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膜技术应用手册与实践技巧和提示(2)

²        卷式膜组件

膜壳设计  在市场上有许多不同的膜壳设计,可以根据材料(不锈钢和高分子)或功能(侧面端口进出或通过端盖进出)进行分类。

高分子膜壳一般都由加固的聚酯玻璃钢制成。这种设计已有30多年并工作良好。但也并不是毫无问题。它们在地面水和海水的脱盐处理中运用良好,但对其余的产品却有些问题。多数高分子膜壳使用一个拉紧环来稳固端盖。

不锈钢膜壳早先专用于乳制品行业。如今它们的应用已越发广泛了。结构上以侧端口作为标准。一些不锈钢膜壳的结构和玻璃钢膜壳相同,这样会造成其端盖的难以移开。不锈钢膜壳的内部需电镀磨光。否则几乎不可能将组件推进推出。

玻璃钢膜壳只有三种标准直径:2.5英寸、4英寸和8英寸。不锈钢膜壳则有一个非常宽泛的标准范围,且无标准直径。

不幸地是在欧洲,使用的大多数不锈钢膜壳运用的都是美国英寸度量标准,且标准的乳制品尺寸较常见,但2.5英寸、4英寸和8英寸直径的膜壳却较难找到。

12是以上内容的总结。

12 玻璃钢和不锈钢膜壳的比较

 

玻璃纤维

不锈钢

压力

200bar

极少超过80bar

温度

<50

<100

侧端进入

困难/很少

简单/标准

端盖进入

标准

非标/难用

卫生级

(可能)

价格

100

150200

2.5″,4.0″, 8.0

纯水标准

很少

3.8″,5.8″, 6.3

不适用

乳制品标准

6.0

军用标准

不使用

4.3″, 8.3

不适用

KOCH乳制品标准

1

侧端进出口的不锈钢膜壳有两种:4口型,使用这种膜壳可以作为无外部产品副件的模块,且另一种类型则使用内部副件的排列。?(见图1)使用者可以自己确定使用哪种类型,但事实上大多数的系统都建成外部副件型。

侧端进入型的主要优点是在卫生级系统中允许高流量。但在水脱盐中很少使用。

卷式膜组件的尺寸在当今是非常关键的。外径、组件长度和中心管的内径都没有标准化。因此更换组件使供货商变得非常困难,也给模块制造商带来许多麻烦。

每个膜壳内的组件数量-压降

为了确定每个膜壳内的组件数量,必须考虑以下几点:

n      首先确定使用的是RO/NF还是UF/MF

n      然后审查整个处理过程;

n      第三,确定每个膜组件能耐受的压降值。

以下两点应更值得注意:

n      传导膜压(TMP)(膜壳进口和出口之间的压力变化)

n      通过每个膜壳的压降。

传导膜压代表了一个膜壳进口和出口之间的压力改变值。压力的降低是负荷通过膜组件的结果。具体例子见表13

我们很容易理解的是,如果进水压力是10bar,则进出口之间的压力变化很小,并可忽略不计。但如果进水压力只有15bar,那就完全不同了。因此,在一个膜壳中所有的组件最好有相同的传导压力。而在低压操作中,组件的最大数量将减少。下表将作出相应说明

13 卷式膜组件的压降举例

例如:一个膜壳中有4个组件,每个组件的压降是0.7bar,相当于每个膜壳的压降为2.8bar

进口压力,bar

出口压力,bar

平均传导压力,bar

40

12

26

160

132

146

 

14 每个40″组件的压降(bar)

组件类型

Mil

尺寸

最大运行压力,bar

一般压力,bar

最终用户使用压力,bar

标准纯水

30

2.5

4.0

8.0

0.7

0.3

0.10.7

乳制品

30

3.8

4.2

5.8

6.3

1.0

1.0

1.0

1.0

 

1.0

1.0

0.7

0.7

 

0.71.2

0.71.2

0.51.2

0.51.2

 

特殊场合

47

90

90

4

4

6

1,2

1,2

1,0

1,0

1,2

1,0

0,51,0

0,52,0

0,51,2

15 每个膜壳内的组件数量

 

RO

NF

UF

MF

纯水:   一般

         范围

6

18

6

16

3

14

2

12

液体分离:  一般

            范围

4

14

4

14

3

13

2

12

 

