється мало, а питома продуктивність зростає в першому наближенні обернено пропорційно в’язкості перміату. Однак з підвищенням температури зростає швидкість гідролізу полімерних мембран і скорочується термін їх служби. Враховуючи це, а також те, що використання теплообмінників значно ускладнює і здорожує процес, зворотній осмос доцільно проводити при температурі оточуючого середовища (звичайно).

З підвищенням перепаду робочого тиску через мембрану зростає сила зворотного осмосу і підвищується питома продуктивність мембран. Однак при високих тисках полімерні мембрани піддаються ущільненню, що може нейтралізувати ефект зв’язаний зі зростанням перепаду тиску. Крім того мембрани в таких умовах швидше забруднюються, оскільки частинкам простіше проникати в пори мембран, а на поверхні мембран утворюється щільний осад. Практика застосування зворотного осмосу показує, що в умовах тривалої експлуатації оптимальний перепад тиску для полімерних плоских мембран складає , а для мембран у вигляді порожнистих волокон [10].

Отже, для очищення води від солей кальцію за допомогою зворотного осмосу обираємо апарат з рулонними фільтруючими елементами, в якості мембрани використовуємо ацетат-целюлозну мембрану і задаємося наступними робочими параметрами:

• перепад робочого тиску через мембрану – 5 МПа;

• робоча температура – 25 ^оС;