              膜和系统的局限性

温度

膜的一般简介

以醋酸纤维作材料的膜有其本身的温度限制,其上限操作温度大约在35℃。

PSOPVDFPAN材料能耐较高的温度。PSOPVDF膜据称可在95℃下操作而没问题。PSO的操作温度更可达120℃。

一般来说复合膜的操作温度至少可达80℃,在低压情况下,它们可经受更高的温度,如热消毒时。

膜系统的耐温能力大多数情况下并不仅受膜本身的温度限制而限制,而更主要受膜的构型和膜系统中的其它组件的限制。

²        卷式膜组件

一般卷式膜组件的温度上限为45℃。这个限制对用于水脱盐的标准组件是有效的,但目前市场上已有能耐更高温度的卷式膜组件。虽然在水脱盐中45℃并不是一个最高温度限制,但对于食品和分离行业的个案却有问题。经过了许多试样和失败后,一些公司已经成功地研制出了耐温稳定的膜组件。

多年来用于乳制品行业的组件已可以在比供货商原先说明的更高的温度(和压降)下操作了。如今,在乳制品行业标准组件的真正温度限制是55℃,在正常操作中很少会在这个温度下操作。

一种新型的具有标准的30mil菱形流道的组件可以耐受更高的温度。这种组件的销售名称为Duratherm®。这些组件可以在70℃下持续操作,短时期可加温到90℃,而同时可保持正常的膜使用寿命。但必须注意通量,并保持低于35lmh,这样可以确保操作压力保持低压。关于标准进水流道的使用,这种类型的组件只用于纯水操作。

有较宽进水流道的组件可以在进水含较高溶解性固体的情况下操作。标准膜组件使用50mil的流道,但较宽的流道可达90mil,可以处理较难处理的液体。用这种类型的膜,这些组件可以持续操作在90℃温度下。来自DESALTM公司的此种类型的膜其销售名称为DURATHERM®EXCEL。好的温度稳定性可以确保这些组件彻底灭菌,或者它们可以持续操作在理论上微生物不会有任何生长的温度下。

胶的超滤中的膜可以喜爱8090℃下操作多年。最近一个个案表明除硅石的蒸发器冷凝物的RO处理其操作温度接近90℃。

记录表明:DESALTM膜组件已经在工业领域起主导地位,可以在140℃无水操作。这可能已经非常接近高分子膜的极限。

16 卷式膜已经的温度限制

 

持续最大温度,℃

短时间最大温度,℃

标准纯水组件               最大温度,℃

                          (最大压力,bar)

45

(42)

50

(42)

4″,6″乳制品组件        最大温度,℃

                          (最大压力,bar)

50

(42)

55

(42)

DESALTM组件,特殊流道    最大温度,℃

                          (最大压力,bar)

45

(42)

80

(5)

Duratherm®组件          最大温度,℃               

70

90

Duratherm®EXCEL组件     最大温度,℃                      

80

90

 

请仔细阅读供货商提供的有关膜组件的说明书关注如pH、通量和压力等方面的限制

高温操作一个正面的影响是:高温可以增加通量(见优化压力和温度一节)90℃下操作可以在相同压力下将通量从100%提高到300%。但更好的方法是将压力(NDP)减少到三分之一,这样可以减少电耗。

高温一般被认为问题比较多。但作者也经常发现:即使在高温下比常温必须对一些细节予以更多的关注和重视,但高温膜操作还是有许多优点。我们应注意主要的原则:温度越高,必须越关注其组件和膜的物理特性。

-过大的传导膜压力将使膜变得非常平(压紧),导致不可挽回的通量的下降。

-过大的压降将导致膜和/或构件的高分子材料移动,有时破裂,最终导致膜的彻底损坏。

除了卷式膜外的其它系统。

n      纤维系统一般可耐温达80℃;

n      无支撑磨管的低价管式膜系统一般注明最大操作温度为35℃;

n      有支撑的高价管式膜系统,如一个不锈钢的支撑排列可以耐温超过80℃;

n      中空精细纤维系统温度限制<50℃;

n      板框式系统,根据实际设计,操作温度可>80℃,但一些较陈旧的系统在高温操作时压力稳定性有些问题。

压力

所有的膜对压力都是敏感的。“压紧”(compaction)一词常用于描述由于压力而导致膜的不可反转的“变平”。除了膜本身受到的危害外,其至关重要的是要有适当的支撑,防止压力将膜挤压入支撑材料。

因此仔细地阅读和遵守供货商的说明书是非常重要的。通常这类说明书不仅基于理论计算而且得之于实践经验,因此我们何必去重复别人的失败经历呢?

 

 

 

 

17 典型的压力限制,bar

 

  

  

管式膜,有支撑

42

70

管式膜,无支撑

7

管式膜系统

42

70120

板框式系统

40

200

粗纤维系统

25

精细纤维系统

70

200

“压紧”是由于压力和温度引起的。(见表18)

18 避免压紧的指导方针(不适用于CA)

  

<20bar

压紧最小

 

  

<15

压紧最小

1550

限制压力最大30bar

>50

可能引起严重压紧

>80

保持压力低于5bar,有些不可避免的压紧

 

关于膜的最大允许温度和压力没有固定的准则。表18内的指导方针除了CA膜外适用于所有的膜。表18A提供了一些用Wagner单位换算的关于温度/压力关系的一般原则。注意:温度比压力更危险!因此,当操作接近上限温度时,建议尽可能限制压力。

18A 避免或使压紧最小化的指导方针

压力(bar)╳温度()Wagner单位

 

<1200

安全操作,标准组件

12002000

较困难,特殊组件设计

>2000

很困难,不太可能实现,非常特殊的组件设计

pH

除了CA膜外大多数的膜对极端pH有较好的耐受力。一般对许多膜主要的限制是因为使用了聚酯衬背,经实践应用其pH上限为11.5。在很高的pH值下许多膜的性能将发生改变,但还可以用。多数膜在低pH值下比较稳定。

 

 

19 不同膜材料的pH限制

 

pH下限

PH上限

    PSO    *)

1

14

PVDF

0

12

CA

4

7

TFM

1   **)

12    ***)

陶瓷

0

1214

*)同时低pH和高温可能减少水通量,有时会达到零,并不可逆转。

**)目前的趋势应增加TFM的高pH稳定性。

***)在室温下有效。温度提高膜的损坏老化将加快。不同类型的聚酯胺薄膜在低pH下稳定性方面有较大不同。

进水流量

对膜没有绝对的进水流量限制。但膜或组件的机械强度对其有所限制。

粘性

进水的粘度本身并不是个问题,但高粘度将导致较高压降。因此只要压降允许,通量满足要求并稳定,粘度才不能为操作问题。可见除了高粘度进水对于一个膜系统来说不仅是个膜的问题,更是一个工程问题。

系统组件

一个膜系统不仅仅包括膜本身。本节将看重讨论膜系统中的主要组件。

加热/冷却和热交换器

在膜系统中常用多管(管式和壳形)热交换器用于加热和冷却。加热或冷却的介质在管子外面,而产品在内部。这种结构可以耐高压,因此可以耐压达70bar的设备还是比较常见的。

多管热交换器其工作方式不同于传统的盘式热交换器。主要不同点在于:

n      在一个信道内产品的温度变化很小,一般仅0.5℃或更小;

n      相比于热交换介质的流量,产品流量大。

由于产品的冷却需求不仅仅为了产品的加热或冷却还受水泵能耗的限制,因此一般选择多管热交换器。温度一般能保持一段较长时间。而通过一个多管热交换器的压降都比较低。

多管热交换器可以从APV-PasilacUniq Filtra tion公司处购买。

阀门

在膜系统中不同行业需要不同类型的阀门,以下是一些例子:

n      乳制品行业:卫生级蝶阀和针式阀;

n      纯水行业:球阀和针式阀;

n      纸浆和造纸行业:任何型号,多数为球阀;

n      废水专案:任何型号,多数为球阀。

一些机械工程师声明,球阀和蝶阀不能用于流量或压力控制。理论上这可能是对的,但在模行业中实践同这种观点相矛盾。这些类型的阀门用于控制目的比较困难,但也不是不可能。球阀和蝶阀的一个有利的方面是,它们具有允许流量和压降有较大不同的性能,如此被用来获得生产和清洗的正确条件。

在膜系统设计中一个主要头痛的问题是高体积浓缩率的回流设备,这意味着系统必须根据小流量浓缩来控制。在这儿用的阀门是一种针式阀。如果浓液中不含有悬浮固体,这种类型一般能运行良好,但很少的悬浮固体却能通过针式阀,严重阻塞浓缩口而导致控制问题。

当在含有悬浮固体很多的液体中操作时,控制问题可以通过“止水浓缩阀”来解决。方法如下:系统中安装有两个定时器和一个自动阀,此阀一般情况下全关。定时器1控制阀门开启的周期长度,定时器2控制阀门开启的时间。当定时器1启动时,浓缩阀全开,浓缩快速进行。当定时器2启动时,浓缩阀完全关闭。用这种方法可以得到精确的浓缩控制。

用于浓缩的控制阀对在反冲洗过程(CIP)中所需的大水量来说太小。因此,需要平行于浓缩阀安装一个反冲洗阀门,(见图2),反冲洗阀一般是一个34路蝶阀,如果从T形接头到阀门的管道的长度短于或等于管道内径的三倍,这种设计可以被认为是卫生级的。在RO系统中,可能可以使用一种大口径的低压活塞阀,虽然这有些违背原则。其诀窍是通过挤压出口的密封将高压引向活塞的一侧,换句话说将水流引向标准方向的相反,在生产过程中,压力使阀门保持关闭,阀门无法打开。在反冲洗和冲刷过程中,管线的压力很低以致阀门无法打开。(发明者:Tom  Sirnes)

2 浓缩阀

根据教科书所说,球阀和蝶阀由于其性能因素不适合用于调节。但经验表明这类阀门在膜过滤工厂中可以用于调节。

泵也可用作特殊的阀门。在处理有高粘度产品和许多悬浮固体的液体的系统中,带变频器的正位移泵可以用作背压阀。这也可以用来剪切敏感产品如蛋白。

压力测量

在膜过滤系统中压力是驱动力,必须被监测。以前只可以使用含有振动板的测量仪,并且必须经过充分减振。使用Bourdon类型的测量仪的一个主要问题是无法调节并且无法精确地读出压力。

本人喜欢使用压力变速器,因为它们可以提供更加精确的读数并很容易标定。采用信号可以用于数据记录,并实现膜系统的电子控制。压力变速器的精确度一般高于Bourdon类型的测量仪10倍,这对于膜系统中压降的确定非常重要,是一个非常重要的测量参数。如果压降的增加超过正常值,而流量条件正确,那么表明发生了物理缩比例或膜阻塞。

用普通的测量仪几乎无法测量压降,因为对于一个40bar的操作压力,压力测量仪可能的最大压力指示会达到60100bar。即使是很好的压力计其误差值有1%,通过转换达1bar。为了计算压降,用读出的进口压力减去出口压力。如果一个压力计显示40bar,另一个为38bar,由于压力计本身的误差,真正的差值一般在04bar。换句话说,压力计导致较高的错误结果,而压力变速器可以提供更可靠的资料。

 

流量测定仪

在膜系统中需要严格的流量测量和控制。一般使用转子流量计,它们在由操作员进行日常读数的系统中足够了,但也有些缺点,它们一般只提供一个视觉的读数而不提供可以数据记录的数据。因此,如果产品是比较混浊或带有颜色,它们几乎没有用,且如果产品的密度或粘度不同于水它们的读数也不正确。总之,它们只能用于日常监测。

如今一直使用的流量计是电磁流量计。虽然电磁流量计看起来较贵,但它非常精确,可以测出系统中的实际流量。丹麦Sikeborg公司的ProcesData流量计价格不贵且质量相当好,可以满足乳制品行业的卫生级标准,还有许多大的电磁流量计供货商,如Krohne(德国)Siemens(德国)FischerardPorter(英国)Danfoss(丹麦)

市场上多数流量计都用于普通场合,其实还有许多其它的类型,如Burchert流量计使用一个小的信号装置指示流量。由于这种流量计可以耐受90℃高温和高压,因此可以用于许多案例的测试。但不适用于流量大、产品中颗粒和纤维多的场合。

我们应该特别注意透过液流量计。这里的问题主要是用于生产和反冲洗循环过程的透过液流量计是很不同的。在超滤系统中,反冲洗流量一般要高1030倍。在这种情况下,流量计变成了一个喉结,这不是我们所希望和接受的。解决的方法之一是为反冲洗装置设置一个旁路阀,另一种方法是选择的电磁流量计口径应同时适合于生产和反冲洗的流量。

极少的流量计能耐受RONF系统中的压力、pH和温度。因此为这类膜过程选择流量计时必须特别注意。

 

储罐设计

膜系统中使用的储罐为了便于排水彻底应作成圆锥形或斜底。否则一些颗粒、晶体或其它沈淀物质将积在储罐底部,迟早导致一些化学的、机械的或生物细菌的问题,或者三种问题同时发生。同时储罐的盖子应较松,便于冲洗和人工清洗。

不管是否可能,储罐内部不设加热盘或液位开关也是非常重要的。所有的测量装置应该置于储罐外部。液位控制最好使用压力传感器,温度测量装置可以用管子连通装置而不要置于储罐内。

储罐最适宜的材料是不锈钢。其它多数材料都有内在的温度限制。

在大型的超滤(UF)系统中,一般在进水平衡槽旁设置一个渗透液槽,按 一般惯例是建两个储罐作为一个溢流单元。这样可以在生产过程中将透过液和浓液分离开,但是当把超大流量作为透过液时,在冲刷过程和反冲洗过程中允许透过液自流入进水平衡槽,这样的作法在许多膜系统中被证明是很切实可行的。

3 两个进水储罐

使用一个压力传感器和两个气动阀可以使液位控制比较便宜。储罐内的液位传感器可以将液位转换成315psi的信号,而两个控制进水和出水压力的气动阀负担各自的范围,一个在39psi(水阀)下操作,而另一个在915psi(产品阀)下操作。见图3,两个进水储槽。Uniq Filtration生产了用于食品行业的卫生级液位传感器。

当储罐是空的时候,两个阀门全开。当液位上升时,水阀全关,到达某一稍高液位时,产品阀门开始关闭,准备调节进入储罐的产品的量。这是一个很好的方法,供水作为一个安全措施,也使清渣和清洗变得容易,开始清渣时,先停止产品流量。

我们建议采用手动的可调节的压力传感器进行进水阀门的调节;这种方法比较简单,而且在实际运用中工作良好。

夹子、法兰和螺纹

在所有的项目中被证明使用良好、稳定、可靠的唯一的连接系统是三叶型夹子(Trillaer type clamp)。虽然此类夹子价格有些贵,但它对于夹住直径6英寸内的管件时有许多优点。对于直径超过6英寸的管件,一般使用其它品牌的高质量的法兰,因为三叶夹子(Tri-clamp®type)允许的压力有限。人们不太接受三叶夹(Triclamp),但还被广泛使用,Tri-clamp®的名称已被广泛使用,且被用来取代传统的Triclover产品的名称。

如果是经济上的原因,不应使用螺纹接头。因为它们不够卫生且难于正确地拆卸和安装。

法兰的类型很多,但卫生级的实际上只有一种类型,它们一般都是体积庞大且重,因此一般用于化学工业。

结构材料

根据作者的观点,有一个简单的原则可以避免膜系统中的许多机械问题:在膜系统中和液体接触的所有部件和设备都使用高质量的不锈钢。这听起来似乎是一个昂贵的建议,但是当您经过几年的操作运行后,看到了高分子材料、非不锈钢材料的失败和缺陷,不得不耗资改型时,对于我的建议就不会感到奇怪了。和分离液体直接接触的组件不能使用普通的钢铁,否则铁锈的形成,并且铁屑、薄片进入膜系统将带来无数的麻烦。

在许多行业中,使用不锈钢作为结构材料不仅普遍而且还是强制性的,象乳制品、制药和石油化工行业。在水脱盐处理一般还使用pvc、铜和一些低档的不锈钢。但实践证明,长期运行后,其缺陷将较难被接受。

一般直径3英寸以内的不锈钢的价格还较易被接受,甚至直径4英寸的也不是太贵。但4英寸以上的价格却涨势惊人,因为大口径不锈钢的需求量很小。

注意“不锈钢”这个定义并不是很确切,因为材料的耐腐蚀性只是在特定的条件下的。例如,北海(North Sea)的海水问题较多,但可以用普通不锈钢处理,大概是因为海水较冷。而来自红海(Red Sea)的海水比较温热,具有很强的腐蚀性,因此需要使用更好、更贵的不锈钢。

在膜系统中,有效的清洗系统有助于防止不锈钢的部分锈蚀,而且终有一天通过彻底地清洗可以解决这个问题。更好的清洗方式可以用硝酸使不锈钢表面钝化。实践证明这种 操作可以使系统保持许多年,除非系统很快被腐蚀。

在膜系统中一般只使用高质量的高分子材料,包括聚砜(PSO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)CPVCDelrin和一些其它耐化学品、耐温的机械强度较高的材料。然而,在低价水市场中应用最广泛的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),因为对于这类场合它们已可以适用了。

以下产品是纯质材料:

ABS-在水脱盐系统中是非常有用的材料;

Delrin-亦称为DOM;是一种非常好的材料,最大的缺陷是抗低pH环境的能力较差;

PE-聚乙烯化学稳定性好,但温度稳定性有限;

 

PP-聚丙烯是一个纯化学的耐受力强的高分子材料,温度稳定性有限,但已有增强的趋势;

PSO-在膜应用工程中有许多不同类型的聚砜材料。在膜系统中它具有完全地耐温和耐pH能力。其主要缺点是易脆,且对酮和芳香族化合物较敏感;

PVCPVC大都用于低压管,价格便宜,但有很严格的温度限制,只能用于无特殊要求的项目,如地面水脱盐等;

CPVC-氯化PVC比一般的PVC的温度稳定性更好些。但目前由于PVC行业的政治原因可能在将来会把PVC材料排除在外;

PVDF-一种非常好的材料,但价格相当贵,其热稳定性好,且化学稳定性几乎和特氟隆(Teflon)一样稳定。

以下是一些复合材料:

GRP-玻璃纤维增强聚酯(玻璃钢)被广泛应用于膜壳。虽然它有一些明显的缺点,但已成为水脱盐处理中的标准材料,其主要的优点是防腐性能好,价格低廉;

Epoxy(环氧)-一种仅由德国Membratec制造的很特殊的类型,膜壳是薄壁型的,但不能耐高压。

确定垫圈的材料往往是一个容易被人遗忘的部分。在许多场合经常适用EPDM。在这里,不要仅为了省钱,象腈橡胶这种便宜的材料使用寿命短。因此每次更换垫圈的费用和麻烦都比较大。

 

管道

在膜系统中许多管道,通常很容易找到需要材料。通常乳制品类型的管道最好,且价格最便宜,只因此其生产数量庞大,乳制品管的内壁的质量和性质非常好。

由于焊接产生许多潜在的腐蚀危险,因此应尽可能避免焊接。在管道系统中使用抽拔方式制造T型接头和支管。这种方式在乳制品行业应用广泛,且对薄壁管道很容易制作。

 

                 泵的类型和选择

没有泵,没有膜过滤!这个道理非常简单。有幸地是,可供选择的泵很多。但在膜过滤过程中只有几种类型适用。

在膜系统中泵是一个薄弱环节,而且单靠泵也不可能做到太好。以下是在膜过滤系统中使用的泵的类型:

n     单级离心泵

n     多级离心泵;

n     活塞泵;

n     隔膜泵;

n     Mohno类型的泵(很少使用)

膜系统需要每年365天,每天24小时连续运转,因此泵的质量必须能满足这个要求。膜系统的操作条件经常与泵供货商提供的数据不符,因为系统的流量和压力的变化比较大,很少位于设计点。

大多数场合都使用普通的带封闭叶轮的离心泵(3000/3600rpm)。对于乳制品行业离心泵特别有用,因为它们具有“单一”的特性,有利于用作循环泵。

正位移泵若不是特别需要,一般应尽量避免使用。因为它们价格较贵、笨重,且大多数振动大而引起管道系统的震动。因此必须设置一个安全阀避免管道系统和膜的损坏。在大型系统中可以换用离心泵。但由于离心泵很难达到低流量高扬程,因此对小型的RO系统需要使用正位移泵。作者也注意到,一些厂内使用正位移泵,但这并不能改变避免使用正位移泵的一般建议。

应该特别注意循环泵的使用。主要的问题是因为虽然由泵增加的压力比较小,如2bar,但进水管线中的压力可能已达到40bar,因此循环泵的包装必须非常坚固,其机械密封必须特殊设计。泵的轴向轴承也必须非常坚固。这种不太多,且价格昂贵。在欧洲,有五家公司占领了这个市场。他们是:APVPasilacStampGrundfosTetra LavalKSB

泵的类型

   

低速

转速低于3600rpm

高速

转速高于3600rpm

单级离心泵

²        低速

一般低速离心泵泵用途比较广泛,其转速规定如下:50Hz电流 3000/分钟;60Hz电流 3600/分钟。也可以使用更低转速的,但投资也将相应增加。低速主要用于大流量。

当流量超过100m3/h时,可以考虑使用1500rpm/1800rpm的泵。有些泵可以操作在1000rpm(在欧洲),它们的主要优点是效率非常高。有些用于糖加工业的大流量泵可输送6000m3/h,其初期投资可以因其低能耗而得以补偿。

泵一般使用封闭式叶轮,这样对产品的处理比较温和,且效率高。在膜过滤厂中使用的泵极少使用开放式叶轮。

²        高速

高速离心泵主要用于海水脱盐。在市场上有一些不同类型的高速离心泵。

Sunstrand(美国)公司销售转速在30000rpm以上的一级离心泵已有很多年了。这意味着一级离心泵可以传递70bar或更高的压力。小一些的泵的效率会比人们所期望的低些,而大泵的操作效率比较合理。小泵真正的优点是泵壳较小,但需要复杂的齿轮箱,且噪音大。这些年为了更高效率的多级离心泵人们展开了激烈的竞争。

Enviro Tech(美国)公司销售一种特殊的泵,Roto Jet,其整个高压端是静态的。带水的鼓室快速旋转,一根皮托管插入鼓室外围高速运行的液体中,将液体的速度动能转化为压力能量。泵设计方案使我们可以看到产生压力的皮托管。这是一种不同寻常的设计。

多级离心泵

²        低速

多级离心泵使用得很多,且似乎有一根行业标准:其输出最大压力为26bar。压力在26bar以下的泵比较容易做,而超过26bar则比较麻烦。

Grundfos(丹麦)公司在欧洲是流量大于50m3/h,压力小于26bar的泵的市场领导者。他们同欲分享市场的其它泵生产商展开了激烈的竞争。这些泵往往可以运行许多年而不需要维修。还可以在恶劣的环境中运行,如带有破坏性的冰冻环境。

Tonkaflo(美国)生产用于RO系统的泵。其在欧洲不太出名,它们和Grundfos形成竞争。Tonkaflo泵传递压力可达40bar,因此在超过26bar高压场合销售良好。

KSB(德国)生产很多类型的泵,大多用于工业场合。他们也生产很有趣、大型的工业多级离心泵,它们可以在高压下传输每小时几百立方米的流量。

Sulzer(瑞士)制造的泵类似于KSB,但不如KSB有名。

²        高速

Grundfos(丹麦)公司可以生产运行转速在50006000rpm的多级离心泵。这种类型的泵通过几级压力达到70bar。它们通过一个扁的带式装置达到这个速度。通常由一个Pelton涡轮驱动,同时由反渗透离心机驱动(能量回用)

正位移泵

正位移泵不管压力如何,传输几乎恒定的流量。当然也有些实际的应用限制。正位移泵的种类挺多,其中有一些—说起来—比其它的更“正”一些。

²        活塞泵

最初的柱塞泵有一个或多个活塞。市场上有许多生产小型、三个活塞的柱塞泵,但只有很少的产品适用于膜系统。

²        均质泵

是一种价格非常昂贵,但也非常牢固的泵。主要用于牛奶均质和其它一些含脂肪的物料的处理。

²        隔膜泵

和均质泵一样好,价格更贵。一般用于低流量和高压的场合。

所有的正位移泵都会在管线系统中引起震动。一般安装震动缓冲器,只要运行良好有助于减震。但还是有些震动,长时间运行后会引起管线破裂以及螺钉螺母松动等问题。在实验室中,很难避免使用正位移泵。而在工业系统,则被尽量避免使用。

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